Kapitel 5 Resistenz und Toleranz

Antworten zu den Übungsfragen im Lehrbuch „Pflanzenzüchtung“ von Heiko
Becker (Ulmer Verlage, 2011, 2. Auflage)
Kapitel 10 Genetische Ressourcen
1.
Der primäre Genpool ist die Art selber sowie andere Arten, die ohne Schwierigkeiten mit ihr kreuzbar sind. Zum sekundären Genpool gehören Arten, die
nur mit Schwierigkeiten kreuzbar sind. Beispiel: Bei Kreuzungen der Kulturgerste Hordeum vulgare mit der Wildart Hordeum spontaneum erhält man
weitgehend normalen Kornansatz. Bestäubt man dagegen die Kulturgerste
Hordeum vulgare mit der Wildart Hordeum bulbosum erhält man keinen Ansatz. Man kann aber nach der Bestäubung die Samenanlagen aus der Ähre
entfernen und auf ein Nährmedium setzen (Embryokultur, embryo rescue,
siehe Abb. 12.4 auf S. 215), daraus entwickelt sich dann häufig eine haploide
Hordeum bulbosum Pflanze, die nach Verdopplung des Chromosomensatzes
in der Linienzüchtung eingesetzt werden kann (S. 269). In seltenen Fällen
kann aber auch eine Kreuzungspflanze entstehen. Hordeum spontaneum
gehört daher zum primären und Hordeum bulbosum zum sekundären Genpool von Hordeum vulgare.
2.
siehe S. 183
3.
Für Standorte mit spezifischen Stressbedingungen (Höhenlagen, Nährstoffmangel, Versalzung, Trockenheit usw.), weil bei den an solchen Standorten
traditionell angebauten Landsorten aufgrund einer langen natürlichen Selektion eine gewisse genetische Toleranz erwartet werden kann.
4.
siehe Box 10.1; bei Weizen ist der „Fruchtbare Halbmond“ das wichtigste
Genzentrum. Tetraploide Arten (vgl. S. 219f) sind auch sehr früh schon in
Äthiopien angebaut worden und zeigen eine sehr große Variabilität, während
hexaploider Weizen z.B. erst in relativ neuer Zeit aus Europa nach Äthiopien
eingeführt wurde.
5.
„In situ“ bedeutet „am natürlichen Standort“, bei Wildarten bedeutet eine insitu Erhaltung also den Schutz von Standorten, an denen diese Arten vorkommen. Bei Kulturpflanzen sind „natürliche Standorte“ Felder oder Gärten,
wo genetische Ressourcen durch eine on-farm Bewirtschaftung erhalten
werden können (s. S. 189 – 191).
6.
a) falsch, z.B. sind in der Genbank Gatersleben Herkünfte von über 3000
Arten gelagert (Tab. 10.2)
b) richtig, bei Reis sind dies etwa 770 000 Herkünfte (s. S. 188), bei Weizen über 800 000 Herkünfte.
c) falsch, es werden etwa 10 % aller Herkünfte jährlich regeneriert (Tab.
10.3)
7.
siehe S. 188
8.
Zum einen natürlich von optimalen Lagerungsbedingungen, diese sind artabhängig. Bei den meisten Arten (z.B. Getreide) sollten Samen bei Temperaturen unter Null und bei sehr niedriger Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Außerdem ist die Lagerfähigkeit aber auch vom Genotyp abhängig (siehe Abb.
10.7).
9.
siehe S. 189f
Antworten zu den Übungsfragen im Lehrbuch „Pflanzenzüchtung“ von Heiko
Becker (Ulmer Verlage, 2011, 2. Auflage)
Kapitel 11 Kreuzung, Rückkreuzung, Protoplastenfusion
1.
siehe Tabelle 6: Anzahl möglicher Genotypen 3n, also 729; Anzahl verschiedener homozygter Genotypen 2n, also 64.
2.
Wie Abb. 3.2 zeigt, stammen nach der ersten Rückkreuzung im Mittel 25 %
der Allele vom Donor. Die Frage bezieht sich aber nicht auf die Häufigkeit der
Donorallele in der Population, sondern geht von einer Betrachtung der einzelnen Rückkreuzungspflanzen aus. Wenn sich die Eltern in 1000 Allelen unterscheiden, ist jede F1-Pflanze für diese 1000 Allele heterozygot. Die Gameten der F1-Pflanzen haben im Durchschnitt dann 500 Donorallele, und die
Pflanzen in der ersten Rückkreuzungsgeneration sind daher im Durchschnitt
für 500 Donorallele heterozygot und für 500 Allele homozygot wie der rekurrente Elter (Abb. 11.4). Nach der ersten Rückkreuzung trägt daher eine
Pflanze im Mittel 500 Allele des Donors, allerdings stets heterozygot. Daraus
ergibt sich die mittlere Frequenz der Donorallele von 25 %.
3.
siehe S. 196f
4.
im „Vordergrund“ steht das zu übertragende Gen bzw. die zu übertragenden
Gene; den „Hintergrund“ bilden alle anderen Gene – selektiert wird also auf
die Donorallele als Vordergrund und auf möglichst viele Gene des rekurrenten Eltern als Hintergrund (vgl. S. 201f)
5.
a) falsch; halbiert wird nur die Frequenz von nicht selektierten Donorallelen
b) richtig
c) falsch; es sind nur Marker in der Umgebung des selektierten Donorallels notwendig
d) richtig
e) falsch; durch Sequenzinformationen können zwar leichter molekulare
Marker entwickelt werden, dies ändert aber nichts an dem Problem,
dass Rekombinationen in der Nähe des selektierten Donorallels selten
bleiben.
6.
siehe S. 203
7.
a) richtig
b) richtig
c) falsch; genauso wie bei einer sexuellen Kreuzung können Eigenschaften der Eltern kombiniert werden ohne dass die zugrundeliegenden
Gene bekannt sein müssen
d) richtig
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Kapitel 12 Mutationsauslösung und Polyploidie
1.
siehe S. 208
2.
Gen für Zwergwuchs bei Getreide (Kurzstrohsorten); Gen für halbblattlosen
Wuchstyp bei Erbsen; Zwei Gene für Erucasäurefreiheit bei Raps; Gene für
hohen Ölsäuregehalt und niedrigen Linolensäuregehalt bei Raps (vgl. Kapitel
4); alkaloidfreie Süßlupinen (vgl. Kapitel 10). Die meisten dieser Mutationen
sind allerdings spontan entstanden und nicht das Ergebnis einer mutagenen
Behandlung.
3.
siehe S. 209f
4.
Bei einer mutagenen Behandlung diploider Pflanzenteile (z.B. des Embryos
im Samen) wird die Mutation nur in einem der beiden homologen Chromosomen ausgelöst. Die M1 ist also für neue Mutationen heterozygot, und frühestens in der M2 treten Pflanzen auf, die die Mutation homozygot tragen.
Da Mutationen fast immer rezessiv vererbt werden, können sie nur homozygot erkannt werden. Wenn nach mutagenen Behandlung eine Zelle des Embryos mutiert ist, sind bei der daraus entstehenden Pflanze nicht alle Zellen
mutiert, sondern nur die der auf die mutierte Embryozelle zurückgehende
Sektor (Chimäre). Eine Getreideähre geht meist auf eine einzige Embryozelle
zurück, daher können nach Selbstung homozygot mutierte Zygoten entstehen. Beim Mais dagegen gehen in aller Regel die männliche und die weibliche Blüte der M1-Pflanze auf unterschiedliche Zellen des Embryos zurück.
Daher treten bei Mais nach Selbstung der M1 in der M2 noch keine homozygot mutierten Pflanzen auf, und rezessive Mutationen können frühestens in
der M3 erkannt werden. Sehr reizvoll wäre es, haploide Zellen (z.B.
Microsporen) mutagen zu behandeln, und daraus diploide Pflanzen zu regenerieren, die dann die Mutation homozygot trügen. Dies ist aber technisch
nicht einfach und wird bisher nur selten durchgeführt.
5.
a) falsch; beim „Tilling“ erfolgt die Mutationsauslösung mit den klassischen Mutagenen, die nicht gezielt wirken. Es sind allerdings neue Methoden in der Entwicklung, bei denen mutagen wirkende Substanzen
gezielt an bestimmte DNA-Sequenzen angelagert werden, so wird es
wahrscheinlich in Zukunft möglich sein, in bekannten Genen gezielt
Mutationen auszulösen <Zinkfinger erklären?>
b) richtig
c) falsch (alberner Scherz)
6.
- Translokation zwischen einem Weizen- und einem Roggenchromosom zur Übertragung von Resistenzgenen aus dem Roggen
auf den Weizen (siehe S. 213f).
- Translokation zwischen einem Raps- und einem Rettichchromosom; Anwendung in der Hybridzüchtung von Raps, der in das Cytoplasma von Rettich eingelagert wurde, um eine männliche Sterilität zu induzieren. Das translozierte Rapschromosom trägt einen kleinen Abschnitt vom Rettich, der ein Restorergen trägt, um
die Sterilität wieder aufzuheben. Dies ist zur Herstellung von Hybridsaatgut erforderlich (siehe Box 17.1, S. 283).
7.
a) falsch; bei Raps ja, bei anderen Arten aber nicht immer
b) falsch; Mais-Induktorlinien dienen nur zur Erzeugung von Haploiden
beim Mais
c) richtig
8.
siehe S. 215 < ev. Wirkungsweise genauer erklären?>
9.
siehe S. 216f
10.
Triticale vereinigt die Genome vom tetraploiden Weizen (Durum-Weizen,
Emmer) und Roggen, ihm fehlt das D-Genom des hexaploiden Weizens und
damit die für Brotweizen charakteristische Backqualität. Triticale wird daher
fast ausschließlich als Futtergetreide verwendet. Man kann natürlich auch
aus Triticale Brot herstellen, es ähnelt aber eher einen Roggenbrot als einem
Weizenbrot.
Antworten zu den Übungsfragen im Lehrbuch „Pflanzenzüchtung“ von Heiko
Becker (Ulmer Verlage, 2011, 2. Auflage)
Kapitel 13 Gentechnik
1.
s. Abb. 13.1
2.
Die Bezeichnung „genbehandelte“ Lebensmittel ist unsinnig, gemeint sind
offenbar Lebensmittel die aus gentechnisch veränderten Pflanzen oder Tieren hergestellt wurden. „Genfreie“ Lebensmittel sind Lebensmittel, die keine
intakte DNA enthalten, z.B. reiner Zucker oder reine Stärke – das ist hier
aber wahrscheinlich nicht gemeint.
3.
a) falsch; außer bei Mais wird die Gentechnik heute bei keiner anderen
Getreideart in größerem Umfang angewendet
b) richtig
c) falsch; die DNA-Sequenz des Gens muss bekannt sein, auf welchem
Chromosom es liegt ist ohne Bedeutung
4.
Gentechniker: Vervielfältigung eines Gens, meist indem es in das Plasmid
eines Bakteriums eingebaut wird das dann vermehrt wird. Apfelzüchter: vegetative Vermehrung eines Genotyps über Stecklinge. In beiden Fällen wird
genetische Information identisch reproduziert
5.
a) falsch; grundsätzlich kann man heute fast alle wichtigen Kulturpflanzen
transformieren, wenn auch mit sehr unterschiedlichem Aufwand
b) richtig; vor allem bei Krankheitsresistenz und Stresstoleranz sind die
zugrunde liegenden Gene noch meist unbekannt, und erst recht gilt
dies für den Ertrag und die Ertragskomponenten
c) falsch; grundsätzlich verboten ist die Gentechnik nur in wenigen Ländern, in denen die landwirtschaftliche Produktion eine eher geringe Rolle spielt
d) falsch; transformierte Pflanzen sind in aller Regel normal lebensfähig,
allerdings tritt oft der erwartete Effekt einer Transformation nicht auf.
e) Falsch; es kann zwar zu einem „gene silencing“ kommen (S. 227), bei
den weltweit verbreiteten Transgenen ist die Merkmalsausprägung
aber stabil.
6.
siehe S. 227f
7.
a) falsch; bei vielen Arten ist ein indirekter Gentransfer mit Agrobacterium
wesentlich effizienter
b) falsch; übertragen wird die T-DNA, die meist neben dem Transgen
noch andere Sequenzen enthält, vor allem den Promotor
c) richtig
d) falsch; auch beim Agrobacterium-vermittelten Gentransfer wird das
Transgen nicht gezielt an einer bestimmten Stelle eingebaut; dies ist
einer der Gründe, warum eine Transformation mit derselben T-DNA bei
verschiedenen transformierten Pflanzen zu unterschiedlichen Effekten
führen kann. Außerdem kann es auch zu dem Einbau von mehreren
Kopien des Transgens kommen.
e) Völlig falsch: die Zellen einer Pflanze sind natürlich genetisch alle
gleich. Nur bei einer neu transformierten Pflanze („Primärtransformante“ oder T1-Pflanze) ist in der Regel nur ein Sektor der Pflanze transformiert (Chimäre), der auf die ursprünglich transformierte Zelle zurückgeht. In diesem transformierten Teil der Pflanze befindet sich die TDNA aber auch in jeder Zelle an der gleichen Position.
8.
siehe S. 228
9.
siehe S. 241