Ein multinationales Forschungsteam des KIT hat mithilfe der CRISPR/Cas-Genschere erfolgreich die Chromosomenstruktur eines Arabidopsis-thaliana-Modellorganismus reguliert und damit erstmals eine gezielte Veränderung der Chromosomenzahl erreicht, ohne das normale Pflanzenwachstum zu beeinträchtigen. Die in *Science* veröffentlichte Studie eröffnet einen neuen technologischen Weg für die Pflanzenzüchtung.

Das Forschungsteam nutzte die Chromosomenarm-Transfertechnologie, um zwei Chromosomen zu einem zu fusionieren und so die Anzahl der Chromosomenpaare in Arabidopsis thaliana von 5 auf 4 zu reduzieren. Projektleiter Professor Holger Puhta erklärte: „Wir haben erfolgreich die Genomeditierung eingesetzt, um die Chromosomenzahl eines Modellorganismus zu verändern. Überraschenderweise hatte diese Veränderung keine negativen Auswirkungen auf Wachstum und Entwicklung der Pflanze.“ Diese Methode des Chromosomen-Engineerings ermöglicht eine gezielte Genom-Rekombination durch die Regulierung der Chromosomenstruktur.

Dr. Michel Lenspice, Erstautor der Studie, erklärte: „Die Entstehung neuer Pflanzenarten im Laufe der Evolution geht häufig mit Veränderungen der Chromosomenzahl einher, und wir haben diesen Prozess im Labor nachgebildet.“ Mikroskopische Untersuchungen bestätigten die Stabilität der veränderten Chromosomenstruktur und legten damit den Grundstein für die gezielte Vererbung von Genmerkmalen. Diese Technik des Chromosomen-Engineerings ermöglicht eine effektive Kontrolle der Genrekombination während der Fortpflanzung und verbessert so die Züchtungsgenauigkeit.

Studien zeigen, dass Veränderungen der Chromosomenzahl zwar die Pflanzenmorphologie nicht beeinträchtigen, aber die Samenbildungsrate von Nachkommenhybriden mit Wildtypen verringern. Puhta erläuterte: „Modifizierte Chromosomen können sich während der Fortpflanzung nicht korrekt mit normalen Chromosomen paaren, was zu Keimzelldefekten führt.“ Diese Eigenschaft bietet einen neuen Ansatz zur Genisolierung und verhindert Kreuzungen zwischen transgenen Kulturpflanzen und ihren wilden Verwandten.

Diese Forschung im Bereich des Chromosomen-Engineerings bestätigt die hohe strukturelle Anpassungsfähigkeit von Pflanzengenomen und eröffnet neue Wege zur Entwicklung ertragreicher und stressresistenter Kulturpflanzensorten.

Weitere Informationen: Michelle Rönspies et al., „CRISPR-Cas-vermittelte vererbbare Chromosomenfusion in Arabidopsis“, *Science* (2025). Zeitschrifteninformationen: *Science*