Funktionelle Schalter im Mais-Genom identifiziert: Neue Methode kartiert regulatorische DNA zur Erklärung der Vererbbarkeit komplexer Merkmale
Jülich, Deutschland – 11. August 2025 – Forscher des Instituts für Bio- und Geowissenschaften (IBG-2: Pflanzenwissenschaften & IBG-4: Bioinformatik) am Forschungszentrum Jülich haben an einer bedeutenden internationalen Studie mitgewirkt, die entschlüsselt, wie genetische Variation komplexe Merkmale bei Mais steuert. Die heute in Nature Genetics veröffentlichte Arbeit stellt eine leistungsstarke neue Methode vor, um funktionelle genetische Varianten zu identifizieren, die Merkmale wie Pflanzenhöhe, Blühzeitpunkt und Trockenresistenz beeinflussen. Dieser Durchbruch ebnet den Weg für eine effizientere und gezieltere Züchtung von Nutzpflanzen, die widerstandsfähig gegenüber Umweltveränderungen sind, und trägt so zur globalen Ernährungssicherheit bei.
Die von einem internationalen Konsortium geleitete Studie entwickelte eine „Pan-Cistrom“-Karte für das Maisblatt. Diese umfassende Karte beschreibt detailliert die Bindungsstellen von Transkriptionsfaktoren – Proteinen, die die Genaktivität regulieren – über 25 verschiedene Maishybride hinweg. Das Team, zu dem auch Dr. Fabio Fiorani vom IBG-2 und Dr. Sebastian Beier vom IBG-4 gehörte, identifizierte über 200.000 genetische Varianten, sogenannte „binding quantitative trait loci“ (bQTLs), die mit Veränderungen in der Bindung dieser regulatorischen Proteine an die DNA zusammenhängen.
Eine zentrale Erkenntnis der Forschung ist, dass diese bQTLs nicht zufällig verteilt sind, sondern eine hohe Vorhersagekraft für die phänotypischen Merkmale eines Organismus besitzen. Tatsächlich zeigt die Studie, dass diese regulatorischen Variationen den Großteil der vererbbaren Variation für etwa 72 % der 143 untersuchten Mais-Phänotypen erklären kann. Dies stellt eine beispiellos klare Verbindung zwischen spezifischen Gensequenzen und ihrer funktionellen Auswirkung auf die Pflanze her.
Die durch dieses Projekt erstellte Datenbank und die entwickelten Methoden werden als wichtige Ressource für Pflanzenwissenschaftler, Züchter und die Agrarindustrie weltweit dienen. Indem funktionelle genetische Variation in großem Maßstab zugänglich gemacht wird, wird diese Arbeit dazu beitragen, die Entwicklung produktiverer und nachhaltigerer Nutzpflanzen voranzutreiben, um den Herausforderungen einer sich verändernden Welt zu begegnen.
Die Originalveröffentlichung: https://doi.org/10.1038/s41588-025-02246-7