Bei der Züchtung von Pflanzen, in der Neuzüchtung und in der Routineproduktion von Saatgut oder der Produktion von Jungpflanzen, existieren eine Reihe von Szenarien, in denen es zu natürlichen oder induzierten Variationen der Chromosomenzahl, also zur Aneuploidie, kommen kann.
Hierbei handelt sich häufig um ungewünschte, teilweise auch um gewünschte Veränderungen (induzierte Prozesse). Aneuploidien entstehen meist durch Fehler bei der Zellteilung, insbesondere durch Non-Disjunction – das heißt, dass sich Chromosomenpaare nicht korrekt trennen.
Aneuploidie kann in der Pflanzenzucht sowohl nützlich als auch problematisch sein: Während sie bei der experimentellen Züchtung und der Entwicklung neuer Pflanzensorten gezielt eingesetzt wird, kann sie insbesondere in der Saatgutproduktion und Pflanzenvermehrung zu unerwünschten Effekten führen.
So dienen aneuploide Individuen z.B. dazu, um spezielle Gene bestimmten Chromosomen zuzuordnen, als Quelle genetischer Variation oder zur Übertragung nützlicher Gene von Wildarten auf Kulturlinien (Introgression).
Auf der anderen Seite führt ungewollte, also spontane Aneuploidie, zu instabiler Vererbung mit geringerer Fertilität oder Sterilität. Es kommt zu Wachstums- und Entwicklungsstörungen oder zu höherer Empfindlichkeit gegenüber Stressfaktoren. In der Produktion sind derartige aneuploide Individuen nicht erwünscht, da sie die Homogenität und die Qualität des Saatguts bzw. der Jungpflanzen negativ beeinflussen. Wird Saatgut mit einem hohen Anteil aneuploider Samen ausgebracht, ist mit einer signifikanten Ertragsminderung zu rechnen. Dies schädigt den Landwirt direkt und indirekt den Saatgutproduzenten. In der Pflanzenproduktion dagegen fallen aneuploide Individuen häufig schon phänotypisch auf und produzieren somit beim Erzeuger einen höheren Ausschuss und schmälern so direkt seinen Profit.
Zur Bestimmung der Aneuploidie stehen verschiedene Technologien zur Verfügung. Diese sind sehr aufwändig und langsam (Chromosomenzählung), sehr spezifisch und teuer (FISH über Gensonden, PCR/qPCR über spezifische Marker) oder eine Kombination aus beidem (genomweite Sequenzierung) und sind somit für die Suche nach Aneuploidie auf industriellem Niveau ungeeignet.
Die schnelle, kostengünstige und sichere Quantifizierung der DNS mittels Durchflußzytometrie (Flow Cytometry) stellt eine auf industriellen Standard angepasste Methodik für die Suche nach aneuploiden Individuen dar. Dabei werden die Zellkerne aus dem Gewebe extrahiert und die DNS der Zellkerne mit einem fluoreszierenden Farbstoff markiert.
Über die Durchflusszytometrie wird die Fluoreszenzintensität der Zellkerne vermessen und mit der regulären Ploidiestufe der untersuchten Art korreliert. Aueuploide Pflanzen weichen von den Pflanzen mit normaler Chromosomenzahl und regulärem DNS-Gehalt ab und können so eindeutig identifiziert werden. Dieser Prozess kann weitgehend automatisiert werden, so dass mit wenigen Ressourcen eine große Anzahl individueller Pflanzenproben in kurzer Zeit vermessen werden können. Somit ist die Methodik perfekt geeignet für das Screening auf Aneuploidie in großen Populationen, in der Produktion, der Züchtung wie in der Forschung. Dabei lassen sich sowohl Blätter, Samen als auch Kallusmaterial als Probe verwenden.
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