Geheimnis der Zuckerrübe entschlüsselt

Was haben Lebensmittel wie Kuchen, Brot oder Tomatensauce gemeinsam? Sie alle enthalten unterschiedliche Mengen an raffiniertem weißen Zucker. Dieser wird, für manchen vielleicht überraschend, aus einer Pflanze hergestellt, die eng mit Mangold und Spinat verwandt ist. Sie ist allerdings viel süßer als diese: die Zuckerrübe. Fast 30% der weltweiten Zuckerproduktion werden nach Angaben der Organisation für Lebensmittel und Landwirtschaft der Vereinten Nationen (FAO) jedes Jahr aus Zuckerrüben hergestellt. Aufgrund ihrer enormen Süßkraft werden Zuckerrüben bereits seit 200 Jahren landwirtschaftlich genutzt.

Die Zuckerrübe ist die erste Vertreterin der Gruppe der Nelkenartigen (Caryophyllales), deren Genom sequenziert wurde. Diese Ordnung der Blütenpflanzen umfasst etwa 11.500 Arten, darunter Nutzpflanzen von ökonomischem Interesse wie Spinat oder Quinoa („Inkakorn“), aber auch Pflanzen mit interessanten biologischen Eigenschaften wie Insekten verdauende Pflanzen oder Wüstenpflanzen. 27.421 protein-kodierende Gene konnten die Forscher im Genom der Rübe entdecken; dies sind mehr als im menschlichen Genom. „Allerdings hat die Zuckerrübe weniger Gene, welche für die sogenannten Transkriptionsfaktoren kodieren, als alle anderen Blütenpflanzen, deren Genom bereits bekannt ist“, sagt Bernd Weisshaar, Leiter der Arbeiten an der Universität Bielefeld. Die Forscher vermuten, dass Rüben zum Ausgleich über bislang unbekannte Gene verfügen, die an der Regulation der Transkription beteiligt sein könnten. Möglicherweise haben sich im Laufe der Zeit in der Rübe andere Interaktionsnetzwerke zwischen den Genen entwickelt, als es bei anderen Arten der Fall ist.

“In vielen der aktuellen Sequenzierungsprojekten, in denen neue Genome untersucht werden, soll auch die genetische Variabilität innerhalb der jeweiligen Art erfasst werden. Dafür werden vergleichsweise kurze Sequenzabschnitte, die mit modernen Hochdurchsatz-Sequenziermethoden ermittelt werden, mit einem bereits bekannten Referenzgenom verglichen”, kommentiert Heinz Himmelbauer, Leiter der Genomics-Gruppe am CRG, wo ein Teil der Untersuchungen durchgeführt wurde. In ihrer aktuellen Arbeit gingen die Forscher noch einen Schritt weiter und verglichen die assemblierten Genomsequenzen von insgesamt fünf verschiedenen Rübenlinien. Dadurch erhielten sie ein sehr viel genaueres Bild der innerhalb der Art vorhandenen genetischen Variation als bisher üblich. Insgesamt konnten die Wissenschaftler sieben Millionen Varianten im gesamten Genom ausfindig machen. Diese Änderungen sind aber nicht gleichmäßig über das Genom verteilt, sondern befinden sich in begrenzten Regionen mit hoher Variation. Daneben finden sich auch hoch konservierte Bereiche im Genom, in denen die Forscher kaum Veränderungen feststellen konnten. Dies liegt aus ihrer Sicht daran, dass die heutigen Zuckerrüben aus einer vergleichsweise kleinen Gruppe von Pflanzen entstanden sind, die von den Pflanzenzüchtern gezielt weiterentwickelt wurden.

Mit ihrer Arbeit haben die Wissenschaftler eine Grundlage für die molekulare Untersuchung von natürlicher und künstlicher Auslese und der Untersuchung von regulatorischen Vorgängen in der Pflanze geschaffen. Zudem werden die erstellten Sequenzdaten und deren Interpretation zukünftig in der Pflanzenbiotechnologie die Züchtung ertragreicherer Sorten vereinfachen. “Aufgrund ihrer taxonomischen Einordnung stellt das Zuckerrübengenom darüber hinaus einen wichtigen Eckpfeiler für die Charakterisierung weiterer Pflanzengenome dar”, so die Autoren.

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