Südafrikanisches Käfer-Gänseblümchen, Gorteria diffusa, fasziniert Wissenschaftler seit langem mit seiner einzigartigen Blütenblattstruktur, die einer weiblichen Fliege ähnelt und männliche Fliegen dazu verleitet, die Pflanze zu bestäuben. Eine aktuelle Studie von Roman Kellenberger und Kollegen, veröffentlicht in Current Biologyenthüllt der faszinierende Mechanismus hinter dieser dreidimensionalen Täuschung, das vorhandene Gene umfunktioniert, um eine äußerst überzeugende Imitation zu schaffen.
Forscher entdeckten drei Gensätze in den Blütenblättern des Gänseblümchens, die für die Konstruktion der künstlichen Fliege verantwortlich sind, die alle bereits anderen Funktionen innerhalb der Pflanze dienen. Der erste Satz verwaltet die Eisenverteilung, der zweite fördert das Wurzelhaarwachstum und der dritte reguliert die Blütenproduktion. Das Gänseblümchen erreicht seine bemerkenswerte Täuschung, indem es diese Gensets auf neuartige Weise nutzt.
Die eisenbewegenden Gene verändern die Pigmentierung des Blütenblatts und wandeln den natürlichen rötlich-violetten Farbton in ein fliegenderes Blaugrün um. Wurzelhaar-Gene bewirken, dass sich die Haare auf dem Blütenblatt ausdehnen und eine Textur erzeugen, während das dritte Genset dafür sorgt, dass die falschen Fliegen an zufälligen Positionen auf den Blütenblättern erscheinen.
„Dieses Gänseblümchen hat kein neues „Mach-eine-Fliege“-Gen entwickelt. Stattdessen hat es etwas noch Klügeres getan – es hat vorhandene Gene zusammengebracht, die bereits andere Dinge in verschiedenen Teilen der Pflanze tun, um einen komplizierten Fleck auf den Blütenblättern zu machen, der männliche Fliegen täuscht“, sagte Professor Beverley Glover, leitender Autor der Studie. in einer Pressemitteilung.
Eine Fliege landet auf Gorteria diffusa, für ein Date mit Enttäuschung.
Diese Taktik bietet einen evolutionären Vorteil und lockt mehr Bestäuber zum Gänseblümchen, was in seinem rauen Wüstenlebensraum in Südafrika von entscheidender Bedeutung ist. Die kurze Regenzeit lässt den Pflanzen ein kleines Fenster, in dem sie blühen, bestäubt werden und Samen bilden können, bevor sie sterben, was den Wettbewerb um Bestäuber hart macht. Die Blütenblätter mit falschen Damenfliegen lassen das südafrikanische Gänseblümchen aus der Masse herausstechen.
Das sexuell betrügerische Gänseblümchen und seine Pflanzengruppe sind evolutionär gesehen relativ jung und werden auf ein Alter von 1.5 bis 2 Millionen Jahren geschätzt. Das schnelle Erscheinen der falschen Fliegenflecken auf den Blütenblättern zeigt die bemerkenswerte Anpassungsfähigkeit des Gänseblümchens.
„Man würde erwarten, dass die Entwicklung eines so komplexen Gebildes wie einer künstlichen Fliege lange dauern würde und viele Gene und Mutationen involviert wären. Doch durch die Kombination dreier bestehender Gensätze ging es tatsächlich viel schneller“, sagte Dr. Roman Kellenberger, Erstautor der Studie.
Um zu ihren Schlussfolgerungen zu gelangen, verglichen die Forscher die in Blütenblättern aktivierten Gene mit und ohne die künstlichen Fliegen derselben Gänseblümchenart. Sie analysierten auch einen anderen Gänseblümchentyp, der ein einfaches Fleckenmuster aufwies, was ihnen half, die Gene zu identifizieren, die speziell an der Entstehung der komplizierten Flecken beteiligt sind Gorteria diffusa's Blütenblätter.
Dieses südafrikanische Gänseblümchen ist die einzige bekannte Blume, die mehrere falsche Fliegen auf ihren Blütenblättern produziert. Andere Gänseblümchen derselben Familie weisen einfachere Fleckenmuster auf, wie Ringe um die Blütenblätter, die für echte Fliegen weniger überzeugend sind. Durch den Vergleich verschiedener Gänseblümchen innerhalb des Stammbaums konnten die Forscher die Reihenfolge bestimmen, in der sich die gefälschten Fliegen entwickelten: Zuerst kam die Farbänderung, dann die zufällige Positionierung und schließlich die Textur.
„Es ist fast so, als ob sich in kürzester Zeit ein völlig neues Organ entwickelt hätte. Männliche Fliegen verweilen nicht lange auf Blüten mit einfachen Punkten, aber sie sind von diesen falschen Fliegen so überzeugt, dass sie zusätzliche Zeit mit dem Paarungsversuch verbringen und mehr Pollen auf die Blüte abreiben – und so zur Bestäubung beitragen“, sagte Kellenberger.
In ihrem Artikel kommen Kellenberger und Kollegen zu dem Schluss:
Unsere Studie weist mehrere Richtungen für weitere Untersuchungen der zugrunde liegenden evolutionären Entwicklungsprozesse auf. Erstens könnten gewebespezifische Genexpressions- und Proteininteraktionsstudien weitere Elemente der genetischen Wege aufdecken, die der Blütenblattfleckenbildung zugrunde liegen. Zweitens transgene Manipulation von G. diffusa Dies ermöglicht die funktionelle Überprüfung der kooptierten genetischen Elemente. Drittens können Genomvergleiche zwischen Morphotypen und ihren Hybriden die evolutionäre Entwicklung der pflanzlichen sexuellen Täuschung weiter aufklären. Insgesamt können diese Analysen zu einem besseren Verständnis der Genkooption im Allgemeinen beitragen, einschließlich ihrer genetischen Initiierung, Feinabstimmung und möglicher pleiotroper Effekte. (Kellenberger) et al. 2023
Die Ergebnisse liefern wertvolle Einblicke in die außergewöhnliche Anpassungsfähigkeit der Pflanzen und ihre Fähigkeit, bestehende genetische Mechanismen für neue Funktionen umzufunktionieren, und veranschaulichen die bemerkenswerte Widerstandsfähigkeit und den Einfallsreichtum der Natur.
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Kellenberger, RT, Ponraj, U., Delahaie, B., Fattorini, R., Balk, J., Lopez-Gomollon, S., Müller, KH, Ellis, AG und Glover, BJ (2023) „Mehrere Genkooptionen liegen der schnellen Evolution von sexuell betrügerischen Blüten zugrunde Gorteria diffusa" Aktuelle Biologie: CB, 0(0). Verfügbar um: https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.03.003.
