VL 5 Flashcards
Was ist eine Mutation?
Veränderung der Erbsubstanz
Primäre Quelle genetischer Variation
- neue Allele entstehen
- Durch Rekombination werden Allele neu kombiniert
durch Selektion werden vorteilhafte Allele angehäuft und nachteilige eliminiert
Was sind Mutationen der Keimbahn?
betreffen Eizellen oder Spermien
werden an Nachkommen weitergegeben
wichtig für Pflanzenzüchtung
Was sind somatische Mutationen?
betreffen Körperzellen
werden nicht vererbt
Gefahrenpotential bei gehäuftem Auftreten (z.B. Krebs)
Spontane Mutation
Zerfall von Nukleotiden (Cytosin oxidiert zu Uracil)
Replikationsfehler
Integration oder Herausspringen von Transposons
Induzierte Mutation
polyzyklische Kohlewasserstoffe
UV-Strahlung
Was für Arten von Mutationen gibt es bezüglich Wirkung?
letale Mutationen
konditional letale Mutationen (unter bestimmten letal)
loss of function (Genexpression vermindert oder ausgeschaltet)
gain of function (Genexpression erhöht)
neutrale Mutation (veränderter Phänotyp, keine Konsequenz)
stille Mutation (kein Effekt auf Phänotyp)
Welche Unterscheidungen der Mutationen gibt es bezüglich Ausmass?
Genmutation:
- einzelnes Gen betroffen
- Punktmutation (veränderte Base), Rastermutation (+/- 1 Base)
Chromosomenmutation:
- Strukturelle Veränderung, grössere Einheiten (Genblöcke) betroffen
- Deletion, Duplikation, Translokation, Inversion
Genommutation:
- Änderung der Chromosomenzahl
- Aneuploidie, Polyploidie
Wie viele Gen-Mutationen kommen vor im Genom?
etwa 1 Mutation / 100’000’000 bp / Generation
im Weizengenom mit 17’000’000’000 bp wären das 170 Mutationen / generation
Was sind Ursachen für Gen-Mutationen?
Replikationsfehler in der Meiose
- Basenfehlpaarungen > Basensubstitution
- “Slippage” an monotonen repeats
Verlust oder EInbau von Transposons
Konsequenzen von Punktmutationen
Je nach dem wo die Mutation stattfindet kann es unterschiedliche Konsequenzen haben, bspw. Austausch einer Aminosäure oder Kettenabbruch durch Stopp-Codon -> für Protein-Aktivität gravierend
Welche Arten von Transposons gibt es und wie funktionieren sie?
Retrotransposons (Klasse I Transposable Elemente (TE))
- RNA zwischenprodukte
- Brauchen Reverse Transkriptasen für Transposition
- “Copy and paste”
- Kodieren nicht direkt für Transposasen
DNA Transposons (Klasse II TE)
- Kodieren das Enzym Transposase
- Keine RNA Zwischenprodukte, springen selbständig
- “Cut and paste”
Wie funktioniert das Ac/Ds Transposon bei Mais?
S. 91 (s. 17 vom Foliensatz)
Wie funktioniert das Tcs1 Retrotransposon bei Orange?
Kälteinduzierte Transposition
Induktion von Anthocyan-Produktion
S. 92 (18)
Transposons - Zeitpunkt, Häufigkeit, Ort
Transposition kann in bestimten Entwicklungsstadien und / oder unter bestimmten Umwelteinflüssen stattfinden
Pflanzen können TE Aktivität unterdrücken (silencing)
Häufigkeit der Transposition variiert sehr stark und kann induziert werden
Ort der Insertion oft zufällig
Was sind Beispiele von nutzbaren Genmutationen?
Halmlänge bei Weizen, Zwergwuchs
Zweizeilige / mehrzeilige Gerste
Blattmorphologie der Erbse
Was ist somaklonale Variation?
Genetische Veränderungen durch wiederholte in vitro Vermehrung einer einzelnen Zelle
Zufällige Veränderungen
Sorten z.B. bei Tomaten, Karotten, Kartoffeln
Was erhöht die Häufigkeit von Mutationen? (induziert)
Bestrahlung (Neutronen, Röntgen)
Chemikalien (Säuren, Ethylmethansulfat- EMS)
In vitro Kultur (Somaklonale Variation)
Mutationen gezielt auslösen: Genome-Editing (CRISPR-Cas)
Spontane Mutationen sind selten
Mutationszüchtung
Selektion von Genmutationen:
- Mutagenese durch Bestrahlung, Chemikalien etc.
- Anzucht der M1
- Nur Mutationen in den Keimzellen werden an die folgende Generation weitergegeben»_space; Selbstung
- Anzucht und Testen der M2
Wofür können induzierte Mutationen gut sein?
Induzierte Mutationen können helfen, vorhandene genetische Information effizienter zu nutzen -> functional genomics
Sequenzinformation vieler Gene bekannt
Funktion bzw. Phänotyp oft unbekannt -> reverse genetics
Reverse / forward genetics
Forward genetics
- Analyse des Phänotyps mit anschliessender Identifikation von gekoppelten Genen (z.B. QTL Analyse, klassische Kopplungsgenetik)
Reverse genetics
- Analyse eines bestimmten Gens mit anschliessender Überprüfung des resultierenden Phänotypen (z.B. TILLING)
Was ist TILLING?
Targeting Induced Local Lesions IN Genomes
Ablauf:
1. Mutagenese mit EMS
2. Selbstbefruchtung der M1
3. DNA Extraktion aus M2, Saatgut konservieren
4. Identifikation von Ziel-Genen aus Datenbanken und PCR Primer Design
5. PCR Amplifikation der Ziel-Gene
6. Detektion von Mutationen (SNP) in Zielgen
7. Zurückgreifen auf M2 Saatgut
8. Analyse über Wirkung der Mutation
Was ist das Potential der induzierten Gen-Mutationen?
Wichtig für Grundlagenforschung
Potential als Alternative zu transgenen Pflanzen
Genome editing erlaubt gezielte Mutationen
Natürliche Mutationen wichtig als Quelle von Variabilität
Was sind Chromosomenmutationen?
Strukturelle Veränderungen der Chromosomen
- Genblöcke, nicht einzelne Gene betroffen
Meist induziert durch Röntgenstrahlen
- Brüche
- Wiederanlagerung
Was ist Translokation?
Übertragung von Genen zwischen Arten
- Kreuzung zweier Arten
- Bestrahlung der Bastarde
- Chromosmenfragmente werden transloziert
Einzige Chromosomenmutation von züchterischem Interesse
Was ist Introgressions-Züchtung?
Nahe verwandte Arten
Bastarde möglich
Introgression von F. glaucescens (Trockenheitstoleranz) in L. multiflorum
Rückkreuzungen
Was ist Genom-Mutation?
Änderungen der Chromosomenzahl
Anueploide
Haploide
Autopolyploide
Allopolyploide
Aneuploide
enthalten ein oder zwei Chromosomen mehr oder weniger als normale Anzahl
Bsp. Monosomie (2n - 1), Trisomie (2n + 1)
ohne direkte züchterische Bedeutung
wichtiges Hilfsmittel in Forschung
Haploide
enthalten nur den einfachen statt des üblichen zweifachen Chromosomensatzes
Haploide Pflanzen:
- sind in Regel kleiner und weniger vital als diploide Pflanzen
- kommen natürlich vor
- können durch Antheren- oder Mikroskopenkultur erzeugt werden
- nach Verdoppelung des Chromosomensatzes (spontan oder z.B: durch Colchizinierung) entstehen Doppelhaploide
Autopolyploide
enthalten den einfachen Chromosomensatz in mehr als zwei Kopien (gleicher Chromosomensatz, homologe Chromosomen)
-> alle homologen Chromosomen paaren sich -> aneuploide Gameten -> Störung der Fertilität
Allopolyploide
die vollständigen Chromosomensätze von zwei oder mehr verschiedenen Arten sind addiert (verschiedene Chromosomensätze, homeologe Chromosomen)
2 homologe Chromosomen (die anderen homeolog)
Kreuzung von zwei verwandten Arten mit anschliessender Verdoppelung des Chromosomensatzes
Addition der elterlichen Chromosomensätze (Allotetraploid: 2n = 4x, AABB)
homeologe (“verwandte”) Chromosomen
Meiose wie diploide Pflanzen
Normale Fertilität
x, n, 2n, Ploidie
x: Anz. Chromosomen in einem Chromosomensatz
(Mensch x = 23, Weizen x = 7)
n: Anz. Chromosomen in einem Gamenten
(Mensch n = x = 23, Weizen n = 3x = 21)
2n: Anz. Chromosomen in somatischen Zellen
(Menschen 2n = 2x = 46, Weizen 2n = 6x = 42)
Ploidie: Anz. Kopien des Chromosomensatzes in einer Zelle
Doppelhaploide
2n = 2x (AA)
schnelle Erzeugung von reinerbigen (homozygoten) Pflanzen
einfachere Selektion, da keine Aufspaltung
Verwendung der reinerbigen Pflanzen als Basiszuchtmaterial für Neuzüchtungen
Verwendung der reinerbigen Pflanzen als Basiszuchtmaterial für Neuzüchtungen
Verwendungen der reinerbigen Pflanzen zur Genkartierung und Entwicklung von Gensonden
Verkürzung der Züchtungszeit einer Sorte um 2 - 4 Jahre
Polyploide durch Colchicin
Alkaloid der Herbstzeitlose
Mitose-Hemmung
- Microtubuli-Bildung gehemmt
- keine Ausrichtung der Chromosomen u. keine Chromatidentrennung
- 1 Zelle 2n, 1 Zelle 0n
Verdoppelung durch C-Mitose
Diploide Pflanze (2n = 2x, AA)
| Colchicin
Tetraploide Pflanze (2n = 4x, AAAA)
Triploide Pflanze (2n = 3x, AAA)
| Colchicin
Hexaploide Pflanze (2n = 6x, AAAAAA)
Autopolyploidie - Relevanz für Züchtung
Polyploide Pflanzen zeigen im Optimum gegenüber ihren diploiden Ausgangsform:
- grössere Zellen, kräftigerer Wuchs, höhere Produktionsmass/Pflanze
- bei Meiose kommt es zu Störungen bei der Chromosomenpaarung
-> Fertilität und Anzahl Samen je Pflanze ist reduziert
Autopolyploidie ist züchterisch interessant bei vegetativ genutzten Arten z.B. Rotklee, Zuckerrübe und anderen Futterpflanzen
Was sind Eigenschaften von Tetraploiden Futterpflanzen?
Tetraploide Sorten von Rotklee, italienisch Raigras und englisch Raigras:
- erhöhter Trockensubstanz-Ertrag
- Bessere Wüchsigkeit
- Eher verringerte Ausdauer
Weizengenom
S. 148 (74)
Einkorn AA x A.Speltoides oder T.searsii BB
->
Emmer AABB x Aegilops tauschii DD
->
Triticum aestivum AABBDD
züchterische Bedeutung von Allopolyloidie
Viele Kulturarten sind natürlich allopolyploid (Weizen, Hafer, Raps, Baumwolle, Tabak)
Verwandschaftsverhältnisse ermöglichen neue Kreuzungen
Neue Allopolyploide Arten können erzeugt werden (Triticale)
Triticale
Tetraploider Weizen (Triticum) x diploider Roggen (Secale)
->
hexaploider Triticale
Triploidie
2n = 3x
Entsteht natürlich durch Kreuzung zweier Diploiden (1x unreduzierte, 1x reduzierte Gameten)
Kann künstlich induziert werden:
AAAA x AA = AAA
Beispiele Triploidie
Zuckerrüben
- Ertrag von triploiden oft grösser als von diploiden / tetraploiden
-> triploide Sorten (steril, Saatgut produziert durch Kreuzung von diploiden und tetraploiden)
Apfelsorten (z.B: Gravensteiner, Boskop)
- vegetativ vermehrt
Kernlose Früchte
- Ananas, banane, Melone
Triploidie Banane
Triploid (3x = 33, AAA, AAB oder ABB)
Dominierende Sorte: Cavendish (AAA)
- unfruchtbar, vermehrung über Klone
- Fruchtentwicklung ohne Befruchtung
Übersicht Polyploidie
S. 156
S. 156 (82)
2n = x, A, haploid
2n = 2x, AA, diploid
2n = 3x, AAA Autotriploid oder AAB Allotriploid
2n = 4x, AAA Autotetraploid oder AABB Allotetraploid
2n = 6x, AAAAAA Autohexaploid oder AABBCC Allohexaploid
2n = 2x +/- m, AA +/- m Chromosomen, Aneuploidie (z.B. 2x + 1 = Trisomie)
