CRISPR bei Pflanzen: Zum Beispiel Weizen
Summary
TLDRDie Krisper-Technik ist eine revolutionäre Methode im Genom-Editing, die es erlaubt, DNA präzise und kostengünstig zu verändern. Sie bietet Hoffnung für Pflanzenzüchter, die bisher ungelöste Probleme wie die dauerhafte Resistenz von Weizen gegen Mehltau angehen wollen. Die Technologie nutzt eine spezielle Software, um die Zielsequenz zu bestimmen, und setzt ein System aus RNA, Cas 9 und weiteren Bestandteilen ein, um Mutationen herbeizuführen. Durch die Deaktivierung des MLO-Gens in hexaploiden Weizenpflanzen kann eine Resistenz gegen Mehltau erzielt werden, was mit klassischen Verfahren nicht möglich ist. Die Krisper-Technik zeigt das Potenzial, Pflanzen zu verbessern und neue Wege in der Pflanzenzüchtung zu erschließen.
Takeaways
- 🧬 Die Krisper-Technik ist ein neues Genom-Editing-Verfahren, das präzise DNA-Veränderungen ermöglicht.
- 🌱 Die Technologie ist so kostengünstig und präzise, dass sie eine Revolution in der Pflanzenwissenschaft darstellt.
- 🔍 Es wurde bereits gezeigt, dass die Anwendung von Krisper-Technik zu hervorragenden Ergebnissen und Problemlösungen führt, die zuvor unvorstellbar waren.
- 🌾 Bisher war es Pflanzenzüchtern nicht gelungen, Weizen mit dauerhafter Mehltau-Resistenz zu züchten, aber mit Krisper könnte dies möglich werden.
- 🏫 An der Universität Gießen wird bereits an der Anwendung von Krisper-Technik für Weizenforschung gearbeitet.
- 🧬 Weizen ist hexaploid und besitzt drei verschiedene Genome, was seine Genomkomplexität erhöht.
- 🔬 Die genaue Kenntnis der Genomsequenz von Weizen ist Voraussetzung für präzise Veränderungen mit Krisper.
- 🛠️ Das Krisper-Werkzeug besteht aus einer Sonde (gRNA), einer molekularen Schere (Cas 9) und einem weiteren RNA-Teil, das diese Elemente verkoppelt.
- 🌱 Die Anwendung von Krisper in Weizen erfolgt durch die Einführung des Konstrukts in unreife Weizenembryonen, um die gewünschte Resistenz zu erzielen.
- 🚀 Die Krisper-Technik nutzt ähnliche Verfahren wie klassische Gentechnik, aber mit einem anderen Mechanismus im Zellinneren.
- 🛡️ Durch Krisper-Mutationen im Weizen-Genom kann eine Resistenz gegen Mehltau erzeugt werden, was bisher mit klassischen Züchtungsmethoden nicht möglich war.
- 🌧️ Mehltau ist eine Pilzkrankheit, die in der Landwirtschaft weit verbreitet ist und zu erheblichen Ertragsausfällen führen kann.
- 🛡️ Die MLO-Resistenz basiert auf einer Mutation des MLO-Gens, die eine Immunität gegen Mehltau gewährleistet.
- 🌾 Weizen muss alle drei MLO-Gene mutieren, um eine Resistenz zu erlangen, was mit Krisper-Technik möglich ist.
- 🌿 Nach der Einführung von Krisper in Weizenembryonen müssen die Pflänzchen zu Pflanzen herangezogen und auf Resistenz getestet werden.
- 🧐 Die erfolgreiche Anwendung von Krisper-Mutationen kann mit molekularbiologischen Methoden nachgewiesen werden.
- 🌾 Nach der Selbstbefruchtung der veränderten Pflanzen sollen die Nachkommen editiert sein, und die Krisper-Komponenten sollen vollständig entfernt werden können.
Q & A
Was ist das Hauptziel der Krisper-Technik in der Pflanzenwissenschaft?
-Das Hauptziel der Krisper-Technik ist es, präzise Veränderungen im DNA der Pflanzen vorzunehmen, um hervorragende Ergebnisse und Lösungen für Probleme zu erzielen, die zuvor ungelöst waren.
Wie wird die Krisper-Technik zur Erzielung von Mehltauresistenz in Weizen eingesetzt?
-Die Krisper-Technik wird eingesetzt, indem in den unreifen Weizenembryonen eine Mutation im Weizenom an einer genau definierten Stelle ausgelöst wird, um eine dauerhafte Resistenz gegen Mehltau zu erzeugen.
Was ist der Unterschied zwischen der Krisper-Technik und klassischer Gentechnik?
-Beim Einsatz der Krisper-Technik findet die molekulare Schere Cas9 den DNA-Strang und schneidet ihn an einer präzisen Stelle, was zu einem doppelstrangigen Bruch führt. Das zelluläre Reparatursystem versucht, den Bruch zu reparieren, was jedoch zu Fehlern im DNA-Code führt. Dies ist im Gegensatz zur klassischen Gentechnik, bei der Argobakterien verwendet werden, um fremde Gene in die Pflanzenzelle zu transportieren.
Welche Rolle spielt die MLO-Resistenz im Zusammenhang mit Mehltau?
-Die MLO-Resistenz basiert auf einer Mutation des MLO-Gens, die dazu führt, dass der Mehltau abgewehrt wird und die Pflanze gegen Mehltaubefall immun ist.
Wie viele MLO-Gene gibt es im Weizen und warum ist es wichtig, alle zu bearbeiten?
-Weizen hat drei MLO-Gene, die jeweils in den drei Genomen des hexaploiden Weizens vorliegen. Um eine dauerhafte Mehltauresistenz zu erzielen, muss jede Variante des MLO-Gens bearbeitet werden.
Was ist der Vorteil der Krisper-Technik im Vergleich zu klassischen Züchtungsverfahren?
-Der Vorteil der Krisper-Technik liegt in ihrer Präzision, um Mutationen an genau definierten Stellen im Genom zu setzen, im Gegensatz zu klassischen Züchtungsverfahren, die zu vielen unkontrollierten Mutationen führen.
Wie wird die Effektivität der Krisper-Mutationen im Weizen nachgewiesen?
-Die Effektivität der Krisper-Mutationen wird mit molekularbiologischen Methoden nachgewiesen, um zu überprüfen, ob die Mutationen an den entsprechenden Stellen im Genom ausgelöst wurden.
Was passiert, wenn die mit Krisper veränderten Weizenpflanzen mit Mehltau infiziert werden?
-Wenn die mit Krisper veränderten Weizenpflanzen mit Mehltau infiziert werden, kann man überprüfen, ob sie tatsächlich resistent sind, indem man auf die Entwicklung von Mehltausymptomen achtet.
Wie wird sichergestellt, dass die Krisper-Werkzeuge nicht in den Nachkommen der veränderten Pflanzen verbleiben?
-Durch die Anwendung der einfachen Regeln der Vererbung und die Selbstbefruchtung der veränderten Pflanzen können die Krisper-Werkzeuge vollständig entfernt werden, so dass die Nachkommen editiert sind, aber keine Krisper-Kasswerkzeuge enthalten.
Was bedeutet die Aussage, dass die Krisper-Technik 'eine Revolution' in der Pflanzenwissenschaft ist?
-Die Aussage bedeutet, dass die Krisper-Technik ein grundlegendes und bahnbrechendes Verfahren darstellt, das die Pflanzenwissenschaft und -züchtung erheblich vorantreiben und neue Wege zur Verbesserung von Pflanzen öffnen könnte.
Outlines
🌱 Krisper-Technik in der Pflanzenzuchtrevolution
Die Krisper-Technik ist eine neue Methode des Genom-Editings, die es ermöglicht, sehr präzise Veränderungen im DNA-Molekül vorzunehmen. Diese Technik ist so genau und kosteneffizient, dass sie eine Revolution in der Pflanzenwissenschaft auslöst. Bisher unerreichbare Problemlösungen sind nun möglich, wie die Erreichung einer dauerhaften Resistenz von Weizen gegen Mehltau. An der Universität Gießen wird bereits an dieser Technologie geforscht. Die Krisper-Technologie besteht aus einer Art Sonde (geide RNA), einer molekularen Schere (Cas 9) und einem weiteren RNA-Stück, das beide Elemente verbindet. Mit einer speziellen Software kann die Zielsequenz am Bildschirm genau bestimmt werden. Das Ziel ist es, in einem spezifischen Bereich des Weizen-Genoms eine Mutation hervorzurufen, um die Resistenz gegen Mehltau zu erreichen. Weizen ist hexaploid und besitzt drei verschiedene Genome, was die Gentechnik kompliziert macht. Die Krisper-Technologie ermöglicht es, präzise Veränderungen durchzuführen, was bei klassischer Gentechnik nicht möglich ist.
🌾 Entwicklung von resistenten Weizensorten mit Krisper
Die Krisper-Technologie wird verwendet, um Weizensorten zu entwickeln, die resistent gegen Mehltau sind. Der Prozess beginnt mit der Vorbereitung unreifer Weizenembryonen für den Einsatz von Krisper. Nach der Einführung des Krisper-Werkzeugs in die Weizenszelle, passiert ein komplexer biologischer Prozess. Das zelluläre Reparatursystem versucht, den durch die Cas 9-Schere verursachten DNA-Strangbruch zu beheben, was zu Fehlern im DNA-Code führt und das betroffene Gen unlesbar macht. Dies führt zu einer Resistenz gegen Mehltau. Die Mehltauerkrankung wird durch einen Pilz, den Mehltau-Erreger, verursacht, der in der Landwirtschaft zu erheblichen Ertragsausfällen führen kann. In Deutschland gibt es eine breite Mehltauresistenz, die auf einer Mutation des MLO-Gens basiert. Durch Krisper-Technologie kann eine Resistenz in Weizen hergestellt werden, indem alle MLO-Gene gleichzeitig mutiert werden. Die Pflanzen, die durch Krisper verändert wurden, müssen zu kleinen Pflänzchen herangezogen und dann in die Erde übertragen werden. Durch molekularbiologische Methoden kann überprüft werden, ob die gewünschten Mutationen im Weizen-Genom stattgefunden haben. Die Krisper-Technologie ist ein neues Werkzeug in der Pflanzenzüchtung, das großes Potenzial zur Verbesserung von Pflanzen bietet.
Mindmap
Keywords
💡Krispy-Technik
💡Genom-Editing
💡DNA
💡Mehltau
💡Weizen
💡Hexaploid
💡MLO-Gen
💡Genfähre
💡Mutation
💡Pflanzenzuchtung
💡Genome
Highlights
Die Krisper-Technik ist ein neues Genom-editing Verfahren, das es ermöglicht, DNA sehr präzise zu verändern.
Die Technik ist so präzise und kostengünstig, dass es eine Aufbruchstimmung in der Pflanzenwissenschaft auslöst.
Krisper-Technik kann zu hervorragenden Ergebnissen und Problemlösungen führen, die zuvor undenkbar waren.
Bisher war es Pflanzenzüchtern nicht gelungen, Weizen dauerhaft widerstandsfähig gegen Mehltau zu machen.
Mit Krispa könnte es gelingen, Weizenembryo für eine dauerhafte Resistenz gegen Mehltau zu präparieren.
Weizen ist hexaploid mit einem komplexen Genom, das größer ist als das des Menschen.
Das Wissen über die Genomsequenz der Weizen ist die Voraussetzung für präzise Veränderungen mit Krispa.
Das Krispa-Werkzeug besteht aus einer Sonde, einer molekularen Schere (Cas9) und einem RNA-Teil, das beide verkoppelt.
Mit einer speziellen Software kann die Zielsequenz im Genom genau bestimmt werden.
Krispa wird in Weizenzellen eingebracht, ähnlich wie in der klassischen Gentechnik, aber mit einem anderen Endziel.
Der Einsatz von Argobakterien ermöglicht das Einbringen des Krispa-Systems in die Pflanzenzelle.
Mehltaubefall ist eine weit verbreitete Schadplage in der Landwirtschaft, die zu erheblichen Ertragsausfällen führen kann.
Die MLO-Resistenz basiert auf einer Mutation des MLO-Gens, die die Pflanze immun gegen Mehltau macht.
Weizen besitzt drei MLO-Gene, die gleichzeitig mutiert werden müssten, um eine Resistenz zu erzeugen.
Krispa erlaubt es, alle MLO-Gene gleichzeitig auszuschalten, was mit klassischen Züchtungsverfahren nicht möglich ist.
Nach der Einführung des Krispa-Konstrukts in Weizenembryo müssen diese zu kleinen Pflänzchen herangezogen werden.
Molekularbiologische Methoden können nachweisen, ob die Krispa-Mutationen im Weizen-Genom an den entsprechenden Stellen ausgelöst wurden.
Infizierte Pflanzen zeigen, ob sie tatsächlich gegen Mehltau resistent sind, indem man auf Symptome achtet.
Das Krispa-Werkzeug, das in die Pflanzen eingeführt wurde, soll nach der Verwendung vollständig entfernt werden.
Krispa ist ein neues Werkzeug in der Pflanzenzüchtung mit großem Potenzial für die Verbesserung von Pflanzen.
Transcripts
die Krisper Technik ist ein neues Genom
editing Verfahren mit dem wir in der
Lage sind sehr präzise DNA zu verändern
die Technik ist so präzise und so
kostengünstig dass
in der ganzen
pflanzenwissenschaft tatsächlich eine
Aufbruchstimmung herrscht eine es ist
eine Art Revolution wir können jetzt
schon zeigen dass die Anwendung der
Technik zu zu hervorragenden Ergebnissen
führt und zu zu Problemlösungen die
undenkbar waren so ist es den
pflanzenzüchtern bis heute nicht
gelungen bei Weizen eine dauerhafte
Resistenz gegen Mehltau hinzubekommen
mit dem neuen Werkzeug könnte es
gelingen an der Universität Gießen wird
schon damit
gearbeitet in einem ersten Schritt
werden hier unreife weizenembryonen für
den Einsatz von krispa
präpariert um die gewünschte Resistenz
zu erreichen muss im weizenenom an einer
genau definierten Stelle eine Mutation
ausgelöst werden und das gleich mehrfach
denn der Weizen ist hexaploid er besitzt
drei verschiedene genome Weizen hat ein
sehr komplexes
Genom viel größer als das vom Menschen
und
das das Wissen um diese Genomsequenz was
in den letzten Jahren erzeugt wurde ist
die Voraussetzung dafür dass wir präzise
mit chrispa
Veränderung durchführen können das
crrisper Werkzeug besteht aus drei
Teilen eine Art Sonde der geide RNA die
genau zum Ziel passt einer molekularen
Schere den proteinkast 9 das den DNA
Strang schneidet und einem weiteren RNA
Stückchen das beide Elemente miteinander
verkoppelt mit einer speziellen Software
kann die Zielsequenz am Bildschirm genau
bestimmt werden darauf spezialisierte
Labore setzen das krisperkonstrukt dann
zusammen um das krisperwerkzeug
schließlich in die weizenzelle
einzubbringen wird mit ähnlichen
Verfahren gearbeitet wie in der
klassischen
Gentechnik hier werden argobakterien als
Transportmittel eine Art genfähre
eingesetzt jetzt wird
agobakterium die unsere
krisperkasssystem haben auf den unreif
embrionen
pipitiert was dann allerdings in der
Pflanzenzelle passiert ist etwas ganz
anderes als bei der klassischen
Gentechnik die Sonde sucht und findet
das Ziel eine ganz bestimmte Stelle im
Genom genau hier schneidet K9 den DNA
Strang es entsteht ein doppelstrangbruch
dann wird das zelleigene Reparatursystem
in Gang gesetzt die Zelle versucht den
Bruch zu flicken das schafft sie auch
aber mit Fehlern im DNA Code das bewirkt
dass das betreffende gen nicht mehr
richtig abgelesen werden kann
aber was ist eigentlich mhltau und woher
weiß man welche Veränderung im
weizenenom eine Resistenz bewirken kann
die mhtauerkrankung wird durch einen
Pilz hervorgerufen den mhtaupilz das ist
eine der weitverbreitetsten und
wichtigsten Schaderreger in der
Landwirtschaft es wird heute
hauptsächlich bekämpft durch Spritzungen
also durch
fungizideinsätze der Pilz ist ein
äußerst variabler Erreger mit etwa
verschiedenen Rassen die sehr
anpassungsfähig sind
Mehltaubefall kann zu Ertragsausfällen
bis zu 30% führen weil er sich
explosionsartig vermehren kann
mehtaupilze siedeln im Pflanzengewebe
und bilden zwischen den Zellen die
pilzhüfen
aus sie zapfen die Pflanzenzelle mit
einer Art Schlauch an den sie in die
Zelle einführen um an Nährstoffe zu
kommen in GER haben wir eine breite
mehltaauresistenz die beruht letztlich
auf dem MLO gen wir sprechen deshalb von
MLO
Resistenz lange wussten wir nicht worauf
diese Resistenz beruht wir wissen heute
es handelt sich hier um eine Mutation
des des MLO Gens die dazu führt dass der
mhltau abgewehrt wird und die Pflanze
komplett immun ist gegen einen
Mehltaubefall der Weizen besitzt drei
genome und damit auch drei MLO Gene die
man dann gleichzeitig muttergen eren
müsste um eine mhltaauresistenz zu
erzeugen das ist mit klassischen
Züchtungsverfahren nicht oder nur über
ganz lange Zeiträume wie 10 Jahre 20
Jahre möglich im Moment gibt es keine
MLO Resistenz in Weizen mit crrisper ist
es möglich alle MLO Gene gleichzeitig
auszuschalten und zwar indem man eine
genregion als Ziel auswählt die in allen
verschiedenen Varianten des MLO Gehens
in Weizen gleich ist
die weizenembryonen in die das
krisperkonstrukt eingeführt wurde müssen
nun erst einmal zu kleinen Pflänzchen
herangezogen
werden so nach 8 Wochen entwickelt sich
aus diese unreife emrionen
Kalus und dann a wochte später
entwickelt sich aus diesen kaliid
Sprosse und wiederum nach 8 Wochen
entwickelt sich aus diesem Sprosse
Wurzel und die Pflanzen sie so weit dass
sie in die Erde übertragen werden können
ob die chrispermutationen im Weizen
Genom an den entsprechenden Stellen
ausgelöst wurden lässt sich mit Hilfe
molekularbiologischer Methoden
nachweisen wenn die Pflanzen mit Mehltau
infiziert werden zeigt sich ob sie
tatsächlich resistent
sind hier sieht man die mhta Symptome an
Kontrollpflanzen
deutlich wobei bei editierte Pflanzen
keine Symptome ersichtlich
sind das krisperwerkzeug das in die
Pflanzen eingeführt wurde wird nun nicht
mehr gebraucht es soll vollständig
entfernt werden das gelingt mit den
einfachen Regeln der Vererbung wenn die
mit chrisper veränderten Pflanzen im
Gewächshaus nach der Selbstbefruchtung
Ehren ausbilden dann sind die
entstehenden Weizenkörner die Nachkommen
die Nachkommen sind alle
editiert aber nach dem männlichen Gesetz
wissen wir ja dass 25% auf den
Nachkommen keine
kisperkasswerkzeuge enthalten die suchen
wir ja sowohl die die klassischen
züstungsverfahren als auch das Genom
editing beruht auf der Produktion von
Mutationen im Prinzip unterscheiden sich
die Pflanzen die durch diese
unterschiedlichen Verfahren hergestellt
wurden nicht mehr auch auf dem
molekularbiologis Level nicht einers wir
haben allerdings den Vorteil im
genomediting Verfahren dass wir präzise
eine Mutation setzen wohingegen die
klassischen Züchtungsverfahren wie die
Verwendung von Radioaktivität oder
Chemikalien Z Erzeugung von Mutationen
sehr viele unterschiedliche Mutationen
an unterschiedlichen Orten im Genom
setzen die dann zuerst mal
herausgekreuzt werden müssen bevor die
Pflanzen genutzt werden können Krisper
ist ein ganz neues Werkzeug in der
Pflanzenzüchtung
schon heute sehen wir das große
Potenzial es öffnet komplett neue Wege
zur zur Verbesserung von Pflanzen
äh wir sollten dieses Potenzial
tatsächlich nutzen
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