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Wie sind Mutationen im Erbgut verteilt?

1. Juli
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Foto: © Visuals Unlimited/Getty Images

Lange ging die Wissenschaft davon aus, dass Mutationen im Erbgut rein zufällig auftreten. Forschende haben nun bei einer Studie der Genmutationen in Pflanzen festgestellt, dass diese Annahme nicht ganz zutrifft.

(Text: Jan Berndorff)

Die natürliche Selektion, die Charles Darwin als wesentliches Prinzip der Evolution erkannte, basiert auf Mutationen im Erbgut. Bei solchen Mutationen verändern sich durch Kopierfehler oder äußere Einflüsse kleine Abschnitte des Genoms. Meist werden nur einzelne Nukleinbasen – also die Grundbausteine der DNA namens Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin – ausgetauscht, entfernt oder hinzugefügt. Und diese Veränderung wird bei der Vervielfältigung der betroffenen Zelle kopiert und bei der Fortpflanzung womöglich an die nächste Generation weitergegeben. 

Meist hat das keine Folgen für den Träger der Erbsubstanz, weil der betreffende DNA-Abschnitt keine codierende Funktion hat, also die konkreten Eigenschaften des Organismus nicht verändert. Manchmal ist eine solche Mutation aber von Vorteil: Die Veränderung erleichtert zum Beispiel den Umgang mit einem wärmeren Klima. Und manchmal ist sie auch von Nachteil: Dann spricht man von einem Gendefekt, der zu regelrechten Fehlfunktionen des Organismus oder gar zum Tod führen kann.

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Zellen schützen ihre wichtigsten GENE

Lange ging die Wissenschaft davon aus, dass solche Mutationen rein zufällig auftreten. Dann sollten sie über das gesamte Genom gleich verteilt sein. Doch Forschende des Max-Planck-Instituts für Biologie in Tübingen und der University of California (UC) in Davis haben nun bei einer Studie der Genmutationen in Pflanzen festgestellt, dass diese zentrale Annahme Darwins nicht ganz zutrifft.

Die Forschenden um Erstautor Grey Monroe von der UC Davis haben die Verteilung von Mutationen im Erbgut der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) statistisch ausgewertet. Ergebnis: Genetische Veränderungen finden sich deutlich seltener in Regionen, wo Gene gehäuft vorkommen, die absolut überlebensnotwendig sind, weil jede Zelle sie benötigt. »Offenbar«, so schlussfolgert Monroe, »hat die Pflanze einen Mechanismus entwickelt, um ihre wichtigsten Gene vor Mutationen zu schützen.« In diesen Regionen, so ergänzt Studienleiter Detlef Weigel vom Max-Planck-Institut, scheinen die Reparaturmechanismen der DNA besonders gut zu wirken. Das bedeutet also: Die eigentliche Veränderung, der Schaden am Gen, tritt in der Tat zufällig auf, wird jedoch je nachdem, wo dies geschieht, häufiger gleich wieder repariert. Sie bleibt also seltener als dauerhafte Mutation bestehen, die womöglich Folgen nach sich zieht.

Die Forschenden wollen nun genauer ergründen, wie solche Schutzmechanismen funktionieren. Womöglich lassen sie sich nicht nur für die Pflanzenzucht nutzen, sondern auch, um Menschen vor Erbkrankheiten zu bewahren.

Der Artikel ist in der Ausgabe 06/2022 von P.M. Schneller Schlau erschienen.

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