Biologie in unserer Zeit (BiuZ - E-Journal)
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CRISPR-Cas for a more sustainable future in agriculture:
No full textDurch die jahrtausendelange Selektionszüchtung ist die genetische Vielfalt unserer Kultursorten stark verarmt, so dass eine Anpassung an die sich immer rapider ändernden klimatischen und demographischen Bedingungen durch konventionelle Züchtungsmethoden zunehmend schwerer wird. Daher werden innovative Handlungsstrategien benötigt, um Ernteerträge unter widrigen Bedingungen – mit kleinstmöglichem Eingriff in die Biodiversität – zu erhalten und somit die Ernährungssicherheit für die wachsende Weltbevölkerung zu gewährleisten. Großes Potenzial, die Zukunft der globalen Landwirtschaft nachhaltig zu gestalten, bieten dabei CRISPR-Cas-basierte Genomeditierungsstrategien, welche es ermöglichen, Nutzpflanzen mit Präzision und Leichtigkeit zu adaptieren. Dabei können nicht nur einzelne Gene gezielt editiert, sondern auch Kopplungsgruppen durch die präzise Induktion von Translokationen und Inversionen modifiziert und neue Rekombinationsereignisse erzielt werden. Somit kann die genetische Variabilität von Kultursorten gesteigert werden, was den Grundstein für eine zukunftsfähige Pflanzenzucht legt. Allerdings bleibt es spannend, ob die rechtlichen Bestimmungen und die Kundenakzeptanz das Potenzial der biotechnologischen Anwendung des CRISPR-Cas-Systems in der Landwirtschaft erkennen und eine nachhaltige Bewältigung zukünftiger Herausforderungen ermöglichen.For thousands of years, selective breeding has greatly impoverished the genetic diversity of our old cultivars so that an adaptation to the ever more rapidly changing climatic and demographic conditions through conventional breeding methods is increasingly difficult. Hence, innovative strategies are needed to maintain crop yields under adverse conditions without impairing biodiversity thus ensuring food security for the ever-growing world population. Enabling the precise and easy adaptation of crops, CRISPRCas-based genome editing strategies offer great potential for shaping the future of global agriculture sustainably. Not only can single genes be specifically edited, but linkage groups can be modified, too, by precisely inducing translocations and inversions, and new recombination events can be obtained. Therefore, genetic variability of cultivars can be increased, which is the basis for sustainable crop breeding. However, it remains to be seen whether legal regulations and customer acceptance will recognize the potential of the biotechnological application of the CRISPR-Cas system in agriculture and enable the sustainable mastery of future challenges
Bestäuber im Fokus: Das Hummel-Monitoring in Agrarlandschaften
No full textForschende am Thünen-Institut für Biodiversität entwickeln ein bundesweites Monitoring von Hummeln in Agrarlandschaften. Gemeinsam mit zahlreichen Ehrenamtlichen werden dafür regelmäßig in ganz Deutschland Hummeln entlang festgelegter Wegstrecken gezählt. Das Monitoring soll dazu beitragen, die Bestandsentwicklungen dieser wichtigen Bestäubergruppe besser zu verstehen
The diverse functions of CRISPR-Cas systems in uncultivated Archaea:
No full textKleine symbiotische Archaeen aus dem DPANN-Superphylum gehören zu den mysteriösesten Lebensformen auf Erden. Um diese meist unkultivierten Organismen besser zu verstehen, wurde kürzlich (2023) in einem Artikel in Nature Microbiology unter dem Titel „A predicted CRISPR-mediated symbiosis between uncultivated archaea“ die natürliche Interaktion zweier solcher Organismen beschrieben [9]. In der auf Metagenomik und Metatranskriptomik basierenden Studie wurden der freilebende Wirt, das DPANN-Archaeon Ca. Altiarchaeum, welcher zwei verschiedene CRISPR-Cas-Systeme kodiert, und dessen Episymbiont Ca. Huberiarchaeum in zwei unterschiedlichen Ökosystemen analysiert. In beiden richtete sich die Immunabwehr des Wirtes Ca. Altiarchaeum nicht nur gegen Viren, sondern auch gegen das Genom des Episymbionten. Unter der Annahme eines direkten zytoplasmatischen Kontakts konnte mittels metabolischer Modellierung gezeigt werden, dass der Episymbiont ohne Wirt nicht überleben kann und dass das CRISPR-targeting für ihn tödlich sein kann. Diese Art der CRISPR-Casbasierten Immunabwehr konnte auch in Genomen anderer Archaea aus aquatischen Ökosystemen bioinformatisch identifiziert werden. Insgesamt deuten die Analysen darauf hin, dass die Funktionsweisen der CRISPR-Cas-Systeme komplexer sein können als bisher bekannt; allerdings ist ein direkter Nachweis im Labor aufgrund fehlender Kultivierungsmethoden dieser Organismen noch ausstehend.Small symbiotic archaea of the DPANN superphylum are some of the most mysterious organisms on earth. To better understand these mostly uncultivated organisms, the natural interaction of two such DPANN archaea – the free living DPANN archaeon Ca. Altiarchaeum and its episymbiont Ca. Huberiarchaeum – was described in a recent article entitled „A predicted CRISPR-mediated symbiosis between uncultivated archaea“, published in Nature Microbiology in 2023 [9]. In this study based on metagenomics and metatranscriptomics, the host Ca. Altiarchaeum encoding two different CRISPR-Cas systems and its episymbiont Ca. Huberiarchaeum were analysed in two different ecosystems. In both of them, the immune system of the host did not only target viruses but also the genome of the episymbiont. Assuming a direct cytoplasmic contact, metabolic modeling clearly demonstrated that the episymbiont cannot survive without its host and that the CRISPR-targeting can even be lethal. This kind of immune defense – based on CRISPRCas – could be identified bio-informatically in the genomes of other Archaea in aquatic ecosystems. All things considered, the analyses indicate that CRISPR-Cas systems and the way they function can be more complex than previously known. However, a direct proof in a laboratory by cultivating these organisms is still due because of a lack of suitable cultivation methods
CRISPR-Whisper, das Öffentlichkeitsprojekt des SPP2141:
No full textDer Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) ist Wissenschaftskommunikation ein relevantes Anliegen. Dabei hat sie erkannt, dass Konsortien wie Sonderforschungsbereiche und Schwerpunktprogramme gute Möglichkeiten bieten, aktuelle Forschung für die Öffentlichkeit transparent zu machen. Sie hat dazu Module geschaffen, mit denen – neben den wissenschaftlichen Förderanträgen – eigenständige Public-Outreach-Projekte finanziert werden können, die die Wissenschaftskommunikation zur Thematik eines Konsortiums durchführen. In diesem Artikel beschreibe ich für das „CRISPR-Whisper“-Team, was ein solches Projekt leisten kann, aber auch was Herausforderungen sind und welche Probleme auftreten können
Quo vadis, Wissenschaft? – Chancen der „UN-Dekade der Wissenschaft für Nachhaltigkeit“
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Flora Incognita – mehr als Pflanzenbestimmung
Full text linkEine Pflanze am Wegrand, ein Smartphone und eine Prise Neugier – mehr braucht es heute nicht, um wildwachsende Pflanzen zu bestimmen. Flora Incognita ist eine Pflanzenbestimmungsapp, die genau das möglich macht