Gene ins Visier nehmen

Alle lebenden Zellen haben Mechanismen entwickelt, um ihre DNA gegen Beschädigungen zu schützen – ob verursacht bei der Zellteilung, durch ultraviolettes Licht oder Chemikalien. Biologinnen und Biologen um Prof. Dr. Ralf Reski von der Universität Freiburg haben nun herausgefunden, dass Proteine aus der RecQ-Familie im Moos Physcomitrella patens wichtige Funktionen für die Moosentwicklung, sowie die Reparatur und zielgerichtete Veränderung der DNA erfüllen. Die Ergebnisse, die das Team im Fachjournal „Plant Cell“ veröffentlicht hat, könnten den Schlüssel für eine präzisere Genom-Editierung auch bei Nutzpflanzen liefern. Das Quedlinburger Julius-Kühn-Institut JKI, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen und das Zentrum des Nationalen Instituts für Agrarforschung INRA in Versailles-Grignon/Frankreich haben zu der Studie beigetragen.

Proteine aus der RecQ-Familie kommen in Bakterien, Pilzen, Tieren und Pflanzen vor. Am besten ist ihre Funktion im Menschen erforscht, da Mutationen in den Genen, die die Baupläne für diese Proteine liefern, zu Syndromen wie Bloom, Werner oder Rothmund-Thomson sowie zu Krebserkrankungen führen. Dagegen ist ihre Rolle in Pflanzen bislang noch weitgehend unklar. Das Forschungsteam hat nun entdeckt, dass sich zwei wichtige Modellorganismen für die Genforschung – die Blütenpflanze Arabidopsis thaliana und das Moos Physcomitrella patens – in ihren RecQ4- und RecQ6-Genen deutlich voneinander unterscheiden. Indem die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedene gentechnisch veränderte Pflanzen erzeugten, fanden sie heraus, dass RecQ4 für die reguläre Entwicklung der Moospflanze und die DNA-Reparatur wichtig ist, wohingegen RecQ6, das in Arabidopsis überhaupt nicht vorkommt, vor allem die gezielte Veränderung von Genen befördert.

1998 publizierte Reskis Forschungsgruppe als erste über Gen-Targeting bei Pflanzen, dem zielgerichteten Verändern von Genen. Seitdem dient die Methode dazu, grundlegende Fragen der Biologie zu beantworten und so genannte Knockout-Moose mit spezifisch ausgeschalteten Genen für biotechnologische Anwendungen herzustellen. „Seit wir vor 20 Jahren unsere Arbeit über die ersten Knockout-Moose veröffentlicht haben, habe ich mich dafür interessiert, warum Physcomitrella um ein Vielfaches effizienter im Editieren von Genen ist als jede andere Pflanze“, erklärt Reski. Weltweit haben mehrere Forschungsgruppen versucht, eine Antwort auf diese Frage zu finden – bislang vergeblich. Die Kooperation mit den Expertinnen und Experten aus Quedlinburg und Versailles hat schließlich zum Erfolg geführt. „Wir wollen nun das RecQ6-Gen aus dem Moos in Blütenpflanzen übertragen und untersuchen, ob es dort die Veränderung von Genen ebenfalls befördert. Damit könnte es künftig möglich sein, Nutzpflanzen mit herausragender Präzision zu modifizieren“, sagt Reski.

Die Freiburger Biologinnen und Biologen sind auf die Moosforschung spezialisiert und haben dazu beigetragen, Moose zu weltweit genutzten Modellorganismen für Biologie und Biotechnologie zu entwickeln. Ralf Reski ist Inhaber der Professur für Pflanzenbiotechnologie an der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Der Biologe ist Mitglied des Exzellenzclusters BIOSS Centre for Biological Signalling Studies und war Senior Fellow am Freiburg Institute for Advanced Studies (FRIAS) sowie am französischen Pendant USIAS, dem Institute for Advanced Study der Université de Strasbourg.

Professur für Pflanzenbiotechnologie

Originalpublikation:
Gertrud Wiedemann, Nico van Gessel, Fabian Köchl, Lisa Hunn, Katrin Schulze, Lina Maloukh, Fabien Nogué, Eva L. Decker, Frank Hartung, Ralf Reski (2018): RecQ helicases function in development, DNA-repair and gene targeting in Physcomitrella patens. In: Plant Cell. DOI: 10.1105/tpc.17.006372.