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Botanik: Umweltanpassung verursacht Vielfalt im pflanzlichen Genom

Ackerschmalwand
Die individuelle Anpassung an regionale Wachstumsbedingungen und Pathogenbelastung beeinflusst maßgeblich die Variabilität im Erbgut einer Pflanzenart. Zu dieser Erkenntnis gelangte eine internationale Forschergruppe unter Leitung von Detlef Weigel vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen, welche die Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) molekulargenetisch untersucht hatte.

Arabidopsis thaliana | Arabidopsis-Pflanzen unterschiedlicher Herkunft unterscheiden sich in vielen Merkmalen (im Hintergrund beispielhaft die DNA-Sequenzvariation in diesen Pflanzen).
Insgesamt sequenzierten die Wissenschaftler die jeweils aus etwa 120 Millionen Bausteinen zusammengesetzten Genome von 19 verschiedenen, wildlebenden Arabidopsis-Populationen und verglichen sie mit jenem eines bereits länger bekannten Laborstammes. Die Ergebnisse waren verblüffend: Etwa jedes zehnte Gen war bei mindestens einem der Wildtypen bis zum Verlust der ursprünglichen Funktionsfähigkeit beschädigt. Darüber hinaus waren bis zu vier Prozent der Referenz-DNA bei den Pflanzen der Wildpopulationen stark verändert oder nicht mehr zuzuordnen. Insgesamt erwies sich einer von 180 Bausteinen im Erbgut als variabel.

Die Analyse dieser Befunde im Hinblick auf unterschiedliche Genfamilien gab die entscheidenen interpretatorischen Hinweise: Genfamilien, die an grundlegenden biologischen Prozessen wie Ribosomenfunktion oder Transkriptionsregulation beteiligt sind, variierten nur wenig. Starke Variationen fanden sich hingegen bei Genen, die das Zusammenspiel der Pflanze mit ihrer biotischen Umwelt kodieren, beispielsweise die Abwehr von Pathogenen oder die Anpassung an besonders warme oder kalte, trockene oder feuchte Standorte. Daher gehen die Forscher davon aus, dass der festgestellte Sequenzpolymorphismus die Anpassung der Pflanzen an die jeweiligen regionalen Lebensbedingungen widerspiegelt.

Die Ergebnisse zeigten grundlegend, dass die DNA-Sequenz eines Individuums bei Weitem nicht ausreiche, um eine ganze Art umfassend zu verstehen, eine Erkenntnis, die sich auch bereits in der Humanmedizin durchgesetzt habe, so Weigel. Die Wissenschaftler wollen ihre Untersuchungen in Zukunft auf andere Arten ausweiten, um irgendwann Nutzpflanzen züchten zu können, die besonders gut an wechselnde Standortbedingungen angepasst sind. (lp)

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