Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Pflanzen können ihr gesamtes Erbgut auf ungeschlechtlichem Weg an einen Partner übertragen

10.06.2014

Ohne Sex zu neuen Arten

In der Natur kommt es vor, dass sich zwei unterschiedliche Pflanzenarten miteinander kreuzen. Das ist im Normalfall ein Problem, da die Erbinformation der beiden Eltern nicht zueinander passt. Doch manchmal hilft die Natur mit einem Trick nach.


Natürliche Pfropfung zwischen einer Eiche (links) und einer Buche (rechts). An Verwachsungsstellen wie diesen kann das komplette Erbgut aus dem Zellkern zwischen den beiden Pfropfpartnern ausgetauscht werden. Dies kann zur Entstehung von neuen Pflanzenarten führen.

© MPI f. molekulare Pflanzenphysiologie

Statt, wie normalerweise üblich, nur jeweils die Hälfte der in Vater und Mutter enthaltenen Erbinformation an die Kinder weiterzugegeben, reichen beide Pflanzen die gesamte Information an die Nachkommen weiter, das heißt die Chromosomensätze werden addiert.

So finden die Chromosomen während der Meiose einen passenden Partner, die Pflanzen bleiben fortpflanzungsfähig und eine neue Art ist entstanden. Beispiele für eine solche Allopolyploidie finden wir sowohl bei Wildpflanzen als auch bei Nutzpflanzen wie dem Weizen, dem Raps oder auch der Baumwolle. Die Arbeitsgruppe um Ralph Bock vom Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie konnte nun erstmalig nachweisen, dass eine solche Artneubildung auch auf ungeschlechtlichem Wege herbeigeführt werden kann.

Wie bereits in früheren Arbeiten bediente sich die Arbeitsgruppe von Ralph Bock der Methode des Pfropfens. Wie allgemein aus der Natur bekannt, können Pflanzen an ihren Kontaktstellen miteinander verwachsen. Im Wein-, Obst- und insgesamt im Gartenbau macht man sich diese Fähigkeit  der Pflanzen bereits seit langem zu Nutze, um die Eigenschaften zweier Sorten miteinander zu verknüpfen, ohne kreuzen zu müssen. So werden beispielsweise Edelrebsorten auf Reblaus-resistente Unterlagen gepfropft, um der Reblaus, die vom Boden aus die Pflanze schädigt, ein Schnippchen zu schlagen. Gleiches gilt im Obstbau. Auch hier können durch das Pfropfen Eigenschaften der einen Pflanze mit Eigenschaften der anderen kombiniert werden.

Lange Zeit war man davon ausgegangen, dass  man auf diese Weise zwar eine Kombination von erwünschten Eigenschaften herstellen kann, dass es aber zwischen den gepfropften Pflanzen nicht zu einem Austausch und einer Neukombination von Erbinformationen – dem sogenannten horizontalen Gentransfer – kommt. „Unsere früheren Arbeiten hatten bereits gezeigt, dass es entgegen der verbreiteten Meinung beim Pfropfen an den Verwachsungsstellen sehr wohl zu einem horizontalen Transfer von Chloroplasten-Genen zwischen verschiedenen Pflanzenarten kommt. Nun wollten wir in weiterführenden Experimenten untersuchen,  ob auch ein Austausch der Erbinformation zwischen den Zellkernen  stattfindet“, erläutert Ralph Bock die aktuelle Arbeit.

Dafür fügten die Forscher zunächst  Resistenzgene gegen zwei Antibiotika in das Erbgut der Tabakarten Nicotiana glauca und Nicotiana tabacum ein, die normalerweise nicht miteinander kreuzbar sind.  Anschließend pfropften die Wissenschaftler Nicotiana glauca auf Nicotiana tabacum. Nachdem beide zusammengewachsen waren, schnitten sie das Gewebe an der Pfropfstelle aus und kultivierten es auf einem Wachstumsmedium, das beide Antibiotikawirkstoffe enthielt. So konnten  nur die Zellen überleben, die die DNA beider Vorfahren enthielten. Erstaunlicherweise gelang es den Forschern, zahlreiche doppelt-resistente Pflänzchen heranwachsen zu lassen.

Um feststellen zu können, ob diese erworbene Doppelresistenz nur auf der Übertragung einzelner Gene beruht oder ob das gesamte Erbgut übertragen wurde, zählten die Pflanzenforscher die Chromosomen in den Zellkernen der resistenten Pflanzen. Bei einer Übertragung des kompletten Kerngenoms sollten die neuen Pflanzen die Summe der Elternchromosomen enthalten „Tatsächlich konnten wir in den resistenten Pflanzen 72 Chromosomen nachweisen“, erläutert Ralph Bock, „das entspricht der Summe der 24 Chromosomen von N. glauca  und der 48 Chromosomen von N. tabacum.“ Die aus der Pfropfstelle herangezogenen Pflänzchen enthielten demnach die Erbinformation beider Eltern. „Es ist uns gelungen, ohne geschlechtliche Fortpflanzung allopolyploide Pflanzen herzustellen“, freut sich Sandra Stegemann.

Als die Wissenschaftler diese Pflanzen im Gewächshaus wachsen ließen, konnten sie beobachten, dass sie Merkmale beider Vorfahren vereinten. Auffällig war jedoch, dass die neuen Pflanzen viel schneller wuchsen. So einen Fitness-Vorsprung gegenüber den Eltern kann auch bei allopolyploiden Nutzpflanzen beobachten werden. Da die neu entstandenen Pflanzen in der Lage waren sich fortzupflanzen und auch ihre Nachkommen fruchtbar waren, kann man hier von einer neuen Art sprechen. Sie wurde von den Forschern Nicotiana tabauca getauft. Das Pfropfen zweier Arten könnte demnach auch für Züchter interessant werden, um auf diesem Weg neue Pflanzenarten mit höheren Erträgen oder robusterem Wachstum zu erzeugen.

Ansprechpartner

Prof. Dr. Ralph Bock

Ursula Roß-Stitt

Presse- und Öffentlichkeitsarbeit

Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie, Potsdam-Golm

Telefon: +49 331 567-8310
Fax: +49 331 567-8408

 

Originalpublikation

 
Ignacia Fuentes, Sandra Stegemann, Hieronim Golczyk, Daniel Karcher, Ralph Bock
Horizontal genome transfer as an asexual path to the formation of new species
Nature, online vorab veröffentlicht; 8. Juni 2014 (DOI: 10.1038/nature13291)

Prof. Dr. Ralph Bock | Max-Planck-Institut

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress
23.02.2018 | Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT)

nachricht Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren
23.02.2018 | Max-Planck-Institut für molekulare Genetik

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics