Entschlüsselung der DNA der Süßkartoffel: Das Rätsel des hexaploiden Labyrinths - Die DNA der Süßkartoffel erzählt von einem "mosaikartigen Vorfahren"

Trotz des „sanften“ Geschmacks der Süßkartoffel ist sie genetisch gesehen ziemlich herausfordernd. Während Menschen diploid sind und je ein Chromosomenset von jedem Elternteil erhalten, ist die Süßkartoffel hexaploid. Das bedeutet, dass es vergleichbar ist mit der Aufgabe, einen riesigen Bibliothekskatalog, der aus sechs identischen Büchersets besteht, aus einem vermischten Zustand in die ursprüngliche Ordnung zurückzubringen. Forscher haben bei dieser **„Entwirrungsarbeit (Phasing)“** jahrelang auf der Stelle getreten.

Im August 2025 wurde dieses schwierige Problem endlich gelöst. Ein Team unter der Leitung von Professor Zhangjun Fei vom BTI vollendete ein chromosomenstufenbasiertes „phasiertes“ Genom der in Afrika beliebten Sorte „Tanzania“ und berichtete darüber in Nature Plants. Die Veröffentlichung und die Pressemitteilung zeichnen nicht nur ein vollständiges Bild des Hexaploiden, sondern auch die evolutionäre Geschichte. NatureBoyce Thompson Institute

Was „entwirrt“ wurde: Das Mosaik der Vorfahren

Der größte Erfolg war der präzise Nachweis, dass die Süßkartoffel ein Genom besitzt, das einem „Mosaik“ aus Sequenzen verschiedener Wildarten gleicht. Einer der Hauptvorfahren ist Ipomoea aequatoriensis, die an der Küste Ecuadors heimisch ist. Gleichzeitig gibt es auch deutliche Hinweise auf einen noch nicht identifizierten Spender, der eng mit I. batatas 4x aus Mittelamerika verwandt ist. Überraschend ist, dass diese nicht als separate „Subgenome“ sauber getrennt sind, sondern auf demselben Chromosom vermischt vorhanden sind. Das Forschungsteam deutet an, dass die Süßkartoffel als **„segmentaler allopolyploider Organismus“ fungiert. Im Wesentlichen besitzt sie eine **„hybride Vergangenheit“, verhält sich jedoch als „einheitliches Genom“. Nature

Diese komplexe Struktur, zusammen mit den **„zusätzlichen Genkopien“** des Hexaploiden, trägt wahrscheinlich zur Widerstandsfähigkeit gegen Trockenheit und Schädlinge bei. Es ist so, als ob die **Redundanz der Komponenten** es ermöglicht, die Leistung der Pflanze auch unter rauen Bedingungen zu erhalten.

Technologischer Durchbruch: 90 Chromosomen in 6 Sets „sortieren“

Die Süßkartoffel besitzt 90 Chromosomen (15 Chromosomen × 6 Sets). Der Kernpunkt dieser Studie war die vollständige Sortierung (Phasing) dieser 90 Chromosomen in die originalen 6 Sets (Haplotypen). Durch die Kombination modernster Technologien wie Long-Read-Sequenzierung und Hi-C wurde eine chromosomenstufenbasierte Referenzsequenz der Sorte „Tanzania“ erstellt. Die Daten sind im Sweetpotato Genomics Resource verfügbar und die Rohdaten sind im NCBI BioProject registriert. Nature

Dieser Erfolg basiert auf den **Referenzgenomen der diploiden nahen Verwandten (I. trifida/I. triloba)**, die seit den 2010er Jahren entwickelt wurden, sowie auf den vorab veröffentlichten Daten des SweetGAINS-Projekts. Mit dem endgültigen „Hexaploid-Meisterwerk“ können Genomselektion, QTL-Analyse und eQTL-Analyse nun auf Praxisebene durchgeführt werden. Naturesweetpotato.uga.edu

Was ändert sich in der Pflanzenzüchtung?

Die Geschwindigkeit, mit der Genloci ausgehend von gewünschten Merkmalen identifiziert werden können, wird beschleunigt. Beispielsweise gibt es viele wichtige Ziele in Afrika und Asien, wie Trockenheitstoleranz, Krankheitsresistenz, Stärkequalität und Carotinoidgehalt (Vitamin A-Quelle). Bei Hexaploiden ist bekannt, dass die „Anzahl der Allelkopien (Alleldosierung)“ die Merkmale beeinflusst, was die Vorhersage erleichtert, wie viele Kopien von was benötigt werden, um das gewünschte Phänotyp in kürzester Zeit zu erreichen. Eine Studie Ende 2024 zeigte bereits, dass die **„Feinabstimmung der Kopienzahl“** der Schlüssel zur Züchtung von Hexaploiden ist. Die neue Referenzsequenz bietet eine hochauflösende Karte dafür.

Ein weiterer nicht zu übersehender Aspekt ist die Ernährungssicherheit. Die Süßkartoffel ist robust, ressourcenschonend und nährstoffreich und besonders wichtig in Subsahara-Afrika. Wenn Resistenz und Ertrag aus dem Genom heraus gezielt gestaltet werden können, führt dies direkt zur Stabilisierung der Erträge in von Dürre betroffenen Gebieten. Boyce Thompson Institute

Auch als „natürliches GMO“

ist die Süßkartoffel bekannt, da sie T-DNA von Agrobacterium in ihrem Genom besitzt und somit ein **„natürlich genetisch modifiziertes Organismus“** ist. Auch wenn dies nicht direkt mit den aktuellen Ergebnissen zusammenhängt, wird das Verständnis der Genomstruktur es ermöglichen, die Geschichte der horizontalen Genübertragung und die evolutionären Spuren der Merkmale präziser zu lesen. PNAS

Daten und Reproduzierbarkeit: Eine „gemeinsame Infrastruktur“ für alle

Auf der Seite des Nature Plants-Artikels sind Rohdaten (PRJNA1138727) sowie Informationen zur Assemblierung/Annotation verfügbar, und im Sweetpotato Genomics Resource werden Browser und BLAST angeboten. Die vorab veröffentlichten SweetGAINS-Daten werden mit der offiziellen Veröffentlichung nun ohne „Wettbewerbsvermeidung“-Einschränkungen breiter nutzbar sein (Einzelheiten siehe Richtlinien der jeweiligen Websites). Naturesweetpotato.uga.edu+1

Reaktionen in den sozialen Medien (erste Notizen)

Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels (japanische Zeit 9. August 2025 am Morgen) war etwa ein Tag seit der Veröffentlichung vergangen. Die primären Informationen verbreiten sich über den offiziellen News-Post des BTI, EurekAlert! und einen redaktionellen Artikel auf Phys.org. In der Fachgemeinschaft sind positive Reaktionen wie „Die Fertigstellung der vollständig phasierten Referenz war lang erwartet“ und „Die Implementierung in der Züchtung wird schnell voranschreiten“ zu beobachten. Offizielle Bekanntmachungen sind wie folgt: ・BTI News-Post (mit Erläuterungen und Bildern)
Boyce Thompson Institute
・EurekAlert!-Veröffentlichung (mit DOI und Finanzierungsinformationen) EurekAlert!
・Phys.org-Artikel (mit redaktioneller Überprüfung) Phys.org

※ Aufgrund der Plattformrichtlinien kann es schwierig sein, einzelne Posts auf X (Twitter) ohne Anmeldung zu überprüfen. Bei Bedarf können wir auch eine zeitliche Sammlung und Visualisierung bestimmter Schlüsselwörter/Hashtags bereitstellen (Reaktionen aus dem japanischen Raum können ebenfalls separat untersucht werden).

Ein kleiner Ausblick: Zukünftige Forschungsthemen

• Präzisierung der Ursprungsanalyse: Verfolgung nicht identifizierter mittelamerikanischer Spender. Umfassende Genomik von Wildpopulationen und Erhaltungslinien. Nature

• Erstellung von Karten der Merkmalsentwicklung: Vorhersage von Protein-Funktionen, Integration von Expressionsdaten (eQTL) und Alleldosierung in ein Modell. Phys.org

• Krankheitsresistenz und Mikrobiom: Design von mehrschichtiger Resistenz gegen Viren und Pathogene (Nutzung von NLRome und Metagenom-Ressourcen). BioRxiv

Wichtige Links (Primärinformationen)

• Artikel: Nature Plants „Phased chromosome-level assembly … of hexaploid sweetpotato“ (veröffentlicht am 8. August 2025) Nature

• Erläuterung: Phys.org (Zusammenfassender Artikel bereitgestellt von BTI) Phys.org

• Presse: BTI offizielle Nachrichten (mit Bildnachweisen etc.) Boyce Thompson Institute##