Pflanzengenome passen sich an Kimaänderungen an

Wenn sich die Umweltbedingungen ändern, haben Tiere eine einfache Strategie: Sie brechen auf und suchen nach neuen geeigneten Lebensräumen. Da Pflanzen das unmöglich ist, haben sie einen anderen Trick entwickelt, wie Forscher in Science berichten: Sie rüsten ihre Nachkommen für die anstehenden Umweltbedingungen, indem sie das passende Set Fitnessgene vererben.

Die Forscher hatten die Modellpflanze Arabidopsis thaliana an vier verschiedenen Standorten in Europa innerhalb ihres normalen Verbreitungsgebietes ausgepflanzt – in Deutschland, England, Finnland und Spanien. Die Auswahl sollte sowohl kaltes und warmes als auch kontinentales und maritimes Klima abdecken. An jedem Standort pflanzten die Forscher Pflanzen aus allen vier Regionen, um so den „Heimvorteil“ zu ermitteln. Für 75.000 Pflanzen wertete das Team aus, wie viele Früchte sie tragen.

Im Labor untersuchten die Forscher das Arabidopsis-Genom darauf, welche molekularen Mechanismen die Anpassungsfähigkeit an das Klima steuern. In einer genomweiten Assoziationsstudie fanden sie mehr als 213.000 mit Überleben und Fortpflanzung assoziierte SNPs, Punktmutationen, die sich innerhalb einer Art durchsetzen konnten. Dabei variierten die Muster der SNPs deutlich nach Region. Beispielsweise war eine Punktmutation im Gen SAG21 – beteiligt an der Trockentoleranz – in spanischen Pflanzen verbreitet, kam jedoch in finnischen Pflanzen kaum vor. Die finnischen Exemplare, die es dennoch trugen, entwickelten sich unterdurchschnittlich.

Damit konnten die Brown-Wissenschaftler erstmals zeigen, wie evolutionäre Anpassungen bei Arabidopsis auf einem geografischen Level funktionieren. Dass diese Anpassungen abhängig vom Klima sind, interpretieren die Autoren der Studie als gutes Zeichen: Demnach seien Pflanzen durchaus in der Lage, sich evolutionär in die eine oder die andere Richtung zu entwickeln und so dem Klimawandel zu begegnen.

Gedämpft wird diese Euphorie jedoch durch ein weiteres Paper der gleichen Science-Ausgabe: Darin zeigten Forscher, dass vor allem Gene, die an Photosynthese oder Energiestoffwechsel beteiligt sind, besonders häufig zu den Genen zählen, die von Klimaanpassungen betroffen sind. Entscheidend dabei war jedoch die Entdeckung, dass viele dieser evolutionären Veränderungen durch sogenannte „selective sweeps“ entstanden sind. Davon sprechen Genetiker, wenn eine Mutation aufgrund erheblicher Fitnessvorteile sich rasant in einer Population ausbreitet und dabei die genetische Variation drastisch verringert. Die Anpassungsfähigkeit einer Pflanze sei demnach stark an das Auftreten von „selective sweeps“ gebunden – und deren Häufigkeit möglicherweise zu begrenzt, um schnellen Klimaveränderungen zu begegnen.

Quelle:
A. Fournier-Level et al. (2011) A Map of Local Adaptation in Arabidopsis thaliana; Science Vol. 334 no. 6052 pp. 86-89; DOI: 10.1126/science.1209271

Angela M. Hancock et al. (2011) Adaptation to Climate Across the Arabidopsis thaliana Genome: Science:Vol. 334 no. 6052 pp. 83-86 DOI:10.1126/science.1209244

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Agrar- Forstwissenschaften

Weltweite, wissenschaftliche Einrichtungen forschen intensiv für eine zukunftsfähige Land- und Forstwirtschaft.

Der innovations-report bietet Ihnen hierzu interessante Berichte und Artikel, unter anderem zu den Themen: Bioenergie, Treibhausgasreduktion, Renaturierung und Landnutzungswandel, Tropenwälder, Klimaschäden, Waldsterben, Ernährungssicherung, neue Züchtungstechnologien und Anbausysteme, Bioökonomie, Wasserressourcen und Wasserwiederverwendung, Artenvielfalt, Pflanzenschutz, Herbizide und Pflanzenschädlinge, digitale Land- und Forstwirtschaft, Gentechnik, tiergerechte Haltungssysteme und ressourcenschonende Landwirtschaft.

Zurück zur Startseite

Kommentare (0)

Schreiben Sie einen Kommentar

Neueste Beiträge

Neues topologisches Metamaterial

… verstärkt Schallwellen exponentiell. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am niederländischen Forschungsinstitut AMOLF haben in einer internationalen Kollaboration ein neuartiges Metamaterial entwickelt, durch das sich Schallwellen auf völlig neue Art und Weise…

Astronomen entdecken starke Magnetfelder

… am Rand des zentralen schwarzen Lochs der Milchstraße. Ein neues Bild des Event Horizon Telescope (EHT) hat starke und geordnete Magnetfelder aufgespürt, die vom Rand des supermassereichen schwarzen Lochs…

Faktor für die Gehirnexpansion beim Menschen

Was unterscheidet uns Menschen von anderen Lebewesen? Der Schlüssel liegt im Neokortex, der äußeren Schicht des Gehirns. Diese Gehirnregion ermöglicht uns abstraktes Denken, Kunst und komplexe Sprache. Ein internationales Forschungsteam…

Partner & Förderer