Die meisten Landpflanzen leben in einer mutualistischen Beziehung mit arbuskulären Mykorrhizapilzen. In dieser freundschaftlichen Symbiose versorgen Pflanzen Pilze durch Photosynthese mit Kohlenstoff, und Pilze liefern Pflanzen Mineralstoffe wie Stickstoff, Phosphor und Kalium. Es handelt sich um eine uralte Interaktion, die der Evolution von Wurzeln und Blüten bei Pflanzen vorausgeht. Bei fleischfressenden Pflanzen ist sie jedoch nicht zu beobachten. Diese sind dafür bekannt, dass sie ihre spezialisierten Blätter nutzen, um Arthropoden zu fangen, zu töten und zu verdauen und so an Mineralien zu gelangen.
Bis vor kurzem war man sich nicht sicher, ob fleischfressende Pflanzen zu arbuskulären Mykorrhiza-Interaktionen fähig sind. Nun wurde eine umfassende genetische Studie fleischfressender Pflanzen von Montero et al. im New Phytologist hat das gefunden Fleischfressende Pflanzen haben die Gene verloren, die sie als Wirt für Pilze brauchenDie fleischfressenden Pflanzenlinien haben diese Gene unabhängig voneinander verloren und dabei effektiv ein Mineralbeschaffungssystem gegen ein anderes ausgetauscht – ein Beispiel konvergenter Evolution.
„Um mögliche Zusammenhänge zwischen dem unabhängigen Verlust der AM-Symbiose (Arbuskuläre Mykorrhiza) und dem unabhängigen Zuwachs der pflanzlichen Karnivorie zu untersuchen, haben wir einen vergleichenden genomischen Ansatz verfolgt, um das Vorhandensein von symbiosebezogenen Genen in fleischfressenden Pflanzen aller Angiospermen zu erforschen“, schreiben Montero et al. „Zusätzlich haben wir dies mit Inokulationstests und mikroskopischen Untersuchungen kombiniert.“
Für ihre vergleichende Studie untersuchten Montero et al., welche Gene bei fleischfressenden Pflanzenarten aus verschiedenen evolutionären Gruppen häufig verloren gehen. Zu diesem Zweck erstellten sie einen Datensatz von 124 Genomen und 105 Transkriptomen aus fünf Pflanzenordnungen, die sowohl fleischfressende als auch nicht-fleischfressende Arten umfassen.
Montero et al. identifizierten 75 Symbiose-assoziierte Gene und untersuchten deren Vorhandensein oder Fehlen in allen Arten ihres Datensatzes. Sie fanden heraus, dass 14 der 16 untersuchten Gattungen fleischfressender Pflanzen die meisten Symbiose-Gene fehlten, wobei fleischfressende Pflanzen vom Typ Fliegenfänger roridula Gorgonien (Roridulaceae) und Brocchini Redukta (Bromeliaceae) sind Ausnahmen. R. gorgonias 89 % behielten und B. reducta 67 % der Symbiosegene.
Aber sind R. gorgonias und B. reducta fähig zur Symbiose mit ihren reduzierten Gensätzen? Montero et al. gingen dieser Frage mit Inokulationsstudien nach und fanden heraus, dass tatsächlich R. gorgonias können von Pilzarten besiedelt werden und sechs Wochen nach der Inokulation Arbuskeln in ihren Wurzeln entwickeln. Allerdings kann die Inokulation von B. reductamit zwei verschiedenen Pilzarten führte zu einer abweichenden Besiedlung. Extraradikale Hyphen und Hyphopodien entwickelten sich, aber die Arbuskeln waren verkümmert oder fehlten. Dies deutet darauf hin, dass der Verlust von Genen in B. reducta eliminiert seine Fähigkeit, erfolgreich an der arbuskulären Mykorrhiza-Symbiose teilzunehmen.
„Aufgrund dieser Genotyp-Phänotyp-Assoziation schließen wir, dass auch andere fleischfressende Linien mit ähnlich eingeschränkten Symbiose-Genrepertoires wahrscheinlich AM-inkompetent sind“, schreiben Montero et al.
Montero et al. kommen zu dem Schluss, dass sich arbuskuläre Mykorrhiza-Symbiose und Karnivorie gegenseitig ausschließen und dass der Verlust symbiosebezogener Gene einen wichtigen Beitrag zur konvergenten Evolution der Karnivorie in verschiedenen Pflanzenlinien leistet. Sie gehen von der Hypothese aus, dass sowohl Symbiose als auch Karnivorie energetisch aufwendig sind und sich daher im Laufe der Evolution nur ein System zur Mineralgewinnung erhalten bleibt.
Mit anderen Worten: Fleischfressende Pflanzen zeigen ihren alten Pilzfreunden die kalte Schulter.
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Montero, H., Freund, M. und Fukushima, K. (2025) „Konvergente Verluste der arbuskulären Mykorrhiza-Symbiose bei fleischfressenden Pflanzen“, New Phytologist, 248(4), S. 2040–2051. Verfügbar um: https://doi.org/10.1111/nph.70544
Titelbild: Brocchina reducta in Venezuela durch Steven Bodzin / iNaturalist. CC-BY
