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Beschleunigte Evolution von Fortpflanzungsgenen

„Gleich und gleich gesellt sich gerne“, besagt ein altes Sprichwort. Aber in der Pflanzenwelt stimmt das nicht immer. Züchter stellt das vor Probleme wenn sie nah verwandte Arten nicht miteinander kreuzen können. Prof. Dr. Karl Schmid, Inhaber des Lehrstuhls für Nutzpflanzenbiodiversität und Züchtungsinformatik an der Universität Hohenheim, möchte nun herausfinden, woran das liegt. Das Forschungsprojekt EVOREP, das dieser Frage auf den Grund gehen soll, wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit knapp 284.000 Euro gefördert. Damit gehört es zu den Schwergewichten der Forschung an der Universität Hohenheim.

Um die Antwort auf diese Frage zu finden, muss Prof. Dr. Schmid zunächst einmal diejenigen Gene ausmachen, die für die Fortpflanzung wichtig sind. Fündig wird der Wissenschaftler in den Fortpflanzungsorganen der Pflanze, also beispielsweise in den Staubblättern. In ihnen wird der Pollen gebildet.

Evolution auf der Überholspur
„In der Evolutionsgenetik gibt es eine Theorie, die besagt, dass die Evolution von Fortpflanzungsgenen schneller voranschreitet als bei anderen Genen“, sagt Prof. Dr. Schmid. „Diese These wollen wir überprüfen.“ Um der Turbo-Evolution auf die Schliche zu kommen, wollen Prof. Dr. Schmid und seine Kollegen die entsprechenden Gene sequenzieren, also deren DNA näher unter die Lupe nehmen. „Eine große Gen-Vielfalt zwischen Arten ist schon ein wichtiger Hinweis darauf, ob es eine beschleunigte Evolution gibt“, sagt Prof. Dr. Schmid. Je größer die Unterschiede sind, desto schneller schreitet die Evolution voran.

Ein Grund für eine beschleunigte Evolution ist die natürliche Selektion. Es kann einzelnen Arten Vorteile bringen, sich nicht mit nahen Verwandten zu kreuzen, indem die Befruchtung der Eizelle mit artfremden Pollen verhindert wird. Ein Beispiel: Eine Pflanze, die sich an ein warmes Klima angepasst hat, wird sich nicht mit einer verwandten Art kreuzen, die sich auf Standorte mit vorwiegend niedrigen Temperaturen spezialisiert hat. Ein gemeinsamer Nachkomme von beiden Arten wäre weder an den einen noch an den anderen Standort optimal angepasst.

Eine weitere Erklärung für die Evolution auf der Überholspur könnte der Geschlechterkampf sein. Dieser findet unter anderem nach der Befruchtung statt, wenn die wertvollen Ressourcen der Mutter auf die befruchteten Eizellen verteilt werden, um Samen zu bilden. Dabei gibt es einen Interessenkonflikt zwischen der Mutter und dem Vater über die Verteilung der Ressourcen. Es wird ein evolutionäres Wettrennen ausgetragen, bei dem sich entscheidet, ob sich die väterlichen oder mütterlichen Gene durchsetzen“, erklärt Prof. Dr. Schmid.

Trial and Error
Gene, die für die Fortpflanzung wichtig sind, will Prof. Dr. Schmid mit den Projektpartnern auf Herz und Nieren prüfen. Das tut er, indem ihre Funktion verändert wird. „Wir können zum Beispiel ein Gen mit dem entsprechenden Gen einer nahe verwandten Art austauschen und uns dann ansehen, welche Auswirkungen das auf die Reproduktion einer Pflanze hat. Dann wissen wir, ob es verhindert, dass sich verwandte Arten kreuzen.

Die Erkenntnisse, die Prof. Dr. Schmid bei seinen Untersuchungen gewinnt, werden grundlegende Einblicke in die Entstehung der Pflanzenvielfalt erlauben. Aber auch Pflanzenzüchter werden sich freuen, wenn dadurch zum Beispiel langfristig die Auskreuzung von gentechnisch veränderten Pflanzen auf benachbarte Pflanzen verhindert werden kann. (Uni Hohenheim)