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 Aus-Schalter für Nebenwirkungen
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Ein Fall von „Kiss and Tell“: Chromosomales Kissing wird fassbarer
22.06.2018 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

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: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

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

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

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