Modellorganismen: Definition, Eigenschaften und Beispiele

Der Begriff Modellorganismus definiert einen Art, die im Labor verwendet wird biologische Prozesse unter der Annahme zu untersuchen, dass neue Erkenntnisse in einem einfachen System Einblicke in ähnliche Mechanismen in anderen komplexen Organismen geben können. Diese Erwartung basiert auf dem evolutionären Prinzip, dass alle lebenden Organismen von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen und konservierte Merkmale teilen, die das Leben ermöglichen.

Der berühmte Naturforscher Charles Darwin skizzierte eine imaginäre Baum des Lebens um seine Evolutionstheorie grafisch darzustellen - Alle existierenden Arten stammen von wenigen Urorganismen ab und haben sich im Laufe der Zeit dank zufälliger Variation und natürlicher Selektion entwickelt. Ein Jahrhundert nach der Veröffentlichung des revolutionären Buches „Zur Entstehung der Arten durch natürliche Zuchtwahl" Moderne genetische Studien fanden Hinweise auf Kreuzung und Gentransfer zwischen Arten über evolutionäre Zeit und Raum und unterstützten somit eher ein Netz des Lebens als einen Baum. Allerdings ist das Konzept der Letzter universeller gemeinsamer Vorfahr (LUCA) – eine Lebensform mit komplexen Mechanismen zur Umwandlung von in der DNA codierter Information in RNAs und Proteine ​​(dh Transkription und Translation) – die die große Vielfalt des Lebens auf der Erde hervorgebracht hat, ist immer noch gültig.

Nichtsdestotrotz haben verschiedene Abstammungslinien über den Baum des Lebens hinweg auch mehrere Entwicklungsmuster und Stoffwechselwege über Millionen Jahre der Evolution diversifiziert.

Gute experimentelle Modelle haben folgende Eigenschaften gemeinsam:

• einfache Handhabung im Labor (um Experimente effizient durchzuführen)
• kleine Größe (um mehr Individuen auf kleinerem Raum zu züchten)
• kurzer Lebenszyklus (um mehrere Generationen in kurzer Zeit zu untersuchen)
• hohe Fruchtbarkeitsraten (um eine große Anzahl von Nachkommen für weitere Analysen zu produzieren)

In den Biowissenschaften das Bakterium Escherichia coli (natürlich im menschlichen Verdauungstrakt vorkommend) und die Sprosshefe Saccharomyces cerevisiae (seit der Antike bei der Zubereitung von Brot, Bier und Wein verwendet) gehören neben den tierischen Modellarten zu den am häufigsten verwendeten Modellsystemen für die Forschung Drosophila melanogaster (Fruchtfliege), Cavia porcellus (Meerschweinchen) und Mus musculus (Maus).

Arabidopsis thaliana: Das Spitzenmodell für pflanzenbiologische Forschung

Zu Beginn des Jahres 20^th Jahrhunderts begannen Botaniker, die blühende Pflanze zu nutzen Arabidopsis thaliana (Üblicherweise bekannt als Ackerschmalwand oder Aaskresse) in ihren Laborexperimenten. Ihre geringe Größe macht sie zu einem großartigen Werkzeug in der Pflanzenforschung: Arabidopsis erreicht bei der Reife eine durchschnittliche Höhe von 20-25 cm, was es Wissenschaftlern ermöglicht, mehrere Individuen auf engstem Raum zu züchten (Hunderte von Pflanzen in Wachstumskammern und Tausende in Gewächshäusern). Zusätzlich, Arabidopsis ist eine einjährige Pflanze mit kurzem Lebenszyklus: Von der Samenkeimung bis zur Samenreife dauert es unter induktiven Bedingungen (Long Days, 6-20 C) nur 24 Wochen. Daher können mehrere Generationen in weniger als einem Jahr angebaut werden.

Ein weiterer Vorteil beruht auf der Art der sexuellen Fortpflanzung: Blüten bestäuben sich auf natürliche Weise selbst, und jede Frucht (Schoten genannt) kann bis zu 60 Samen enthalten. Da jede Pflanze mehrere Schoten beherbergt, produzieren Individuen eine große Anzahl von Geschwistern – nützlich, um die Trennung von Pflanzenmerkmalen zu untersuchen. Samen sind superwinzig (250 -500 μm Durchmesser): Obwohl sie schwierig zu handhaben sind, erleichtert ihre geringe Größe die Lagerung großer Populationen Arabidopsis ein großartiges System, um genetische und phänotypische Variationen zu untersuchen.

Seit den 1980s, Arabidopsis wurde weltweit als beliebtes Modell für verschiedene Bereiche der Pflanzenforschung (z. B. Studien zur Entwicklungs- und Populationsgenetik, Zell- und Molekularbiologie, evolutionäre Genomik usw.) angenommen, auch weil es einer genetischen Transformation zugänglich ist und wurde das erste Pflanzengenom, das sequenziert wurde (2000). Darüber hinaus riesige Sammlungen von biologischem Material (Mutanten, Akzessionen) und die zunehmende Zahl von OMICS-Datensätze sind öffentlich zugänglich für die Wissenschaftsgemeinschaft.

Entscheidende Entdeckungen in Arabidopsis

In den letzten Jahrzehnten ist die Verwendung von Arabidopsis hat unser Verständnis wichtiger biologischer und physiologischer Prozesse wie z Pflanze-Pathogen-Interaktionen, Lichtmessung, und der circadiane Uhr.. Darüber hinaus Arabidopsis war maßgeblich daran beteiligt, die genetischen Wege zu analysieren, die der Bildung von Pflanzenorganen wie Wurzeln, Blättern und Blüten zugrunde liegen. Beispielsweise förderten molekulare Studien mutierter Pflanzen die Konzeptualisierung des Berühmten ABC-Modell der Blütenbildung das erklärt die Interaktion zwischen regulatorischen Faktoren, die an der Entwicklung von Fortpflanzungsstrukturen beteiligt sind (4 Kelchblätter, 4 Blütenblätter, 6 Staubblätter, 2 verwachsene Fruchtblätter).

Ein wertvolles Mitglied der Brassicaceae-Familie

Arabidopsis ist ein Unkraut mit großer geografischer Verbreitung, das auch an Straßenrändern wächst. Obwohl es sich nicht um eine relevante Art für die Landwirtschaft handelt, gehört es zur Familie der Senfgewächse, zu der agronomisch wichtige Pflanzen der Senffamilie gehören Brassica Gattung wie Brassica napus (Raps), Brassica-Rapa (Rübe) und verschiedene Kohlpflanzen (Kohl, Brokkoli, Blumenkohl, Rosenkohl). Als Beispiel für angewandte Forschung seien Entdeckungen in Arabidopsis haben das Verständnis der Blütenstandsentwicklung in komplexeren essbaren Pflanzen wie z Romanesco Brokkoli.

Empfohlene Links

TAIR – Homepage (arabidopsis.org)

Das ABC-Modell der Blütenentwicklung (cell.com)

Blumenkohl-Fraktalformen entstehen durch Störungen floraler Gennetzwerke | Wissenschaft

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