Ein wichtiges Stück im evolutionären Pflanzenpuzzle

Eine internationale Forschergruppe um Dr. Jo Ann Banks von der Purdue University, USA, hat das vollständige Genom eines Moosfarns (Selaginella moellendorffii) entschlüsselt und damit einen großen Fortschritt bei der Charakterisierung von Gefäßpflanzen erzielt.

Mit Dr. Stefan Rensing und Andreas Zimmer waren zwei Forscher von der Fakultät für Biologie der Universität Freiburg beteiligt. Sie steuerten die Klassifizierung und phylogenetische Analyse der codierten Transkriptionsfaktoren sowie die Überprüfung potentieller genomischer Verunreinigungen bei. Ihre Ergebnisse werden in der aktuellen Online-Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Science veröffentlicht.

Dieses vom Joint Genome Institute des U.S. Department of Energy sequenzierte Genom wird Aufschlüsse über die evolutionäre Entwicklung der unterschiedlichsten Pflanzenarten in den vergangenen 500 Millionen Jahren ermöglichen. Banks, eine Professorin für Botanik und Pflanzenpathologie, führte eine Gruppe von circa 100 Wissenschaftlern aus elf Ländern an, um das Genom dieses Bärlappgewächses zu sequenzieren. Es existieren nur noch drei Familien und etwa 1.000 Arten von Bärlappgewächsen. Selaginella gehört zu den ältesten lebenden Gefäßpflanzen. Sie ist ein echter Überlebenskünstler. Es gibt sie seit rund 200 Millionen Jahren.

Mit ungefähr 22.300 Genen ist das Selaginella-Genom relativ klein. Wissenschaftler haben auch entdeckt, dass Selaginella die einzige bekannte Pflanze ist, bei der keine Genomverdopplung detektierbar ist. Im Vergleich dieses Genoms mit anderen Genomen konnten die Forscher Gene identifizieren, die nur in Gefäßpflanzen oder nur in Blütenpflanzen vorhanden sind. Diese Gene spielten vermutlich eine wichtige Rolle in der frühen Evolution von Gefäßpflanzen beziehungsweise Blütenpflanzen. Bei vielen dieser Gene sind die Funktionen nicht bekannt, aber wahrscheinlich spielen diejenigen Gene, die nur in Blütenpflanzen vorhandenen sind, eine Rolle in der Entwicklung von Früchten und Samen, die für den Ackerbau wichtig sind.

Selaginella und Arabidopsis, eine in der Forschung häufig untersuchte Pflanze, verwenden verschiedene Gene, um die Erzeugung von so genannten sekundären Metaboliten zu steuern. Diese Moleküle zeichnen für die Erzeugung von Duftstoffen, für Funktionen in der Samenverteilung, für die Verteidigung gegen Pathogene und andere Aufgaben verantwortlich. Außerdem kommen sie in der Herstellung von Arzneimitteln zur Anwendung. Die metabolischen Gene entwickelten sich in Selaginella und in Blütenpflanzen unabhängig voneinander, so dass die von ihnen produzierten Metabolite mit hoher Wahrscheinlichkeit unterschiedlich ausfallen. Somit könnte Selaginella eine enorm wichtige Quelle für neue Arzneimittel darstellen.

Veröffentlichung:
Banks et al. (2011) The Compact Selaginella Genome Indentifies Changes in Gene Content Associated With the Evolution of Vascular Plants. Science May 5th
Kontakt:
Apl. Prof. Dr. Stefan A. Rensing
Fakultät für Biologie/Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: +49 761/203-6974
stefan.rensing@biologie.uni-freiburg.de