Genom der Zuckermelone entschlüsselt

17.07.2012 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Die Cantaloupe-Melone ist eine beliebte Varietät der Zuckermelone (Quelle: © Sangfroid / wikimedia.org; gemeinfrei)
Die Cantaloupe-Melone ist eine beliebte Varietät der Zuckermelone (Quelle: © Sangfroid / wikimedia.org; gemeinfrei)

Forschern ist es gelungen das Erbgut der Zuckermelone zu entschlüsseln. Es besteht aus 450 Millionen Basenpaaren und 27.427 Genen, die auf 12 Chromosomen verteilt sind. Somit ist das Genom der Melone deutlich größer als das ihres nächsten Verwandten, der Gurke.

Zuckermelonen (Cucumis melo) gehören zur Familie der Kürbisgewächse (Cucurbitaceae) und sind daher streng genommen dem Gemüse zuzuordnen. Zur Familie der Kürbisgewächse zählen auch Gurken und Wassermelonen. Die Zuckermelone gehört jedoch zur Gattung der Gurken (Cucumis) und ist daher näher verwandt mit der Gurke (Cucumis sativa) als mit der Wassermelone (Citrullus lanatus), die zu einer anderen Pflanzengattung (Citrullus) gehört. Zu den Zuckermelonen gehören viele beliebte Varietäten wie die Galiamelone oder die Cantaloupe-Melone.

Einem internationalen Forscherkonsortium ist es nun gelungen das Erbgut (Genom) der Zuckermelone zu entschlüsseln.

DNA-Sequenzierungsmethoden

Das Forscherteam analysierte das Genom der Zuckermelone (Cucumis melo) mithilfe einer Kombination unterschiedlicher DNA-Sequenzierungsmethoden. Dabei verwendeten sie moderne Verfahren, sogenannte „Next Generation Sequencing“-Methoden (454 Pyrosequenzierung; whole-genome-shotgun-sequencing; BAC-by-BAC Sequenzierung), und kombinierten diese mit der klassischen Methode nach Sanger. Diese modernen Methoden verringern die Kosten und den Zeitaufwand für die Sequenzierung der DNA und greifen auf bereits vorhandene Basisdaten über Genome zurück.

Das Erbgut der Melone ist größer als das der Gurke

Das Genom der Melone besteht aus 450 Millionen Basenpaaren und 27.427 Genen, die auf 12 Chromosomen verteilt sind. Damit ist es größer als das Genom von ihrem nächsten Verwandten, der Gurke. Deren Erbgut besteht aus 360 Millionen Basenpaaren auf 7 Chromosomen und wurde bereits 2009 entschlüsselt (Huang et al., 2009).

Das Erbgut im Detail

Die Wissenschaftler lieferten auch Hinweise auf die Funktionen der Gene. So identifizierten sie 411 Gene, die mit Resistenzen gegen Krankheiten in Zusammenhang gebracht werden können. Für das Forscherteam ist die Existenz von spezifischen Abwehrmechanismen entscheidend für die gezielte Verbesserung der Pflanze durch Züchter. Für die züchterische Verbesserung der Melone sind darüber hinaus Gene interessant, die für die Fruchtreife zuständig sind. Die Fruchtreife ist ein Prozess, der in den Melonen Eigenschaften wie Geschmack und Aroma bestimmt. Die Forscher identifizierten bis zu 89 Gene, von denen sie annehmen, dass sie mit wichtigen Aspekten der Fruchtreife verbunden werden können: 26 Gene, die im Zusammenhang mit der Carotinoid-Anreicherung stehen (Carotinoide verleihen der Fruchtfleisch der Melone ihre Farbe) sowie 63 Gene, die maßgeblich für die Akkumulation von Zuckern verantwortlich zu sein scheinen. Zucker verleiht der Melone ihren charakteristisch süßen Geschmack. 21 dieser 63 Gene waren bisher noch nicht bekannt.

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Obwohl die Gurke (Cucumis sativa) und die Zuckermelone (Cucumis melo) zur Gattung der Gurke gehören, unterscheiden sich die Genome deutlich.

Obwohl die Gurke (Cucumis sativa) und die Zuckermelone (Cucumis melo) zur Gattung der Gurke gehören, unterscheiden sich die Genome deutlich.

Bildquelle: © iStockphoto.com/ Elena Kovaleva

Im Vergleich mit phylogenetisch nahen Verwandten hat das Genom der Melone eine hohe Variabilität. Dies geht den Forschern zufolge vermutlich auf eine erhöhte Anzahl von sogenannten „springenden Genen“ (Transposons) zurück. Diese Transposons sind DNA-Abschnitte, welche ihre Lage im Genom ändern können. Auch fanden die Wissenschaftler keine Hinweise auf kürzlich stattgefundene Duplikationen des Genoms. Evolutionär entwickelten sich Melonen und Gurken vor rund 10 Millionen Jahren auseinander (vgl. Sebastian, P. et al. 2010). Im Gegensatz zur Zuckermelone verdoppelte sich danach das Genom der Gurke vor mehreren Millionen Jahren. 

Zuckermelonen sind wichtige Nutzpflanzen

Zuckermelonen sind wirtschaftlich bedeutsame Kulturpflanzen. 2010 wurden weltweit fast 25 Millionen Tonnen (FAOSTAT) Zuckermelonen produziert. Die Zuckermelone stand damit 2010 auf Platz zehn der am häufigsten produzierten Gemüsesorten. Da Melonen hauptsächlich in den Tropen und Subtropen angebaut werden, ist Deutschland auf den Import angewiesen. Durch ihre große wirtschaftliche Bedeutung (vor allem im Mittelmeergebiet, in Asien und Afrika) können Ernteausfälle, die durch Krankheiten verursacht werden, zu einem enormen finanziellen Verlust bei Bauern führen.  

Praktische Implikationen

Durch die Kenntnis der Melonengene können zukünftig schneller und zielgerichteter verbesserte oder an sich verändernde Umweltbedingungen angepasste Sorten gezüchtet werden. Diese können helfen Ernteverluste zu vermeiden. So wäre es möglich Melonen mit verbesserten Eigenschaften (Geruch, Geschmack, Aussehen, Farbe) zu züchten, die gleichzeitig eine verbesserte Resistenz gegen Krankheiten besitzen.

Das internationale „Melonomics“ Projekt wurde von einem Konsortium aus neun Forschungszentren realisiert, welche von fünf privaten Unternehmen und fünf regionalen Behörden (Spanien) unterstützt wurden.

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