Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Pflanzenschädling entstand durch Verschmelzung zweier Arten

29.06.2012
Eine im Iran heimische Pilzart, die Gräser befällt, ist das Ergebnis einer natürlichen Hybridbildung, die erst wenige hundert Jahre zurückliegt

Zymoseptoria tritici bereitet europäischen Landwirten regelmäßig Kopfschmerzen: Der aus dem Mittleren Osten stammende Schlauchpilz befällt die Blätter von Weizenpflanzen und löst die sogenannte Blattdürre aus.


Zwei Stämme der Pilzart Zymoseptoria pseudotritici, die nebeneinander in einer Kulturschale wachsen. Der Pilz ist aus der Hybridisierung zweier Elternarten entstanden.
© Janine Haueisen


Die Chromosomen von Zymoseptoria pseudotritici. Sie weisen eine mosaikähnliche Struktur aus variablen und konstanten Abschnitten auf. In den variablen Abschnitten unterscheiden sich die Individuen, dort können die Erbinformation beider Elternarten vorkommen. Die konstanten Regionen enthalten dagegen bei allen Individuen immer nur die Version eines der beiden Elternarten.
© MPI f. terrestrische Mikrobiologie

Die Folge können schwere Ernteeinbußen von bis zu 50 Prozent sein. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie in Marburg und der Aarhus Universität in Dänemark haben nun das Genom eines nahe Verwandten unter die Lupe genommen – Zymoseptoria pseudotritici – und sind dabei auf Erstaunliches gestoßen.

Der Pilz, der anders als sein weltweit aktiver Vetter bevorzugt Gräser im Iran angreift, ist offenbar erst vor einigen hundert Jahren durch die Fusion zweier unbekannter Elternarten entstanden. Die Ergebnisse der Forscher machen deutlich, dass durch natürliche Hybridbildung innerhalb kürzester Zeit völlig neue und erfolgreiche Schädlingsarten entstehen können.

Zeugen zwei verschiedene Arten erfolgreich Nachkommen, werden diese als Hybride bezeichnet. Während die Hybridbildung in freier Wildbahn unter Tieren eher eine Ausnahmeerscheinung von kurzer Dauer ist – vor allem weil die Nachkommen häufig weniger fit oder gar unfruchtbar sind – gehört die Artbildung durch Kreuzung bei Pflanzen und Pilzen sozusagen zum evolutionären Alltag. Was sich dabei aber auf der Ebene der Gene abspielt, war bislang kaum bekannt: Bei natürlich vorkommenden Hybridarten liegt die initiale Vermischung der Genome meist so weit zurück, dass sich im Erbgut kaum noch Spuren finden.

Das Team um Eva Holtgrewe Stukenbrock vom Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie hat nun erstmals das Genom einer sehr jungen hybriden Population untersucht, bei der die Hybridisierung im evolutionären Maßstab gerade erst stattgefunden hat. Die Forscher haben das Erbgut von fünf Individuen der aus dem Iran stammenden Pilzart Zymoseptoria pseudotritici entschlüsselt und miteinander verglichen. „Dabei sind wir auf ein ungewöhnliches Diversitätsmuster gestoßen“, sagt Eva Stukenbrock. „Im Erbgut fanden wir viele lange Abschnitte, die bei allen Individuen identisch waren. Dazwischen befanden sich aber regelmäßig Segmente mit hoher Variabilität.“

Diese variablen Bereiche ließen sich immer zwei verschiedenen sogenannten Haplogruppen zuordnen – ein Individuum wies entweder den einen oder den anderen Typ auf. Den Forschern war schnell klar: Das sind die Spuren einer natürlichen Hybridisierung in der Vergangenheit. In den variablen Genabschnitten hat sich offensichtlich bis heute das Erbgut beider „Elternarten“ innerhalb der Population erhalten, während in den identischen Bereichen jeweils nur die Erbinformation eines einzigen Elternteils übrig geblieben ist.

Doch damit nicht genug. Anhand der räumlichen Struktur der identischen und variablen Abschnitte, dem Grad der Ähnlichkeit sowie weiteren Eigenschaften der Erbinformationen konnten die Wissenschaftler die ganze Evolutionsgeschichte der jungen Pilzart rekonstruieren. „Die gesamte heutige Population stammt von zwei einzelnen Elternindividuen aus verschiedenen Arten ab, die sich nur einmal gekreuzt haben. Es hat definitiv keine Rückkreuzung zwischen den Elternarten und den Hybdriden gegeben“, erklärt Eva Stukenbrock. „Darüberhinaus können wir sagen, dass die Hybridbildung etwa 380 Generationen zurückliegt. Bei einer für diese Pilze typischen Vermehrungsrate von mindestens einem Mal bis etwa drei Mal pro Jahr, hat die Artbildung also vor etwa 200 Jahren stattgefunden.“

Unklar ist allerdings die Identität der beiden Stammeltern. „In unserer Probensammlung aus dem Iran konnten wir keine passenden Arten identifizieren. Das kann entweder schlicht und einfach daran liegen, dass unsere Proben nicht das ganze Spektrum der Schädlingsvielfalt abbilden, oder daran, dass die hybriden Nachkommen die Elternarten verdrängt haben“, sagt die Wissenschaftlerin. Und das scheint gar nicht so unwahrscheinlich zu sein: Gerade bei Pflanzen und Pilzen haben neu entstandene „Mischlinge“ oftmals neue Eigenschaften, die eine Besiedlung anderer Lebensräume möglich machen – oder sogar Konkurrenzvorteile gegenüber bereits etablierten Arten bieten.

Die Studie der Marburger zeigt, dass sich durch Hybridbildung neue und auch für die Landwirtschaft bedeutsame Pilze äußerst schnell entwickeln und erfolgreich ausbreiten können. „Diese rapide Evolution von Pflanzenschädlingen wird durch den Welthandel mit landwirtschaftlichen Produkten gefördert“, sagt Eva Stukenbrock, „und zwar ganz einfach indem lokale Pilzarten, die zum Beispiel auf dem Weizen leben, mit eingeführten Spezies ungewollt zusammengebracht werden, die sich dann kreuzen können und neue Arten bilden.“

Ansprechpartner
Dr. Eva H. Stukenbrock
Abteilung „Fungal Biodiversity“
Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie
Telefon: +49 64 2117-8630
Email: eva.stukenbrock@­mpi-marburg.mpg.de
Dr. Astrid Brandis-Heep
Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie
Telefon: +49 6421 28-21528
Fax: +49 6421 28-28979
Email: brandish@­mpi-marburg.mpg.de

Originalpublikation
Eva Holtgrewe Stukenbrock, Freddy Bugge Christiansen, Troels Toftebjerg Hansen, Julien Yann Dutheil, Mikkel Heide Schierup
Fusion of two divergent fungal individuals led to the recent emergence of a unique widespread pathogen species.

PNAS Early Edition 18.09.2012

Dr. Eva H. Stukenbrock | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de
http://www.mpg.de/5877645/verschmelzung_pflanzenschaedling

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Zirkuläre RNA wird in Proteine übersetzt
24.03.2017 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

nachricht Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen
24.03.2017 | Universität Bayreuth

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: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise