Phänomen in der Pflanzenwelt

Erstmals nachgewiesen: Eine Mutter, zwei Väter

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Dr. Dawit Tekleyohans (l.), Thomas Nakel und Prof. Dr. Rita Groß-Hardt haben ein seltenes Phänomen nachgewiesen: Pflanzen können drei Eltern haben.

Bremen - Von Viviane Reineking. Es ist ein wahrlich seltenes Phänomen, das Bremer Forscher jetzt nachgewiesen haben: Eine Arbeitsgruppe um die Molekularbiologin Rita Groß-Hardt konnte nach einer Mitteilung der Universität Bremen erstmals zeigen, dass Pflanzen drei Elternteile haben können: eine Mutter und zwei Väter.

Ziel aller tierischen und pflanzlichen Arten ist die Fortpflanzung. Um Nachkommen zu sichern, werden von männlicher Seite oftmals große Mengen an Spermazellen produziert. Diese Strategie erhöht zwar die Wahrscheinlichkeit für eine Befruchtung. Gleichzeitig berge sie aber auch die Gefahr, dass eine Eizelle mit mehr als einer Spermazelle verschmelze, so eine Sprecherin der Universität. Diesen Vorgang bezeichnen Wissenschaftler als Polyspermie. Bei Tieren und Menschen sei dieser Prozess in der Regel tödlich, heißt es.

Auch Pflanzen bilden Ei- und Spermazellen, um sich fortzupflanzen. Die Bremer Forscher um Groß-Hardt konnten nun nachweisen, dass die Polyspermie in Pflanzen nicht nur vorkommt, sondern auch zu überlebensfähigen Nachkommen führen kann. Diese können also drei Eltern haben: eine Mutter und zwei Väter, schreiben die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift „Nature Communications“.

Trick offenbart Phänomen

„In unserer Arbeit haben wir einen genetischen Trick verwendet, bei dem ein Gen zum Einsatz kommt, welches Pflanzen resistent macht gegen ein Herbizid – also ein Unkrautvernichtungsmittel“, beschreibt die Molekularbiologin das Vorgehen des Forscherteams, dem auch Thomas Nakel und Dr. Dawit Tekleyohans angehören. Groß-Hardt: „Wir haben dieses Gen in einen der Väter eingebracht. Zusätzlich haben wir ein Element, welches dieses Gen aktivieren kann, in einen zweiten Vater eingefügt.“ Eine dritte Pflanze (die Mutter) haben die Forscher dann mit Pollen – sie enthalten die Spermazellen – beider Väter bestäubt.

Verläuft die Befruchtung normal, verschmilzt nur die Spermazelle eines Vaters mit der Eizelle. In diesem Fall werde das Gen für die Widerstandsfähigkeit der Pflanze gegen das Unkrautvernichtungsmittel entweder nicht vererbt oder es ist nicht aktiv. Eine Behandlung mit dem Herbizid überleben die Nachkommen also nicht. Verschmilzt dagegen eine Eizelle mit den Spermazellen beider Väter, sind die Pflanzennachkommen gegen das Mittel resistent. Durch dieses Verfahren konnten die Wissenschaftler mehr als 120.000 Keimlinge bezüglich ihrer Herkunft und Entstehung untersuchen und auf diese Weise triparentale Nachkommen ausmachen: Sieben Pflanzen hatten Groß-Hardt zufolge drei Eltern.

Die Drei-Eltern-Kreuzungen könnten als neuartiges Werkzeug für die Hybridisierung von Pflanzen ein großes Potenzial für die Pflanzenzüchtung haben, so die Uni-Sprecherin.

„Wichtige Rolle bei der pflanzlichen Evolution“

Zudem würden die Ergebnisse ein neues Licht auf den biologischen Entwicklungsprozess von Blütenpflanzen werfen, so Groß-Hardt. Die Zunahme an genetischen Kopien habe maßgeblich zur Evolution und Artenvielfalt von Blütenpflanzen beigetragen, so die Wissenschaftlerin.

Die Arbeiten des Forscherteams zeigten, „dass die Verschmelzung von einer Eizelle mit mehr als einer Spermazelle eine solche Zunahme an genetischen Kopien verursachen kann. Es erscheint daher wahrscheinlich, dass Polyspermie eine wichtige Rolle bei der pflanzlichen Evolution gespielt hat“.

Zum fachlichen Hintergrund: In der Natur bilden der Bremer Forscherin zufolge vor allem solche Pflanzen gemeinsam Nachkommen, die gleich viele Chromosomen haben. „Das sind bei der von uns untersuchten ,Ackerschmalwand’ zehn, wobei fünf von der Mutter und fünf vom Vater kommen.“ Die von den Bremer Molekularbiologen entdeckten Drei-Eltern-Pflanzen haben entsprechend 15 Chromosomen (fünf von der Mutter, fünf von Vater Nummer eins und fünf von Vater Nummer zwei).

Eine Kreuzung von Pflanzen mit unterschiedlicher Chromosomenzahl beeinträchtige in der Regel die Fruchtbarkeit, so Groß-Hardt. Das bedeute, dass die Drei-ElternPflanzen sich erfolgreicher durch Selbstbestäubung als durch Kreuzung mit anderen Pflanzen weiterentwickelten. Diese Drei-Eltern-Pflanzen sind der Wissenschaftlerin zufolge also durch die Reproduktion isoliert. Neu entstehende Eigenschaften werden nicht mehr mit denen anderer Pflanzen gemischt. „Auf diese Weise können die Pflanzen Eigenschaften entwickeln, welche die Ursprungslinie nicht aufwies. Es entstehen neue Arten.“

www.uni-bremen.de/molgen.html

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