Post on 06-Apr-2015
transcript
Genetischer Fingerabdruck beim Wakenitz-Schilf
Hintergründe zur LOLA-Schilf-Summerschool 2010 Kursleiter: Prof. Dr. C.L. Schmidt
Vortrag: PD Dr. B. Kunze (11.05.2012)
?
Anwendungsgebiete des Genetischen Fingerabdrucks
z.B. Vaterschaftsgutachten, Kriminaltechnik
Vaterschaftstest
Kriminaltechnik
Die gleiche Technik ist auch auf Pflanzenmaterial anwendbar.
Die Ausgangssituation
- An der Wakenitz finden wir Schilf-Standorte, die
sich gut entwickeln (Groß Sarau, Absalonshorst)
und solche, die stark rückläufig sind (Kleiner See,
Eichholz).
- Warum ist das so?
- Spielen dabei genetische Faktoren eine Rolle?
- Wie können wir das untersuchen?
Schilf ist eine besondere Pflanze
Schilf kann sich sowohl generativ (über Samen)
als auch vegetativ (über Rhizomsprossen)
vermehren.
Wikimedia: Kenraiz
Wikimedia: Darkone
Wikimedia
Schilf (Phragmites australis)
Schilf ist eine besondere Pflanze
- Schilf kann sich sowohl generativ (über Samen) als auch vegetativ (über Rhizomsprossen) vermehren
- Das bedeutet, ein Schilfbestand kann aus vielen, genetisch unterscheidbaren Pflanzen bestehen …
- … oder im Extremfall aus den Nachkommen einer einzelnen Pflanze (ein Klon) …
- … oder aus einem Mosaik verschiedener Klone.
Klonales Wachstum kann sehr vorteilhaft sein:
Unter günstigen Bedingungen können schnell große
Flächen besiedelt werden. Die Pflanze spart den
Aufwand für die Bildung von Blüten und Samen.
Verschlechtern sich die Bedingungen, so sind davon
alle Individuen gleichermaßen betroffen.
Klonales Wachstum kann von Nachteil sein:
Warum ist das von Interesse ?
Wie können wir feststellen, welches dieser drei
Szenarien auf das Wakenitz-Schilf zutrifft?
Mit Hilfe des genetischen Fingerabdruckes der Schilfpflanzen.
Hierfür müssen wir die DNA des Schilfs isolieren.
Dabei begegnen wir einem Problem:
Der Zellwand!
Pflanzliche Zellwände können extrem stabil sein
– die DNA ist es leider nicht!
Quelle: plant-wissen.de Quelle: clipartlogo.com
Für die DNA-Isolation kann man fertige Kits kaufen:
1, 2, 3
4
5
6, 7
8
9
10
11
12 !!
Nach der Optimierung dieser Technik (www.qiagen.com) für unsere Schilf-DNA-Präparationen (im Vorfeld der LOLA-Summerschool) umfaßte die Arbeitsvorschrift 33 !! Arbeitsschritte (statt 12 in der Originalvorschrift).
Wie funktioniert ein genetischer Fingerabdruck ?
- Isolation der Erbsubstanz DNA
- Gezielte Vermehrung bestimmter DNA-Abschnitte mit PCR
- Um Unterschiede innerhalb einer Art zu finden, vermehrt man dabei NICHT die Gene (d.h. die Protein-kodierenden Abschnitte), da auf diesen ein Selektionsdruck liegt.
- Für einen genetischen Fingerabdruck vermehrt man die DNA-Bereiche zwischen den Genen, die nicht für Proteine kodieren, auf denen kein Selektionsdruck liegt, die sich also relativ leicht verändern .
Zusammensetzung des Genoms
Zusammensetzung des Genoms
38 %
1,5 %
Aus: T.A. Brown, Genomes 2, BIOS Scientific Publishers
2,8 %
d.h. 3,2 Mrd. bp
Repetitive, geclusterte DNA-Sequenzen
Mikrosatelliten
Länge der Basiseinheit (Repeat): 2 - 9 bp
Clustergröße: bis ca. 400 bp
Anteil am humanen Genom: bis 3%
STR-Marker: Short Tandem Repeats
Minisatelliten
Länge der Basiseinheit (Repeat): 10 - 100 bp
Clustergröße: 10.000 - 20.000 bp
VNTR-Marker: Variable Number of Tandem Repeats
(Jeffrey`s Minisatelliten, 1986)
Zwischen den Individuen einer Population sind die jeweiligen Clustergrößen variabel (durch unterschiedliche Repeat-Anzahlen); man spricht von einem Polymorphismus.
GEN 1 GEN 25 / 3
GEN 1 GEN 22 / 6
GEN 1 GEN 23 / 4
..... und viele andere Kombinationen
Mikrosatelliten-Analysen für botanische Fragestellungen
Ausbreitung des Feinwurzelsystems (Brunner u. Sperisen, 2005)
Quelle: Brunner u. Sperisen, 2005
Ausbreitung des Feinwurzelsystems
Quelle: (Th. Reusch, Forschungsbericht 2005, MPI für Evolutionsbiologie)
Klonales Wachstum in Seegraswiesen
Pflanzenzelle DNA – haltige Zellorganellen-Zellkern-Chloroplasten-Mitochondrien
Quelle: Informationsdienst Wissenschaft
1.2.
Karte des Chloroplasten - Genoms (der Karotte)
Polymorphe, intergenische Region
Verändert nach: www.springerimages.com
Die trnL-trnT Region im Chloroplastengenom des Schilfs
Diese DNA-Sequenzen sind der Datenbank (Internet) entnommen
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/
Mikrosatelliten-Polymorphismus im Kerngenom des Schilfs
Quelle: www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/
Welche DNA-Sequenzen wird das Wakenitz-Schilf an dieser Stelle des Genoms aufweisen ?
Finden wir die gleichen Polymorphismen oder neue ?
Können wir die vier Schilfstandorte genetisch unterscheiden ?
Zusammenfassung der genetischen Untersuchungen am Wakenitz-Schilf (Stand: Mai 2012)
Kernmarker: A1, A2, B1, C1, C2, C5 Chloroplastenmarker: CpI, CpII
2/11 Absalonshorst12/12 Eichholz 9/9 Kleiner See
1/11 Absalonshorst
8/11 Absalonshorst
9/9 Groß Sarau
TMS – LOLA – Schilfprojekt
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