Warum verwenden wir gerade DEN Marker ?

Nachdem wir uns mit der allgemeinen Frage "Was ist eigentlich ein Marker?" auseinander gesetzt haben, wollen wir nun auf die Frage eingehen, warum man gerade den/die Marker verwendet und nicht andere. In anderen Worten, wir wollen wissen warum ein Marker besser dafür geeignet ist, Arten zu unterscheiden oder die Beziehungen bestimmter taxonomischer Einheiten zu untersuchen als ein anderer.

Marker in der DNA Diagnostik und phylogenetischen Untersuchungen

Für die Identifizierung taxonomischer Einheiten werden entweder bekannte Sequenz-Marker verwendet oder es werden über DNA Fingerprint Techniken neue (anonyme) DNA Bereiche als Marker herangezogen. Wir verwenden dafür bevorzugt bekannte Sequenz-Marker, da diese zum einen gut charakterisiert sind und zum anderen bereits Daten zur Verfügung stehen. Mit Hilfe dieser Informationen kann man sich im Vorfeld ein Bild darüber machen, ob der Bereich zur Unterscheidung der entsprechenden Art bzw. zum Vergleich entsprechender taxonomischer Einheiten geeignet ist oder eher nicht.

Was genau erwarten wir von unserem Marker ?

Wenn wir einen DNA Bereich verschiedener Pflanzen Arten amplifizieren wollen benötigen wir - für entsprechende Primer - Bereiche, die in all diesen Arten konserviert sind. Für die Unterscheidung der Arten benötigen wir einen Bereich, der dafür ausreichend Variation enthält.

Eine Aufstellung von DNA Bereichen (Zellkern, Chloroplast, Mitochondrium), die in verschiedenen Arbeiten für die Unterscheidung bzw. Identifizierung unterschiedlicher taxonomischer Gruppen (Population, Unterart, Art, Gattung, Familie, Ordnung) verwendet wurden. Aus Yip et al. 2007

Neben diesen grundsätzlichen Eigenschaften gibt es weitere, die im Zuge eines Projektes relevant werden können. Ein Beispiel bezieht sich auf den Schritt der Sequenzierung. Nicht jeder Bereiche lässt sich in allen taxonomischen Gruppen erfolgreich sequenzieren. Der Chloroplast Marker psbA-trnH lässt sich mit universellen Primern unter anderem in Dracocephalum problemlos amplifizieren und sequenzieren. In Dianthus dagegen lässt sich dieser Bereich zwar amplifizieren, aber bei der Sequenzierung stößt man auf das Problem von Mononucleotid Wiederholungen (poly-T).

Ein weiteres Beispiel betrifft den Bereich der ribosomalen DNA (rDNA) welcher im Kerngenom liegt und zwar in vielen Kopien an unterschiedlichen Stellen. In manchem Fällen, wie zum Beispiel bei einigen Rheum Arten [Xie et al. 2014], wurde festgestellt, dass diese Kopien sich voneinander unterscheiden, was dazu führt das man verschiedene Fragmente in einer PCR amplifiziert und eine einfache Sequenzierung der PCR nicht möglich ist.

Solche Regionen lassen sich in den entsprechenden taxonomischen Gruppen nur über Umwege und damit verbundenen Mehrkosten sequenzieren. Je nachdem um was es in einem Projekt geht, können solche "Probleme" aber auch eine zusätzliche Quelle für Informationen darstellen und ein Mehraufwand könnte sich lohnen.

Zusammenfassung

Bei der Marker Wahl haben wir zum einen grundsätzliche Faktoren zu beachten, die abhängig davon sind, welche Art von Beziehungen wir untersuchen wollen. Zum anderen müssen wir Faktoren beachten, die auf Erfahrung (vorhandene Messergebnisse - Untersuchungen) beruhen. Dies macht eine ausgiebige Literatur und Datenbank Recherche zu einer wichtigen Grundvoraussetzung für unsere Projekte.

Referenzen

Yip, P. Y., Chau, C. F., Mak, C. Y., & Kwan, H. S. (2007). DNA methods for identification of Chinese medicinal materials. Chinese Medicine, 2, 9. doi:10.1186/1749-8546-2-9

Ma, X., Xie, C., Guan, M., Xu, X., Miki, E., Takeda, O., … Chen, S. (2014). High Levels of Genetic Diversity within One Population of Rheum tanguticum on the Qinghai-Tibet Plateau have Implications for Germplasm Conservation. Pharmaceutical Crops, (5), 1–8.