Pflanzen, die wir für den menschlichen Gebrauch anbauen, wurden im Laufe der Zeit alle aus Wildarten domestiziert. Dabei selektieren wir Menschen nach Eigenschaften, die wir schätzen, wie zum Beispiel größere Früchte. Durch diese Selektion für unsere Zwecke verringern wir jedoch zwangsläufig die genetische Vielfalt der Nutzpflanzenarten im Vergleich zu ihren wilden Verwandten. Leider kann diese Verringerung auch Immungene der Pflanzen betreffen, wodurch die betroffene Nutzpflanze sich schlechter gegen Krankheiten wehren kann als ihre wilden Verwandten. Dies wirkt sich letztendlich negativ auf die Pflanzengesundheit und die landwirtschaftlichen Erträge aus.
Wissenschaftler sind daher sehr daran interessiert zu verstehen, wie sich die Domestizierung auf das Repertoire der pflanzlichen Immunrezeptoren auswirkt. Sie möchten das Wissen über Wildgene in Züchtungsprogrammen anwenden, um die Immunität von Nutzpflanzen zu stärken. Eine aktuelle Studie von Bourne et al., veröffentlicht in der Zeitschrift Genombiologie und Evolution hat verglichen die Immunitätsgene einer Vielzahl von Nutzpflanzen und ihrer wilden Verwandten um einen umfassenden Überblick darüber zu erhalten, wie sich die Domestizierung auf die Immunität von Nutzpflanzen auswirkt.
„Wir haben die Genrepertoires der Immunrezeptoren von 15 domestizierten Nutzpflanzenarten und ihren wilden Verwandten analysiert, die neun Pflanzenfamilien repräsentieren“, schreiben Bourne et al.
Die Ergebnisse zeigen, dass fünf Nutzpflanzen – Trauben, Mandarinen, Reis, Gerste und Senfkörner – im Vergleich zu ihren wilden Verwandten ein reduziertes Repertoire an Immunrezeptorgenen aufweisen. Die Rate des Genverlusts der Immungene ist jedoch ähnlich hoch wie die Grundrate des Genverlusts aller Gene. Darüber hinaus besteht ein positiver Zusammenhang zwischen der Domestizierungsdauer und dem Verlust von Immungenen.
„Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass die Domestizierung einen subtilen, kumulativen Druck ausübt, der eher mit einer entspannten Selektion als mit einem starken Kosten-der-Resistenz-Effekt übereinstimmt“, schreiben Bourne et al., was bedeutet, dass Gene für die Immunantwort im Laufe der Zeit langsam verloren gehen.
Die Bourne-Studie untersuchte zwei verschiedene Arten von Immunrezeptor-Genen, die Krankheitserreger erkennen: Pathogenerkennungsrezeptoren (PRR), die sich auf der Zelloberfläche befinden, und die Nukleotid-bindenden Leucin-reichen Wiederholungsrezeptoren (NLR), die sich im Zellinneren befinden. Bourne et al. fanden keine signifikanten Unterschiede bei den PRRs, aber die NLRs von Trauben (Vitis Vinifera subsp. Vinifera [Vitaceae]) und Mandarine (Citrus reticulata [Rutaceae]) zeigten im Vergleich zu ihren wilden Gegenstücken signifikante Reduktionen. Betrachtet man das gesamte Repertoire an Immunrezeptorgenen, so zeigt Reis (oryza sativa [Poaceae]), Gerste (Hordeum vulgare [Poaceae]) und Gelbsenf (Brassica-Rapa var. gelber Sarson [Brassicaceae]) wurden ebenfalls deutlich reduziert.
Bourne et al. berechneten dann die Rate des Genverlusts bei den Immunrezeptorgenen im Verhältnis zu den genomweiten Verlusten bei den Nutzpflanzen im Vergleich zu ihren Wildarten. Es wurden keine Unterschiede festgestellt.
Abschließend wurden mögliche erklärende Variablen statistisch getestet, um festzustellen, ob sie den Genverlust erklären könnten. Bourne et al. fanden heraus, dass die Zeit seit der Domestizierung eine signifikante positive Korrelation mit dem Verlust von Immunrezeptorgenen aufweist. Andere Faktoren hatten keinen Einfluss.
Bourne et al. kommen daher zu dem Schluss, dass „die Tatsache, dass viele Nutzpflanzen nicht betroffen sind, darauf schließen lässt, dass die repertoireweite Selektion gegen Immunrezeptorgene schwach ist, was der Hypothese der ‚Kosten der Resistenz‘ widerspricht“, die besagt, dass Pflanzen immunbezogene Gene verlieren könnten, weil ihr Stoffwechsel kostspielig ist (d. h. ihr Erhalt viel Energie erfordert), wenn der Mensch auf eine erhöhte Biomasse (z. B. größere Samen, Früchte, Blätter, Stängel usw.) selektiert.
„Bemerkenswerterweise besteht trotz der uneinheitlichen Geschichte der Nutzpflanzendomestikation ein bemerkenswerter Trend: die positive Korrelation zwischen dem Verlust von Immunrezeptorgenen und der Zeit seit der Domestikation“, schreiben Bourne et al. „Unsere Ergebnisse liefern neue Erkenntnisse über die Auswirkungen der Domestikation auf die Pflanzenimmunität und haben Auswirkungen auf die Verbesserung der Nutzpflanzenresistenz durch Züchtungsstrategien.“
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Bourne, N., Walker-Hale, N., Dunning, L. und Chomicki, G. (2025) „Domestizierung reduziert das Repertoire pflanzlicher Immunrezeptorgene über alle Linien hinweg“, Genombiologie und Evolution, 17(8). Verfügbar unter: https://doi.org/10.1093/gbe/evaf147 (FREI)
Titelbild: Vitis Vinifera ssp. Vinifera by Petzenbär / iNaturalist, CC-BY-NC
