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Lexikon der Biologie: male sterility

male sterilityw, männliche Sterilität, genauer cytoplasmatisch vererbte männliche Sterilität (Abk. CMS), beschreibt die Unfähigkeit einiger Pflanzen, reifen Pollen zu entwickeln. Die männliche Sterilität wird cytoplasmatisch vererbt (cytoplasmatische Vererbung) und ist mit der in den Mitochondrien enthaltenen DNA korreliert. Die genauen molekularen Ursachen können bei verschiedenen Pflanzen unterschiedlich sein (Beispiel Mais: vgl. Abb. ). Bei Hirse führt die Fusion des Gens für die Untereinheit I der Cytochrom-c-Oxidase (Cytochromoxidase) mit anderen mitochondrialen Sequenzen zur CMS. Das entstehende Fusionsprotein zeigt in dem Cytochrom-c-Oxidase-Komplex unter normalen Bedingungen seine normale Aktivität in der Atmungskette. Diese scheint jedoch unter den besonderen Bedingungen der Pollenreifung für die daran beteiligten Zellen nicht mehr ausreichend zu sein, wodurch die Bildung des reifen Pollens unterbleibt. Das Auftreten der CMS kann in der Natur für betroffene Populationen von Vorteil sein, wenn man berücksichtigt, daß bei CMS-Pflanzen Selbstbestäubung (Autogamie) nicht mehr möglich ist. Samen von diesen Pflanzen kann nur dann entstehen, wenn sie von anderen Individuen bestäubt werden. Dies wiederum dient der Vermischung und Neukombination des im gesamten Gen-Pool enthaltenen Erbmaterials und kann zur gesteigerten Überlebensfähigkeit der Nachkommen führen (Heterosis). Bei der Hybridzüchtung in der Landwirtschaft werden aus diesem Grund oft CMS-Linien als ein Elternteil bei Kreuzungen eingesetzt. – Vor allem bei Kulturpflanzen mit einem hohen Anteil von Selbstbestäubung (Raps, Reis) ist CMS von großem wirtschaftlichem Interesse, da die Erzeugung von Hybridlinien sonst nur über eine sehr aufwendige Entfernung der Staubblätter möglich ist. Durch Expression von „Selbstmordgenen“, die in den Pollenmutterzellen aktiviert werden, wird daher bei Raps versucht, eine CMS auf biotechnologischem Wege zu erzeugen (sog. BarStar-System). Bei Reis gibt es eine Mutante, bei der durch Veränderung der Tageslänge eine CMS erzeugt werden kann.



male sterility

Die male sterility ist bei Mais mit dem Auftreten eines neuen 13 kDa-Proteins im mitochondrialen Proteinmuster verbunden, welches normalen Pflanzen fehlt. Wie dieses Protein in die Pollenreifung eingreift, ist noch nicht bekannt. Sequenzanalysen und -vergleiche der diesem Protein zugrundeliegenden DNA ergaben jedoch, daß es durch die Rekombination verschiedener DNA-Sequenzen des Chondroms entstehen konnte. Die Abb. zeigt die Entstehung des 13 kDa-Proteins durch Neukombination mitochondrialer DNA-Sequenzen. Das 13 kDa-Protein-Gen ist gegenüber dem 26S-rRNA-Gen vergrößert dargestellt.

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