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Forschung

10. Februar 2006

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Campus Vienna Biocenter – Dünger für die Pflanzenforschung

Wie Umwelt-Stress das Pflanzengenom verändert, wird ab sofort am Campus Vienna Biocenter mit Unterstützung des österreichischen Genom-Programms GEN-AU untersucht. Für das dreijährige Projekt stehen insgesamt EUR 1.3 Mio. zur Verfügung. Gemeinsam mit zwei Arbeitsgruppen an der Universität für Bodenkultur erforschen fünf Gruppen am Campus, wie sich extreme Umweltbedingungen auf das Genom der Pflanzen auswirken. Dabei sollen auch Indizien für die Vermutung gefunden werden, dass vererbbare Umwelt-Anpassungen von Lebewesen nicht zufällig erfolgen. Eine Tatsache, deren Bestätigung das heutige Verständnis der Vererbung umwälzen würde.

Mutationen erfolgen zufällig. Oder doch nicht? Genau diese aktuelle Frage der Genetik widmet sich jetzt ein dreijähriges Projekt am Campus Vienna Biocenter. Unterstützt mit Mitteln des österreichischen Genom-Programmes GEN-AU des Bundesministeriums für Bildung, Wissenschaft und Kultur werden sich 17 Forscherinnen und Forscher mit den Auswirkungen von Umweltstress auf das Genom der Modellpflanze Arabidopsis befassen. Dabei wird auch ermittelt werden, ob Stressreaktionen dazu beitragen können, dass zusätzliche Veränderungen im Genom auftreten. Wenn dem so wäre, würden Mutationen nicht rein zufällig auftreten sondern eben auch einem Einfluss des pflanzlichen Stoffwechsels unterliegen – und Lehrbücher müssten umgeschrieben werden.

Prof. Heribert Hirt vom Department für Molekulare Pflanzenbiologie der Universität Wien erläutert dazu: „Im frühen 19. Jahrhundert glaubten viele, dass die Anpassung von Lebewesen an ihre Umwelt gezielt erfolgt und dass diese Anpassungen an Nachkommen weitergegeben werden können. Darwin und die moderne Genetik räumten diese Meinung aus dem Weg. Ihnen zu Folge erfolgen vererbbare Anpassungen zufällig. Einige wenige dieser zufälligen Anpassungen bieten Vorteile und werden in der Natur selektiert. Die Ursache dieser zufälligen Anpassungen, das wissen wir heute, sind Mutationen. Seit einiger Zeit gibt es nun aber Hinweise darauf, dass Mutationen gar nicht so zufällig auftreten. Insbesondere in niederen Organismen wie Bakterien hat man zeigen können, dass bestimmte Stressarten Mechanismen aktivieren, die zu einem häufigeren Auftreten von Mutationen führen.“

Bei den höheren Organismen sind auf Grund ihrer sesshaften Lebensweise vor allem Pflanzen dazu gezwungen sich mit einer Vielzahl von Reaktionen an Umweltstress anzupassen. Das Konsortium der Wiener Wissenschafterinnen und Wissenschafter wird nun klären, ob Änderungen des Pflanzengenoms auch durch Umweltstress hervorgerufen werden können. Zu solchen Änderungen gehören Methylierungen an Teilen der DNA oder an assoziierten Proteinen. Diese zeitweisen chemischen Strukturänderungen regulieren die Gen-Aktivität und bewirken Umwelt-Anpassungen. Aber auch permanente Änderungen des Genoms sind eine Stress-Reaktion, dazu gehören Basenpaaränderungen, Vermehrung einzelner Gene oder ganzer Chromosomen. Sollte sich bewahrheiten, dass diese permanenten – und damit vererbbaren – Änderungen eine gezielte Reaktion auf Umweltstress sind, dann würde die Pflanze Einfluss auf die Umweltanpassungen folgender Generationen nehmen. Eine Tatsache, die nicht dem Schulbuch-Wissen entspricht.

Die akute Relevanz dieses Projekts ist für Prof. Hirt ganz offensichtlich: „Zunehmend werden Pflanzen durch den globalen Klimawandel unter Stress gesetzt. In unserem Projekt werden wir daher Pflanzen durch eben jene Bedingungen stressen, wie sie der Klimawandel hervorruft. Dazu gehören extreme Temperaturen, Trockenheit und erhöhte UV-Strahlung. Wir vermuten, dass dieser abiotische Stress sich auf das Genom auswirkt. Wir wissen aber wenig darüber, was diese Auswirkungen für die Artenentwicklung bedeuten. Die Wirkungen zu verstehen und zukünftig nutzen zu können ist das Ziel unseres Projekts.“

Das Projekt-Konsortium:
Universität für Bodenkultur, Department für Angewandte Genetik und Zellbiologie: Dr. Marie-Theres Hauser, Dr. Christian Luschnig, Koordinator

Gregor Mendel-Institute of Molecular Plant Biology (GMI):
Dr. Werner Aufsatz, Dr. Claudia Jonak, Dr. Ortrun Mittelsten-Scheid, Dr. Karel Riha

Max F. Perutz Laboratories, University of Vienna, Department of Plant Molecular Biology: Dr. Heribert Hirt

Über den Campus Vienna Biocenter (Stand Februar 2006):
Der Campus Vienna Biocenter ist mit rund 1.000 Wissenschaftern und Wissenschafterinnen aus 40 Nationen in 16 Organisationen einer der größten F&E-Cluster Österreichs. Akademische Departments (Universität Wien, Medizinsche Universität Wien, zusammengefasst in den Max F. Perutz Laboratories), private Forschungsinstitute (IMP – Institut für Molekulare Pathologie) und Institute der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (IMBA – Institut für Molekulare Biotechnologie, GMI – Gregor Mendel-Institut) sind hier ebenso angesiedelt wie kommerzielle F&E sowie Dienstleistungsunternehmen und Ausbildungslehrgänge (www.viennabiocenter.com).

Mit freundlicher Unterstützung durch Innovatives Österreich

Wissenschaftlicher Kontakt:
Prof. Heribert Hirt
Dept. Molekulare Pflanzenbiologie Universität Wien
A-1030 Vienna
T +43 / 1 / 4277 546 – 12
E heribert.hirt@univie.ac.at

Redaktion & Aussendung:
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Wien, 10. Februar 2006