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Genetik

Der Schritt vom Wasser ans Land

Mal wieder ist ein Genom entschlüsselt - diesmal das Erbgut des "Kleinen Blasenmützenmooses". Und es verrät einiges über die Anpassungen, mit denen den frühen Pflanzen der Schritt vom Wasser ans Land gelang.
Moos
Bisher gibt es noch nicht viele vollständig entschlüsselte Genome von vielzelligen Organismen. Neben dem Menschen, der Maus und dem Fadenwurm haben es aber auch einige Pflanzen in die Liste der sequenzierten Organismen geschafft. Auf Grund der nach wie vor hohen Kosten der Sequenzierung sind sie aber noch eher selten vertreten.

Das Kleine Blasenmützenmoos (<i>Physcomitrella patens</i>)
Das Kleine Blasenmützenmoos (Physcomitrella patens) | Das Kleine Blasenmützenmoos (Physcomitrella patens). Moose gehören zu den ersten Pflanzen, die vor ca. 450 Millionen Jahren das Festland eroberten. Um zu überleben, mussten sie sich an extreme Temperaturschwankungen, Trockenheit und hohe UV-Strahlung anpassen, die es im Wasser in dieser Form nicht gab. Wenn Wissenschaftler diese Schutzmechanismen des Mooses besser verstehen lernen,, können sie diese eventuell auch auf Nutzpflanzen übertragen und sie so widerstandsfähiger machen.
Bisher waren vor allem Blütenpflanzen wie die Ackerschmalwand (Arabiopsis thaliana) und die Pappel oder Nutzpflanzen wie der Reis von Interesse. Aber auch Algen sind vertreten. Diese stehen ganz am Anfang der Entwicklung der Pflanzen, Blütenpflanzen ganz am Ende.

Für den entwicklungsgeschichtlich entscheidenden Schritt des Übergangs der Pflanzen vom Wasser auf das Land und der Entwicklung der Mehrzelligkeit vor etwa 450 Millionen Jahren fehlte jedoch ein Vertreter. Diese wurde jetzt geschlossen: Mit der Entschlüsselung des Genoms des Kleinen Blasenmützenmooses (Physcomitrella patens ) durch Ralph Quatrano von der Washington-Univerität in St. Louis, unter Mitarbeit von Forschern der Universität Freiburg und des Max-Planck-Instituts für Züchtungsforschung in Köln.

Moose sind viel komplizierter gebaut als Algen, aber noch nicht so hoch entwickelt wie Blütenpflanzen, die ein ausgeklügeltes Leitbündelsystem und komplex geformte Fortpflanzungsorgane besitzen. Der Übergang vom Wasser zum Land war für die Pflanzen ein großer Schritt, der mit der Anpassung vieler zellulärer Prozesse verbunden war. Diese Veränderungen sind im genetischen Material genau dokumentiert und machen sie zu einer einzigartigen Ressource für zukünftige Forschungen.

Bereits jetzt gab das Moos einige Geheimnisse preis, zum Beispiel wie sich die Toleranz gegen das Austrocknen entwickelt hat. Jede vertrocknete Zimmerpflanze belegt quasi, dass Trockentoleranz – obschon eine wichtige Eigenschaft – bei den meisten Blütenpflanzen nicht mehr vorhanden ist. Doch die Sequenz des Kleinen Blasenmützenmoos zeigt, dass die ursprünglichen Landpflanzen wahrscheinlich noch tolerant gegen Austrocknen waren und dass diese Eigenschaft erst in unseren modernen Pflanzen verloren ging.

Wichtige Erkenntnisse kommen auch aus der Welt der Hormone, die auch bei Pflanzen entscheidende Schritte in der Entwicklung und beim Wachstum steuern. Doch während es Pflanzenhormone bei Algen offenbar noch nicht gibt, waren sie beim Vorfahr unserer heutigen Landpflanzen bereits erfunden, wie das Genom des Kleinen Blasenmützenmooses zeigt. Aus dem Vergleich mit dem Genom der heutigen Pflanzen können die Forscher wichtige Rückschlüsse darauf ziehen, wie sich Pflanzenhormone entwickelt haben.

Die Forscher um Bernd Reiss am Kölner Max-Planck-Institut interessierten sich zudem vor allem für die Reparatur von DNA-Schäden in Physcomitrella. Dieser Prozess ist für die Abwehr schädlicher Umwelteinflüsse von Bedeutung und beim Menschen auch in die Entstehung von Krebs und das Altern involviert. "DNA-Schäden werden in Physcomitrella präzise repariert, was unzweifelhaft zu der hohen Stabilität des Genoms beiträgt", erläutert Reiss. "Aus der humanmedizinischen Forschung wissen wir, dass Fehler im Genom zu Krankheiten führen können. Von daher ist es von großem Interesse, die Mechanismen zu verstehen, die zu dieser Genomstabilität führen."
15.12.2007

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 15.12.2007

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