Gentechnik Flashcards
Definition für
Pflanzenzüchtung
Erbliche Veränderung an Nachkommen weitergeben, die eine Anpassung an die Bedürfnisse des Menschen als
Ziel haben
Welches sind die vier wichtigsten
Zuchtziele (Oberbegriffe) bei Pflanzen und
Beispiele?
Ertrag (z.B. Kornanzahl),
Qualität der Ernteprodukte (z.B. Eignung für menschl. Direktverzehr – Erucasäure in Raps),
Widerstandsfähigkeit (z.B. gegen Viren bei Kartoffeln),
Agronomische Eigenschaften (z.B. Kühletoleranz bei Mais -> frühreife)
Unterschiede zwischen Wild- und
Kulturpflanzen
Wildpflanzen haben viele Eigenschaften, die für einen planmäßigen Anbau hinderlich sind:
Reife Samen fallen von alleine aus → dies soll erst während des Erntens (Mähdrescher) erfolgen.
Landwirt möchte gleichmäßige und gleichzeitige Keimung, Blüte und Reifung. Dies ist in der Natur bei
Wildpflanzen nicht zu beobachten
Zeichnen Sie ein allgemeines Schema
der drei Phasen A, B und C zur
Züchtung von neuen Sorten
Wo liegen die züchterischen
Schwierigkeiten, wenn ein Merkmal
durch die Umwelt stark modifiziert
werden kann?
Kulturpflanzen wie Weizen, benötigen sehr unterschiedliche Anforderungen je nach Klima (Großbritannien,
Frankreich, Deutschland).
Daher ist es nicht mehr möglich eine einheitliche Sorte zu finden, die allen Umwelten gerecht wird und vergleichbar hohe Erträge liefert. Hier ist es dann nötig, unterschiedliche Sorten zu Züchten
Wie kann ein Züchter die Genotyp-
Umwelt-Wechselwirkung erkennen?
Durch umfangreiche Versuche von verschiedenen Sorten in mehreren Umwelten (verschiedene Orte
und/oder Anbaujahre) können die Umweltbedingungen herausgerechnet werden.
Verwendung von Klonen
Welche beiden Wissenschaften spielen
heute in der Pflanzenzucht ebenfalls eine
wichtige Rolle?
Genetik und Molekular-/Biotechnologie
Welche Vor- und Nachteile sehen Sie bei
der Verwendung von künstlich erzeugten
Mutationen aus Sicht eines
Pflanzenzüchters?
Durch Röntgenstrahlung oder chemische Mutagene kann die Mutationsrate erhöht werden -> doch das Auffinden von positiven Mutationen ist sehr aufwendig (meistens rezessiv und müssen durch Langjährige Selbstung in den homozygoten Zustand gebracht werden) Viele Merkmale sind polygen
-> Es ist unwahrscheinlich, dass alle
betroffenen Gene gleichzeitig durch Mutation verbessert werden können.
Klonsorte
Liniensorte
Populationssorte
Hybridsorte
Klonsorte Vermehrung
Asexuell
(vegetativ, Meristem-Kultur)
Liniensorte Vermehrung
Sexuell-Selbstung
Populationssorte Vermehrung
Sexuell- Fremdbestäubung
(VGF = Vollgeschwisterfamilie)
Hybridsorte Vermehrung
Sexuell, oder Doppelhaplonten
Klonsorte Besonderheit
polyploide Pflanzen
Liniensorte Besonderheit
Ein-Korn-Ramsch,
Doppelhaplonten
Populationsorte Besonderheit
Restsaatgut aus vorherigen Stämmen
Isolierhauben, Spannwände
Hybridsorte Besonderheit
Aufwendige Kombinationsprüfung der
Eltern
Klonsorte Genotyp
Heterozygot
Liniensorte Genotyp
Homozygot
Populationssorte Genotyp
heterozygot
Hybridsorte Genotyp
Heterozygot
Klonsorte Phänotyp
Homogen
Liniensorte Phänotyp
Homogen
Populationsorte Phänotyp
Heterogen
Hybridsorte Phänotyp
Homogen
Klonsorte Beispiel
Kartoffel
Liniensorte Beispiel
Weizen
Populationssorte Beispiel
Roggen
Hybridsorte Beispiel
Mais
Klonsorte Vorteile
Virusfrei, einheitlich,
Phase B (Selektionszyklen) reduziert →
schnellere Sorten-Erfolge
liniensorte Vorteile
Sehr einheitlich (Blüte, Reife, Ernte)
Ausgangssorte für Hybrid-Sorten
Populationssorte Vorteile
Witterungsunempfindlicher,
garantierter Mindestertrag
Hybridsorte Vorteile
Höchsterträge (nur) in F1 möglich
durch Heterosis
Klonsorte Nachteile
Saatgut bzw. Kartoffeln müssen immer
vom Züchter neu hergestellt werden,
da nur vegetative Vermehrung möglich
Liniensorte Nachteile
nzucht-Depression bei homozygot
vorliegenden rezessiven Allelen
Populationssorte Nachteile
Blüte, Reife sehr uneinheitlich -
Dünge-, Pflanzenschutz-, Erntezeit
nicht leicht zu erfassen
Hybridsorte Nachteile
F1 Generation muss vom Züchter
immer neu hergestellt werden
Ab F2 Leistungsrückgang (50%) wegen
Aufspaltung (1:2:1)
Was unterscheidet die Liniensorte
von der Hybridsorte?
Liniensorten erhält man durch Selbstung (Inzucht) bzw. Kreuzung eng verwandter Pflanzen über
mind. 6 Generationen (→ zu 98,4% identische Pflanzen)
Hybridsorten erhält man in der F1 Generation aus der Kreuzung von nicht verwandten Liniensorten
oder Hablonten
Warum gibt es bei der Klonsorte
keine Phase B?
-
Klonsorten wie die Kartoffel sind auto-tetraploid (A1A2A3A4, a1a2a3a4) und sehr Virusanfällig,
wäre eine Selektionsphase (B) extrem aufwendig und langwierig. Neue Merkmale würde man nur
äußerst schwer erkennen. - Nach der Kreuzung in der Parentalgeneration wird nicht mehr gekreuzt, sondern unter sterilen
Bedingungen (Sterilbank) geklont
Welche Kriterien muss eine Sorte
erfüllen, damit sie den Sortenschutz
erhalten kann?
- Unterscheidbarkeit von anderen Sorten (morphologisch)
- Homogenität
(Morphologische Merkmale, bei der Saatgut Herstellung → Ausschluss von Fremdpollen) - Beständigkeit (Morphologische Merkmale)
- Neuheit
(genaue Beschreibung der neuen Eigenschaften, Verbesserung gegenüber anderen Sorten) - Sortenname
→ Klonsorten, Liniensorten und Einfach-Hybride erreichen o.g. Kriterien leicht
→ Bei Populationssorten ist dies sehr schwierig, da die Sorte heterogen und heterozygot ist!
Das Saatgut muss unter strengsten Blüh-Voraussetzungen erzeugt werden, sodass die Bestäubung
nur innerhalb der Sorte stattfindet
Welche Verfahren der
Biotechnologie kennen Sie?
Vermehrung durch Zell- und Gewebekultur (Meristem-, Haplonten-, Kallus-,
Suspensionskultu
Welche Vorteile hat die Meristem-
Kultur?
Möglichkeit aus Einzelzellen oder Verbänden (Gewebe) schnell
wieder vollständige Pflanzenklone zu regenerieren
Beschreiben Sie das Vorgehen bei
einer Meristemkultur
Entnahme von Meristemzellen unter dem Mikroskop
* in vitro Zellen auf sterilen Nähragar kultivieren
(Mineralstoffe: Nitrat, Ammonium; Spurenelemente…,
Vitamine und Pflanzenhormone A>C: Auxin für Wurzelwachstum
Cytokinin für Sprosswachstum)
Wie können Doppel-Haploide
Pflanzen erzeugt werden?
→ Klonierung der F1-Generation nach Kreuzung reinerbiger Eltern (PA + PB)
→ männliche Linie: unreife Polenkörner (n) oder
Staubbeutel (Antheren) (n), (Raps, Wintergerste)
→ weibliche Linie: unbefruchtete Eizellen (n)
(Sommergerste, Kartoffel, Weizen, Mais)
→ werden auf Nähragar (siehe oben) kultiviert
→ es entstehen haploide Pflanzengewebe (n)
→ Colchicin (Zellteilungsgift) beeinflusst die Mitose dieses Kallusgewebes
→ es entstehen diploide (2n) Pflanzen
→ mit identischen homologen Chromosomen = Doppelhaplont
→ reinerbige Hybride
Welche Vorteile hat die DH-
Methode?
→ sofortiges Ergebnis gegenüber der Selbstung (Inzucht) - Methode
→ rezessive Merkmale treten sofort hervor (z.B. Resistenzgene)
→ Heterosis-Effekte (z.B. für Gewinnung von mehr Pflanzeninhaltstoffe)
Erklären Sie die Ziele der Methode der
Protoplasten-Fusion
Optimierung von züchterischen Eigenschaften
(Ertrag, Qualität, Resistenzen)
- Asexuelle Kreuzungen zwischen verschiedenen
Arten → Hybride
- „Regeneration“ bzw. Rückkreuzung von
Eigenschaften aus „Wildtyp“ oder anderen
verwandten Arten (z.B. Raps: Nemathoden-
Resistenz aus Rettich)
Erklären Sie die Methode der
Protoplasten-Fusion
Nennen Sie weitere Biotechnologische
Methoden
Molekulare Marker (Identifizierung von gewünschten Eigenschaften)
* Genomanalyse
Was sind Marker und welche
Einsatzgebiete gibt es in der
Züchtung?
Aufspüren von natürlichen DNA-Sequenzen von gewünschten Merkmalen Mittels Gensonden
= Smart Breeding
* Beschleunigt die Selektion: Pflanzenembryo-Zellen entnommen und gentechnisch untersucht
Welche Vorteile hat der Gentransfer
gegenüber der klassischen Kreuzung?
- Ein genau definiertes Gen kann in die Pflanze „gezielt“ eingebracht werden. Dabei kann das
genetische Material auch aus anderen Organismen: Bakterien, Mensch (Gen Pharming) stammen. - Züchtungserfolge werden beschleunigt und sind effizienter
- Ergänzen die Klassische Züchtung
Welche Nachteile sehen Sie beim
Einsatz von Gentechnik?
- Unkontrollierte Ausbreitung neuer Gene (Resistenzen) auf verwandte Wildpflanzen oder Bakterien
- Gesundheitsschäden (Allergien) bei Mensch (über Nahrung) und Tier (über Futterpflanze
Was versteht man unter dem
Verfahren der Gen-Editierung und
welche Vorteile besitzt es gegenüber
dem Gentransfer?
- Sammelbegriff für molekularbiologische Techniken zur zielgerichteten Veränderung von DNA mittels
CRISPR-Cas-Technik
Doppel Haploiden Kultur
Selektionszüchtung
Klassische Züchtung / klassisches Verfahren
→ “kreuzen von gewünschten Merkmalen”, selektieren und vermehren
→ keine Gentechnik!
→ positive Auslese (+)
nur gewünschte Merkmale werden ausgewählt (selektiert) und weitervermehrt
→ negative Auslese (-)
unerwünschte Merkmale werden verworfen
Kombinationszüchtung
→ Vereinen verschiedener Merkmale durch gezielte Kreuzung von Pflanzen zweier Arten oder Sorten
mit unterschiedlichem Erbgut in neuer Pflanzensorte
→ Zusammenwirken dieser Gene führt zu neuen Phänotypen
→ erwünschte Merkmale werden verstärkt (+) und unerwünschte zurückgedrängt (-)
→ alle Nachkommen reinerbiger Eltern in der F1-Generation sind gleich (Uniformitätsregel)
→ Selektion in der F2-Generation (Spaltungsregel 1 : 2 : 1)
→ 3. mendelschen Unabhängigkeits- und Neukombinationsregel (9 : 3 : 3 :1)
Problematik von Kombinationszüchtung
Je mehr Gene an einem Merkmal beteiligt (polygen) sind, und je mehr Merkmale gekreuzt (polyzygot) werden, desto schlechter können die einzelnen Genotypen voneinander anhand des Phänotyps unterschieden werden
Die neuen Sorten müssen auch an verschiedenen Standorten (3-4) getestet werden, da nicht alle Merkmale eine
hohe Erblichkeit (Heritabilität) besitzen.
D.h. die Merkmale besitzen eine bestimmte Modifikation Anpassung an die abiotischen Faktoren)
Sortenzüchtung benötigt viel Zeit: 10-16 Jahre
Mutationszüchtung
z.B. durch Röntgenstrahlung oder mutagene Chemikalien wie EMS (Ethylmethansulfonat)
Mutationsrate erhöhen
→ anschließend gewünschtes Merkmal “auslesen” und weitervermehren
Stammbaum-/Sortenzüchtung
→ nach erfolgter Kreuzung zweier Elternindividuen über mehrere Generationen hinweg aus den
Stämmen Einzelpflanzen ausgelesen und weiterzüchten
→ reproduzierbar mithilfe des Herkunftsnachweises jedes züchterischen Endprodukts;
→ häufigstes Zuchtverfahren bei Selbstbefruchtern und bei vegetativ vermehrten Pflanzen.
→ Bei Fremdbefruchtern kann in der Regel nur die mütterliche Abstammung nachgewiesen
werden (»Mutterstammbaumzüchtung«).
Unterschieden werden: Klon-, Linien-, Populations- und Hybridsorten
(bzw. Züchtung von Stammbäumen)
Wie wählt man die geeignete Stammbauzüchtungsmethode?
Je nach Pflanzenart gibt es Selbstbestäuber,
vegetative Vermehrer und Fremdbestäuber
Klonsorte Vorteil
schnelle Vermehrung, Erreger (Viren, Bakterien, Pilze) und Schädlingsfrei
Klonsorte Nachteil
muss von Landwirt jährlich nachgekauft werden,
denn bei eigener Vermehrung häufen sich die Ernteausfälle an
Klonsorte
Kartoffeln sind tetraploid (4n):
→ nach der ersten Kombinations-Kreuzung (P1xP2)
F1 heterozygot in den Merkmalen
F2 → gäbe starke Aufspaltung der Genotypen
→ zunächst Vermehrung F1 durch Klonen
der Sprosse unter Labor-Bedingungen
für Viren und Pilz-Freiheit!
→ am Ende der Züchtung vegetative Vermehrung
der Knollen für den Verkauf
Liniensorte Vorteil
essere Planbarkeit durch gleiche Ernte-Zeit, Düngebedarf…
Liniensorte Nachteil
reinste Monokulturen!
→ anfälliger für Witterungsabweichungen, Schädlingsbefall…
Liniensorte
Populationssorte Nachteil
sehr langsamer Zuchterfolg
geringerer Ertrag, Blüte-, Dünge-, Reife-,
Erntezeit variiert
Populationssorte Vorteil
Witterungseinflüsse, Krankheitsbefall → resistenter!
→ Mindest-Ertrag garantiert, keine kompletten Ernteausfälle
Populationssorte
→ Selektion über mehrere Genotypen (über das Mittel)
→ sehr heterogen und heterozygot
Hybridzüchtung /-sorte
→ gezielte Kreuzung von zwei Elternlinien, bei denen die gewünschten Merkmale
reinerbig vorhanden sind (aus Inzuchtlinien) (1) Mais, Weizen
→ Linie A und B soll nicht sehr nah Verwandt sein
→ aber auch Doppelhaploten-Linien (2) möglich
Heterosis-Effekt
Mehrleistung der F1-Hybride
→ je mehr Genorte in einer Kombinationskreuzung heterozygot vorliegen,
desto höher ist der Heterosis-Effekt bzw. die Mehrleistung der F1-Hybride
Es zählt aber nicht nur der Heterosis Effekt, sondern auch die Eigenleistung der PA und PB
-Generationen
Vorteil:
Hohe Leistung der Hybride → mehr Erträge, hohe Qualität
Blüte-, Dünge-, Reife-, Erntezeit gleich → Geld und Zeitersparnis für Landwirt
Nachteil:
→ Saat muss immer aus der Elterngeneration gewonnen werden
→ F2-Saat verliert den Heterosis-Effekt und Homogenität!
Polyploidisierung -> Nennung der
Ausgangssorten und
Beschreibung der
Entstehung bzw.
genetischen Veränderung
- Wildeinkorn (AA) x Wildgras (BB) = Emmer (AABB) 2n→4n
- Emmer (AABB) x Wildgras (DD) = Dinkel (AABBDD)4n→6n
- Durch Selektion des Dinkels ist der Saatweizen (AABBDD) entstanden
Triticale Ausgangspflanzen
Weizen – kurzes Stroh, hoher Ertrag, Backqualität
Roggen – Winterhärter, Krankheitsresistenz, Stresstoleranz
Triticale Genetische Veränderung
Prinzipien der Sortenprüfung
Züchtungsziele Pflanzen
Züchtungserfolge Pflanzen
Meristemkultur Beispiele
Kartoffeln, Spargel, Zierpflanzen
Meristemkultur
Gewebe aus Sprossen-, Wurzelspitzen, Achselknospen
- Totipotentes Zellgewebe mit hoher Zellteilungsaktivität
- Gewebe kann mehrfach geteilt und vermehrt werden → schnelle und kostengünstige
Vermehrung, einfache
Lagerung im
Reagenzglas -
Virenfrei, Bakterienfrei,
Pilzfrei
→ wegen schneller
Zellteilungsrate ist keine
Einwanderung / Infektion
möglich
Kalluskultur
- Kallusgewebe einsteht an Rändern als Wundverschlussgewebe
- Differenzierte Zellen erzeugen neue wieder totipotent
- Undifferenzierter Zellhaufen wird im sterilen Nährmedium gezogen
- Zellen vermehren sich Tumorartig durch schnelle Mitose
Suspensionskultur
Eine Zellkultur, in der im Idealfall alle enthaltenen Zellen einzeln in Suspension
vorliegen
→ dient der Vereinzelung der Zellhaufen in Zellsuspension
→ erleichtert die Vermehrung und Aufteilung auf weitere Nährmedien
Haplontenkultur / Doppelhaplonten
- Klonierung der F1 nach Kreuzung reinerbiger Eltern
-
männliche Linie: unreife Pollenkörper/ Staubbeutel oder
weibliche Linie: unbefruchtete Eizellen, hat Meiose schon durchlaufen -
Ausbringung auf Nähragar und Behandlung mit Pflanzenwachstumshormonen
→ haploide Pflanzengewebe entstehen -
Colchicin Behandlung, beeinflusst Mitose des Kallusgewebe
→ Entstehung diploider Pflanzenzellen mit identischen homologen
Chromosomen = Doppelhaplonten - Reinerbige hybriden → Heteros-Effekt
- Rezessive Merkmale treten schneller hervor (Resistenzgene)
Marker-Technik → Fingerprinting
„Smart-Breeding“ Vorteile
- Schnelle Vermehrung, kostengünstig
- Virusfrei Pflanzen
- Züchtung von transgenen Pflanzen (bei Agrobakterium tumefaciens Technik)
Was ist eine Haplonten-/Doppelhaplonten-Kultur?
- Kultivierung unreifer Pollen/Eizellen
- Erzeugung haploider Pflanzen, Chromosomenverdopplung → Doppelhaplonten
Wie funktioniert die Transgenierung mit Agrobacterium tumefaciens?
- Infektion über Haarwurzelzellen
- Übertragung des Ti-Plasmids, Integration ins Pflanzengenom
Warum müssen Ti-Plasmide entschärft werden?
- Vermeidung von Tumorbildung (Wucherungen)
- Verbesserung der Pflanzengesundheit und -ästhetik
Wie funktioniert die Partikelkanone (Genkanone)?
- Gene auf Gold/Wolfram-Kügelchen aufgebracht
- Mit Luftdruck in Pflanzenzellen geschossen, Integration ins Genom
Was ist das Cre/lox-P-System?
- Entfernt Marker-Gene nach erfolgreicher Transgenierung
- Vermeidung von Allergien durch Markergene
Welche Pflanzen sind in der EU gentechnisch zugelassen?
- Bt-Mais MON810
- Keine kommerzielle Nutzung in Deutschland seit 2011
Welche Produkte müssen in der EU als gentechnisch verändert gekennzeichnet werden?
- Produkte, die GVO enthalten oder daraus hergestellt sind (z.B. Öl, Lecithin)
- Ausnahme: <0,9% gtv-Bestandteile, Futtertiere, bestimmte Zusatzstoffe
Was versteht man unter klassischer Pflanzenzüchtung?
- Keine Gentechnik
- Kreuzung gewünschter Merkmale
- Selektion und Vermehrung
Wie werden Pflanzen mit Agrobacterium tumefaciens transformiert?
- Nutzung des Ti-Plasmids
- Übertragung gewünschter Gene in Pflanzenzellen
Was ist die Partikelkanone (Genkanone) in der Pflanzenzüchtung?
- Physikalische Methode zur Genübertragung
- Beschuss von Pflanzenzellen mit DNA-beschichteten Partikeln
Was sind Vorteile der Meristemkultur in der Pflanzenzüchtung?
- Virusfreie Pflanzen
- Schnelle Vermehrung
- Einfache Lagerung
- Günstige Produktion
Was versteht man unter Kalluskultur?
- Bildung eines undifferenzierten Zellhaufens (Wundgewebe)
- Wachstum auf Nährmedium
Was ist eine Suspensionskultur?
- Einzelzellen oder kleine Zellaggregate in Flüssigmedium
- Vermehrung durch Schütteln und Belüften
Wie funktioniert die Haplonten-/Doppelhaplonten-Kultur?
- Kultivierung unreifer Pollen/Eizellen
- Erzeugung haploider Pflanzen
- Chromosomenverdopplung zur Erzeugung von Doppelhaplonten
Welche gentechnischen Methoden gibt es zur Pflanzenveränderung?
- Agrobacterium tumefaciens (Ti-Plasmid)
- Partikelkanone (Genkanone)
- Mikroinjektion
- Elektroporation
Welche Rolle spielt das Cre/lox-P-System bei der Gentechnik?
- Entfernt Markergene nach erfolgreicher Transformation
- Erhöht Sicherheit für Verbraucher (z.B. Allergien vermeiden)
Welche gentechnisch veränderte Pflanze ist in der EU zugelassen?
- Bt-Mais MON810
Welche Produkte müssen in der EU als gentechnisch verändert gekennzeichnet werden?
- Alle Produkte mit GVO oder daraus hergestellt
- Ausnahmen: <0,9% gtv-Bestandteile, Futtertiere, Zusatzstoffe wie Enzyme
Nenne Vor- und Nachteile der Gentechnik in der Pflanzenzucht.
- Vorteile: Resistenz gegen Schädlinge, höhere Erträge, weniger Pestizideinsatz
- Nachteile: Ethikfragen, mögliche Umwelt- und Gesundheitsrisiken, Kennzeichnungspflicht
Beschreibung des Ablaufs der
Transgenierung einer Tabakpflanze
Züchterisches Potenzial Ti-Plasmide
- Transformierung wichtiger Information für Selektion z.B. mit molekularen Makern
zur Unterstützung der Zierpflanzenzüchtung - Transfer von Pflanzen-Resistenzen
Warum muss ein ti-plasid entschärft werden?
- Um Tumorbildung zu vermeiden
- Unschön, nicht ästhetisch → Wucherung an Zierpflanzen zu vermeiden
- Entschärfen der Pathogenität: aufteilen der beiden Komponenten 1+2 auf zwei
Plasmide - Vermeidung der Übertragung auf andere Bodenorganismen
Was ist die Bedeutung von Marker für die Selektion
transformierter Agrobakterien
mpicillin-Resistenz: ampR → Selektion 1 auf Bakterien, die das Plasmid mit
Klonierungsvektor aufgenommen haben
Neomycin-Resistenz: neoR → Selektion 2 auf Pflanzenzellen, die das Transgen nach der
Infektion integriert haben
Was ist die Bedeutung von Genetische Marker für die
Erkennung von transformierten
Pflanze
Fluoreszenz-Gene anstelle der Neomycin-Resistenzgene:
→ Verhelfen zur enzymatischen Fluoreszenz in gtv-Pflanzenzellen und somit
zu einer mikroskopischen Selektionsmöglichkeit
Was ist die Bedeutung von der Entfernung von
Genetischen Markern
Maker-Problematik:
Maker wichtig für Selektion, um zu sehen, welche Zellen das Transgen aufgenommen
haben
* Gefahren:
→ Antibiotikaresistenz durch horizontalen Gentransfer auf Bodenbakterien und andre
Organismenüberragen
→ Viele Antibiotika wirken nicht mehr
→ Einbau andere Maker: Erzeugen Enzyme die bestimmte Stoffe Abbauen könne
(Intoleranz wird zu Toleranz)
→ Floreszenz Gen→ Für Selektion
→ Enzyme Können zu Allergene werden, welche Allergien hervorrufen
Was ist CRISPR/Cas und wie funktioniert es grundsätzlich?
- CRISPR/Cas ist eine molekulare Genschere
- crRNA dient als Erkennungssequenz
- tracrRNA verbindet sich mit crRNA
- Cas9-Protein schneidet DNA an Zielstelle
- DNA-Reparaturmechanismus führt zu Mutation oder Einfügung neuer DNA
Wofür steht die Abkürzung CRISPR?
- C = clustered (gehäuft)
- R = regulatory (regelmäßig)
- I = interspaced (mit Zwischenräumen versehen)
- S = short (kurz)
- P = palindromic (palindromisch)
- R = repeats (Wiederholungen)
Wie schützt das CRISPR/Cas-System Bakterien vor Viren?
- Virale DNA wird in Bakterium eingeschleust
- DNA-Abschnitte werden als Spacer-Sequenzen ins CRISPR-Genom eingebaut
- Bei erneutem Angriff: CRISPR-RNA + Cas9 erkennen virale DNA
- Cas9 schneidet virale DNA -> Immunität
Warum gilt der CRISPR/Cas-Komplex als Baukastensystem?
Besteht aus variablen CRISPR-RNA und konstantem Cas9-Protein
- Verschiedene Viren-Steckbriefe speicherbar
- In der Forschung gezielte DNA-Modifikation möglich
Was ist eine transgene Pflanzenzelle?
- Pflanzenzelle mit artfremdem Gen im Erbgut
- Gentechnisch veränderte Zelle mit rekombinanter DNA
Wie funktioniert CRISPR/Cas bei der Erzeugung resistenter Maispflanzen?
- Genschere schneidet Pflanzen-Genom
- Resistenzgen wird an gewünschter Stelle eingefügt
- Keine Fremd-DNA notwendig
- Genschere wird vollständig abgebaut
Nenne Contra-Argumente gegen grüne Gentechnik.
- Risiko unkontrollierter Genübertragung
- Resistenzentwicklung bei Schädlingen
- Abhängigkeit von Großkonzernen
- Unabsehbare ökologische Folgen
Was ist Glyphosat und warum ist es umstritten?
- Totalherbizid
- Vernichtet Unkraut, schont resistente Pflanzen
- Umweltbedenken, Rückstände in Lebensmitteln, Wirkung auf Artenvielfalt
Welche Vorteile bietet CRISPR/Cas in der Grundlagenforschung?
- Zielgenaue Genom-Editierung
- Effizient, schnell und kostengünstig
- Hohe Präzision beim Austausch einzelner Basen
Was sind Off-Target-Effekte bei CRISPR/Cas?
- Unscharfe Zielerkennung
- Schneiden an falschen DNA-Stellen
- Mögliche unvorhersehbare Konsequenzen
Was unterscheidet klassische Gentechnik von CRISPR/Cas?
- Klassisch: Einfügen artfremder Gene (transgen)
- CRISPR: Zielgerichtetes Schneiden ohne Fremd-DNA
- CRISPR = Genome Editing, nicht klassische Gentechnik
Was sind die Hauptziele der Tierzucht?
- Leistungssteigerung (Milch, Fleisch, Wolle)
- Verbesserung der Gesundheit
- Verbesserung der Fruchtbarkeit
- Anpassung an Umweltbedingungen
Welche Zuchtmethoden gibt es in der konventionellen Tierzucht?
- Reinzucht
- Inzucht
- Veredelungszucht
- Kombinationszucht
- Verdrängungszucht
Was versteht man unter Reinzucht?
- Paarung verwandter Tiere gleicher Rasse
- Ziel: Erhaltung und Verbesserung gewünschter Merkmale
Welche Gefahren birgt Inzucht?
- Erhöhung der Wahrscheinlichkeit für Erbkrankheiten
- Inzuchtdepression (z.B. verminderte Fruchtbarkeit)
Was ist der Heterosiseffekt?
- Überlegenheit der F1-Generation gegenüber den Elterntieren
- Höhere Leistung durch genetische Vielfalt
Was ist künstliche Besamung (KB)?
- Gewinnung und Aufbereitung von Sperma
- Besamung durch Techniker
- Verwendung von Tiefgefriersperma für weite Verbreitung
Wie funktioniert der Embryotransfer (ET)?
- Superovulation der Spendertiere
- Spülung zur Gewinnung der Embryonen
- Übertragung der Embryonen auf Empfängertiere
Welche modernen biotechnologischen Methoden werden in der Tierzucht verwendet?
Welche modernen biotechnologischen Methoden werden in der Tierzucht verwendet?
Was ist das Ziel der Genomanalyse?
- Analyse genetischer Marker zur Ermittlung des Zuchtwerts
Welche Bedeutung hat die Genotypisierung?
- Bestimmung der genetischen Ausstattung eines Individuums
- Grundlage für Selektion in der Zucht
Was ist Klonierung?
- Herstellung genetisch identischer Individuen durch Zellkerntransfer
Was versteht man unter Gendiagnostik?
- Untersuchung von Tieren auf bestimmte Gene oder Genveränderungen
Was ist das Ziel der Gentransfer-Technologie?
- Übertragung spezifischer Gene in das Erbgut von Tieren
- Erzeugung transgener Tiere mit neuen Eigenschaften
Was versteht man unter CRISPR/Cas9?
- Gen-Schere zur gezielten Veränderung des Erbguts
Welche Vorteile bietet der Einsatz von CRISPR/Cas9?
- Hohe Präzision
- Kosteneffizienz
- Schnelligkeit im Vergleich zu traditionellen Methoden
Was ist der Unterschied zwischen transgener und konventioneller Zucht?
- Transgen: direkte Veränderung des Erbguts
- Konventionell: Auswahl und Paarung aufgrund beobachteter Merkmale
Welche ethischen Bedenken gibt es bei der Gentechnik in der Tierzucht?
- Tierwohl
- Unvorhersehbare Langzeitfolgen
- Auswirkungen auf Umwelt und Biodiversität
Was sind mögliche Vorteile gentechnisch veränderter Tiere?
- Höhere Leistung
- Krankheitsresistenz
- Geringerer Ressourcenverbrauch
Welche gesetzlichen Regelungen gibt es für Gentechnik in der EU?
- Strenge Zulassungsverfahren
- Kennzeichnungspflicht
- Rückverfolgbarkeit der Produkte
Was ist der Unterschied zwischen direkter und indirekter Gentechnik?
- Direkt: gezielte Veränderung des Genoms
- Indirekt: Nutzung genetischer Marker zur Selektion
Welche Rolle spielt die molekulare Marker-gestützte Zucht?
- Einsatz genetischer Marker zur Auswahl zuchtgeeigneter Tiere
- Vermeidung unerwünschter Gene
- Beschleunigung der Zuchtprogramme
Was sind genetische Marker?
- DNA-Sequenzen, die mit bestimmten Merkmalen assoziiert sind
- Erleichtern die Vorhersage der Eigenschaften eines Tieres
Wie funktioniert die Marker-gestützte Selektion (MAS)?
- Identifikation nützlicher Gene
- Selektion anhand genetischer Marker statt phänotypischer Merkmale
Was ist der Vorteil der genomischen Selektion?
- Zuchtwert kann frühzeitig und genauer bestimmt werden
- Einsatz bei jungen Tieren ohne Wartezeit auf Leistung
Welche Herausforderungen bestehen bei der Klonierung von Nutztieren?
- Niedrige Erfolgsrate
- Gesundheitsprobleme bei Klonen
- Ethische und wirtschaftliche Bedenken
Was versteht man unter Tierwohl im Kontext der Tierzucht?
- Physische und psychische Gesundheit der Tiere
- Vermeidung von Leiden, Schmerz und Stress
- Artgerechte Haltung und Zuchtziele
Welche Kritikpunkte gibt es an der Intensivtierhaltung?
- Platzmangel
- Eingeschränkte Bewegungsfreiheit
- Höhere Krankheitsanfälligkeit
- Belastung für Umwelt
Wie kann Tierzucht zur nachhaltigen Landwirtschaft beitragen?
- Züchtung ressourcenschonender Tiere
- Verbesserung der Futterverwertung
- Verringerung des CO2-Ausstoßes
Welche Bedeutung hat das Tierzuchtgesetz in Deutschland?
- Regelt Anforderungen an Zuchtorganisationen und Zuchtprogramme
- Sicherstellung der Tiergesundheit
- Schutz genetischer Vielfalt
Was ist das Ziel des Erhaltungszuchtprogramms?
- Erhaltung alter, gefährdeter Nutztierrassen
- Sicherung der genetischen Diversität
Welche Organisationen überwachen die Tierzucht in Deutschland?
- Zuchtverbände
- Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)
Was versteht man unter Hybridzucht?
- Kreuzung von genetisch unterschiedlichen Linien zur Nutzung des Heterosiseffekts
Welche Probleme können durch Hybridzucht entstehen?
- Verlust genetischer Vielfalt
- Abhängigkeit von bestimmten Zuchtlinien
Was ist die somatische Zellkerntransfer-Klonierung?
- Übertragung eines Zellkerns in eine entkernte Eizelle
- Erzeugung genetisch identischer Tiere
Was ist Genom-Editing?
- Zielgerichtete Veränderung von DNA-Sequenzen mit Werkzeugen wie CRISPR
Wie unterscheidet sich Genome Editing von klassischer Gentechnik?
- Genome Editing: punktuelle Veränderungen
- Gentechnik: Einbau fremder Gene
Welche Rolle spielt Epigenetik in der Tierzucht?
- Erforschung der Vererbung nicht-genetischer Faktoren
- Einfluss auf Merkmal-Ausprägung ohne DNA-Veränderung
Welche Zukunftstrends zeichnen sich in der Tierzucht ab?
- Präzisionszucht
- Integration von Big Data und Künstlicher Intelligenz
- Nachhaltige Zuchtprogramme
Was sind mögliche Risiken von Genome Editing?
- Off-Target-Effekte
- Ungewollte Mutationen
- Unklare Langzeitfolgen
Warum ist Transparenz in der Biotechnologie wichtig?
- Akzeptanz in der Gesellschaft
- Nachvollziehbarkeit von Zuchtmethoden
- Ethische Verantwortung
Was sind die Züchtungsziele beim Hund?
Familienhund (Zahmheit), Jagdhund (kleine längliche Größe), Lawinenhund (Geruchssinn), Schäferhund (Schutzverhalten)
Welche Merkmale sind für die Züchtung bei Rindern interessant?
Quantitative Mengenmerkmale wie Milchleistung, Fett- und Eiweißgehalt, Mast- und Schlachtleistung
Wie lautet die Formel zur Berechnung der Standardabweichung in einer Stichprobe?
s = sqrt(1/(n-1) * Σ(xi - x̄)²)
Was beschreibt der Erblichkeitsgrad (Heritabilität) h² in der Tierzucht?
Anteil der genetischen Varianz an der Gesamtvarianz; h² = σ²G / (σ²G + σ²U), Wert zwischen 0 und 1
Welche Zuchtmethoden gibt es in der konventionellen Tierzucht?
Reinzucht, Inzucht, Veredelungszucht, Kombinationszucht, Verdrängungszucht
Wie funktioniert der Embryotransfer (ET) beim Rind?
Gewinnung von Embryonen durch Spülung nach Superovulation, Übertragung auf Empfängertiere zur Austragung
Was versteht man unter künstlicher Besamung (KB)?
Entnahme und Aufbereitung von Sperma, Besamung durch Techniker, Einsatz von Tiefgefriersperma für große Verbreitung
Welche biotechnologischen Zuchtmethoden werden eingesetzt?
Künstliche Besamung, Embryotransfer, Klonierung, Genomanalyse, Gendiagnose, Gentransfer
Was ist das Ziel der Genomanalyse?
Ziel ist die Analyse genetischer Marker zur Ermittlung des genomischen Zuchtwerts
