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Dreiecksbeziehungen und Hybride: RUB-Forscher blicken auf 100 Millionen Jahre Brandpilz-Evolution

17.01.2012
Wenn Dreiecksbeziehungen an der Tagesordnung sind / Brandpilze können sich trotz großer genetischer Unterschiede mit anderen Arten paaren / RUB-Forscher blicken auf 100 Millionen Jahre Evolution zurück

Dreiecksbeziehungen sind bei ihnen gang und gäbe: Seit rund 100 Millionen Jahren vermehren Grasbrandpilze sich über ein Drei-Geschlechter-System. Das fanden Dr. Ronny Kellner und Prof. Dr. Dominik Begerow aus der RUB-Arbeitsgruppe Geobotanik in Kooperation mit Kollegen der Heinrich Heine-Universität Düsseldorf heraus.


Der parasitäre Pilz Ustilago maydis bewohnt einen Maiskolben – diese Kombination wird in Mexiko auch als Delikatesse mit Tortillas serviert. Foto: Ronny Kellner


Hybridisierung: Zwei Pilzarten verschmelzen auf einem künstlichem Nährmedium im Elektronenmikroskop (roter Pfeil). Die kleine Spore (Sporisorium reilianum) ist etwa 6 µm lang, die große Spore (Sporisorium scitamineum) etwa 12 µm. Abbildung: Ronny Kellner

Mit genetischen Analysen zeigten sie, dass sich der Aufbau der verantwortlichen Regionen im Erbgut seither kaum verändert hat. In der Zeitschrift PLoS Genetics berichtet das Team darüber hinaus, dass sich die Pilze im Experiment nicht nur innerhalb der eigenen Art paaren, sondern auch mit anderen Arten Hybride bilden – und das nach Millionen Jahren getrennter Evolution. „Wenn man die Zeiträume betrachtet, ist das fast, als könnten sich Maus und Mensch paaren“, veranschaulicht Begerow.

Pilze sammeln und genetisch analysieren

Grasbrandpilze leben parasitär an Pflanzen wie Mais, Weizen oder Süßgräsern und lösen verschiedene Pflanzenkrankheiten aus. Die Forscher untersuchten für die Studie über 100 Arten, die sie teils selbst in Equador, Mexiko und Deutschland sammelten. Von allen Arten entschlüsselten sie den Bereich des Erbguts, der die Gene für Pheromonrezeptoren enthält. Diese erlauben es, die eigene von fremden Arten zu unterscheiden. „Das Besondere an der Arbeit ist die gelungene Synthese von Biodiversitätsforschung und funktioneller Genetik, die durch die Zusammenarbeit mit Prof. Michael Feldbrügge und mit Dr. Evelyn Vollmeister von der Uni Düsseldorf möglich war“, sagt Kellner.

Wie Gene sich in 100 Millionen Jahren verändern

Zehn Arten unterzogen die Forscher einer besonders sorgfältigen Analyse mit aufwändigen Sequenziertechnologien. So entschlüsselten sie statt der üblichen 1.000 DNA-Bausteine (Basenpaare) 20.000 Basenpaare. „Damit konnten wir ganz neue Einblicke gewinnen“, erklärt Begerow. „An der eigentlichen Genstruktur hat sich in den letzten 100 Millionen Jahren zwar wenig getan. Aber innerhalb der Struktur hat sich die genetische Information stark verändert. Das sollte eigentlich dazu führen, dass sich verschiedene Arten nicht mehr miteinander paaren können.“

Sich mit anderen Arten mischen

Trotzdem wies das Team im Experiment nach, dass sich Grasbrandpilze unterschiedlicher Arten paaren können. Nun wollen sie untersuchen, ob dieses Phänomen auch in der Natur auftritt. „Das ist eine faszinierende Erkenntnis“, so Kellner. „Die Hybridbildung hätte weitreichende ökologische Konsequenzen.“ Eine neue Pilzart könnte zum Beispiel schädlicher als ihre beiden Vorgängerarten sein, weil sie mehrere verschiedene Wirtspflanzen befällt. Auch Sprünge auf ganz neue Wirte wären denkbar. „Das ist wie mit der aktuellen Diskussion ums Vogelgrippe-Virus, das sich mit einem anderen Virenstamm verbinden könnte“, erklärt Begerow. „Hier könnten neue ‚Superparasiten‘ entstehen, deren Eigenschaften völlig unvorhersehbar sind. Wenn sich tatsächlich Pilze verschiedener Arten paaren, dann würde das die Evolution enorm beschleunigen.“

Titelaufnahme

Kellner R., Vollmeister E., Feldbrügge M., Begerow D. (2011): Interspecific Sex in grass smuts and the genetic diversity of their pheromone-receptor system, PLoS Genetics, doi:10.1371/journal.pgen.1002436

Weitere Informationen

Prof. Dr. Dominik Begerow, Arbeitsgruppe Geobotanik, Fakultät für Biologie und Biotechnologie der Ruhr-Universität, 44780 Bochum, Tel.: 0234/32-27212

dominik.begerow@rub.de

AG Geobotanik
http://www.ruhr-uni-bochum.de/geobot/
Redaktion
Dr. Julia Weiler

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de

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