Die Rekonstruktion der Herkunft von Kulturpflanzen stellt für Wissenschaftler oft ein echtes Puzzle dar. Tatsächlich besitzen viele Arten, wie Weizen oder eben die Erdbeere, Genome, die aus der Fusion mehrerer ursprünglicher Genome hervorgegangen sind. Diese Ereignisse, genannt Polyploidien (siehe Erklärung am Ende des Artikels), fanden vor Millionen von Jahren statt und haben die Vielfalt unserer Kulturpflanzen tiefgehend geprägt. Da keine verwertbaren Fossilien vorliegen, ist es schwierig, den genauen Ablauf dieser Vermischungen zu verstehen.
Ein Forschungsteam hat einen innovativen computergestützten Ansatz entwickelt. Dieser basiert auf der Analyse von sich wiederholenden DNA-Sequenzen, den Retrotransposons, die sich im Laufe der Evolution spezifisch ansammeln. Durch den Vergleich ihrer Muster auf den Chromosomen wird es möglich, die Schritte der Genomfusion nachzuvollziehen. Diese in
Horticulture Research veröffentlichte Technik wurde zunächst erfolgreich an Pflanzen wie Baumwolle erprobt.
Illustrationsbild Pixabay Als die Methode auf die Kulturerdbeere angewendet wurde, offenbarte sie eine sehr reiche, mehrstufige Entwicklungsgeschichte. Das Genom dieser Pflanze stammt von drei aufeinanderfolgenden Fusionen vor etwa 0,8 bis 4,2 Millionen Jahren ab. Es wurden vier distinkte Subgenome identifiziert, die enge Verbindungen zu bekannten diploiden Arten wie
Fragaria vesca aufzeigen. Diese Beobachtungen stellen frühere Modelle in Frage und deuten darauf hin, dass heute ausgestorbene Vorfahren wahrscheinlich zu dieser Architektur beigetragen haben.
Dieser Ansatz eröffnet Perspektiven für viele andere Kulturpflanzen. Pflanzen wie Weizen oder Zuckerrohr besitzen ebenfalls komplexe polyploide Genome. Ein besseres Verständnis ihrer inneren Struktur ermöglicht es, die Kartierung von interessanten Genen zu verbessern und Pflanzenzuchtprogramme zu beschleunigen. Es handelt sich somit um ein wertvolles Werkzeug, um die Grundlagenforschung mit den Anforderungen der modernen Landwirtschaft zu verbinden.
Polyploidie, Motor der pflanzlichen Vielfalt
Eine große Anzahl der von uns angebauten Pflanzen verdankt ihre Existenz einem Phänomen namens Polyploidie. Dabei handelt es sich um die Vervielfachung von Chromosomensätzen, oft nach einer Hybridisierung zwischen verschiedenen Arten. Diese genetische Verdopplung verleiht der neuen Pflanze einen erhöhten genetischen Reichtum, was ihre Anpassung an neue Umweltbedingungen begünstigen kann.
Dieser Prozess ist im Pflanzenreich weit verbreitet. Er spielte eine wesentliche Rolle bei der Entstehung von Getreide wie Weizen oder Knollen wie der Kartoffel. Die aus dieser Fusion hervorgegangene Pflanze erbt die Merkmale ihrer beiden Eltern, und ihr größeres Genom kann sich anschließend mit einer gewissen Autonomie weiterentwickeln. Dies erklärt teilweise die große Vielfalt an Formen und Geschmäckern auf unseren Tellern.
Wenn Genome fusionieren, vermischen sie sich nicht vollständig. Sie bilden vielmehr Teilmengen, sogenannte Subgenome, die nebeneinander existieren und interagieren. Jedes bewahrt teilweise die Identität seines Vorfahren. Das Verständnis dieser inneren Architektur ist für Züchter von entscheidender Bedeutung, da sie die Expression von Genen beeinflusst, die mit Ertrag, Krankheitsresistenz oder Nährstoffqualität zusammenhängen.
Die Identifizierung dieser Subgenome in alten Pflanzen wie der Erdbeere ermöglicht es, die evolutionären Wege nachzuvollziehen, die über Millionen von Jahren beschritten wurden.
Quelle: Horticulture Research