Genomforschung: Forscher entschlüsseln Erbgut von Mais

Mais ist eine der ältesten und wichtigsten Kulturpflanzen der Welt© Colourbox

Seit Jahren versuchen Wissenschaftler, das Geheimnis des Mais zu ergründen. Das Getreide ist eine der ältesten und wichtigsten Kulturpflanzen der Welt und spielt nicht nur für die Ernährung des Menschen, sondern auch als Futtermittel und industrielles Produkt eine große Rolle. Jetzt ist es einer internationalen Forschergruppe erstmals gelungen, ihre komplexe Genomsequenz zu entschlüsseln. Diese Erbinformationen helfen zu verstehen, wie moderne Maissorten entstanden sind, berichten Forscher um Richard Wilson von der Washington University in St. Louis, Missouri. Außerdem werde es leichter, neue Sorten zu züchten, etwa solche, die mehr Nährstoffe enthalten, weniger Dünger benötigen oder sich besser an veränderte Klimabedingungen anpassen, um höhere Erträge zu erzielen und eine wachsende Nachfrage besser bedienen zu können. Mehrere Arbeiten zu dem Thema sind zeitgleich in den Fachjournalen "Science", "Public Library of Science Genetics" und "Proceedings of the National Academy of Sciences" veröffentlicht worden.

Insgesamt waren rund 150 Forscher verschiedener Universitäten involviert, was erahnen lässt, wie groß und komplex das Unterfangen gewesen sein muss. "Das Erbgut des Mais ist ein wahres Labyrinth – voller unübersichtlicher Wiederholungen und Sackgassen", das die Forscher jahrelang beschäftigt habe, sagt der Amerikaner David Schwartz, einer der Beteiligten. Seit mehr als 10.000 Jahren wird das Getreide vom Menschen angebaut. Es geht auf das Teosinte-Gras zurück, das ursprünglich aus Mexiko stammt. Der Anbau hat über die Jahrtausende viele neue Sorten hervorgebracht. Heute spricht man von mehr als 50.000 verschiedenen Maissorten.

Die Wissenschaftler um Wilson entzifferten das Genom der Maislinie B73. Das Erbgut des Getreides bestehe aus 2,3 Milliarden Basenpaaren und enthalte mehr als 32.000 Gene, schreiben die Forscher. Damit zählt der Mais zu den "Erbgutriesen" im Pflanzenreich. Der Mensch hat im Vergleich dazu rund 2,9 Milliarden Basenpaare und höchstens 25.000 Gene.

"Springende" Gene entdeckt

Das war es aber auch schon mit den Ähnlichkeiten. Die Forscher fanden eine erstaunliche genetische Vielfalt. Besonders interessant war die Entdeckung, dass sich 85 Prozent des Genoms aus sich wiederholenden Elementen zusammensetzen. Diese so genannten Transposons sind ungleichmäßig auf dem Genom verteilt, springen regelrecht hin und her und werden während der normalen Zellteilung innerhalb des Genoms an verschiedenen Stellen eingebaut. Die Forscher sehen darin einen möglichen Grund für die genetische Vielfalt, weil die Transposons das Genom immer wieder neu ordnen und die Erscheinungsform der Gene beeinflussen. Wie genau diese Genabschnitte funktionieren und wie sie sich nutzen lassen, wissen die Forscher noch nicht. Dies sei auch nur ein möglicher Aspekt, um das komplexe Mais-Genom zu erklären.

Ein anderer Grund sei die Variabilität einzelner Sorten. Maispflanzen von zwei verschiedenen Stämmen unterscheiden sich genetisch im Durchschnitt mehr voneinander als etwa Menschen und Schimpansen.

Gene hätten bei der Kultivierung möglicherweise eine große Rolle gespielt, schreiben Forscher um Alfredo Herrera-Estrella vom Cinvestav-Institut in Irapuato, Mexiko, in einem Begleitartikel. Sie könnten die Pflanzen toleranter gegenüber höheren Metallkonzentrationen im Boden gemacht haben. Sie hatten das B73-Genom mit dem Erbgut einer sehr ursprünglichen Maisart mit dem mexikanischen Namen Palomero Toluqueño verglichen.