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RNA-dirigierte DNA-Methylierung (RdDM) Was? Pflanzenzüchtungsverfahren, bei dem Gene zeitbegrenzt in ihrer Aktivität unterdrückt werden. Kurzbeschreibung Ein Pflanzenzüchtungsverfahren, bei dem auch natürlich vorkommende, epigenetische Veränderungen (Epigenetik = Eigenschaften der Zelle, die auf Tochterzellen vererbt werden, die aber nicht in der DNA-Sequenz kodiert sind) an der DNA ausgelöst werden. Bestimmte Gene werden über einige Generationen hinweg in ihrer Aktivität unterdrückt. Die DNA-Sequenz bleibt unverändert. Technik RNA-dirigierte DNA-Methylierung (RdDM) ahmt natürlich vorkommende, epigenetische Veränderungen der DNA nach, sogenannte Methylierungen. Zur Einleitung des RdDM ist die Präsenz von doppelsträngiger RNA (dsRNA) im Zellkern erforderlich. Die de novo DNA Methylierung (die eine "Aussage" zur Aktivität der betroffenen DNA-Sequenz enthält) erfolgt dann und umfasst genau all jene genomischen Sequenzbereiche, die zu der dsRNA Sequenzhomolog (mit ihr übereinstimmend) sind. Sind Promotor-Elemente von der Methylierung betroffen, so führt dies in der Regel zur sogenannten transkriptionellen Inaktivierung des entsprechenden Gens und damit zur Unterdrückung des Gens. Mit Hilfe eines RNAi Konstrukts (imitiert den natürlichen Auslöser der RdDM) kann dieser Mechanismus ausgelöst werden, in Folge dessen Methylgruppen sequenzspezifisch in die DNA eingebaut werden und damit Genaktivität unterdrückt wird. Diese Methylierung kann an einem Gen-Promotor erfolgen und dadurch ein Gen „abschalten“. In der nächsten Generation können dann Nachkommen ausgesucht werden, bei denen das Transgen ausgekreuzt wurde. In den transgenfreien Pflanzen bleibt die Methylierung des Promotors erhalten, womit seine anhaltende Inaktivierung gewährleistet ist und damit auch die neue Eigenschaft erhalten bleibt. Dieser naturanaloge Prozess ahmt natürlich vorkommende epigenetische Veränderungen (Methylierung von DNA) nach. Die DNA-Sequenz (Basenabfolge) selbst wird dabei nicht verändert. Die Methylgruppen führen dazu, dass die entsprechenden Gene für einige Generationen an- oder abgeschaltet werden. Das RNAi Konstrukt ist nur vorübergehend in den Pflanzen vorhanden. Im Endprodukt (der Pflanze, die letztlich vermarktet werden soll) findet man es nicht mehr. Entsprechende Methylgruppen unterscheiden sich bei diesem naturanalogen Verfahren nicht von natürlich vorkommenden Methylgruppen
Anwendung Mit der RdDM lässt sich die Genexpression ändern, ohne dass im Produkt fremde DNA enthalten ist und keine Veränderungen oder Mutationen in der Gensequenz verursacht werden. Die häufigste Anwendung ist das Abschalten von Genen, beispielsweise um die Produktion eines unerwünschten Proteins zu verhindern. Da es mit Hilfe gentechnischer Methoden möglich ist, den pflanzeneigenen Mechanismus der DNA-Methylierung auszulösen und zu lenken, kann der oben beschriebene RdDMProzess zur Züchtung neuer, epigenetisch modifizierter Sorten ausgenutzt werden. Die Technik wird in der Forschung angewendet. Wissenschaftliche Ansprechpartnerin Prof. Dr. Gabriele Krczal, RLP AgroScience GmbH, Neustadt
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