Selbstbestäubung oder Selbstbefruchtung, ein Paarungssystem, bei dem sich eine Blüte selbst befruchtet, ist keine Seltenheit. Dennoch sind die Evolutionsgeschichte und die Dynamik hinter diesem faszinierenden Prozess weitgehend unbekannt. Dieses Rätsel bildet den Kern der von Han und Kollegen durchgeführten Forschung, die im „Annals of Botany'. Ihr Studium konzentrierte sich auf den wilden Strauch, Daphne kiusiana, endemisch in Ostasien. Es bietet Einblicke in die faszinierende Reise von der Auskreuzung, bei der eine Pflanze durch eine andere befruchtet wird, bis zur Selbstbefruchtung. Die Forschung entschlüsselt die subtilen genetischen und morphologischen Veränderungen, die sich seit über 100,000 Jahren still und leise entfalten.

Hans Team entdeckte, dass die Pflanzen in der östlichen Region des Daphne kiusiana Die Verbreitungsgebiete, zu denen Südostkorea und Kyushu in Japan gehören, weisen im Vergleich zu ihren Pendants in der westlichen Region (Südwestkorea) weniger und kleinere Blüten auf. Dieser Rückgang der Sichtbarkeit, gepaart mit der erhöhten Selfing-Rate und einem höheren Grad an Homozygotie – genetischer Ähnlichkeit innerhalb eines Individuums – sind Merkmale des sogenannten „Selfing-Syndroms“. Dies ist eine Verschiebung im Paarungssystem, die in der Evolution vieler Blütenpflanzen genau beobachtet wurde.

Das Interessante an dieser Studie ist, dass Han und Kollegen diese Verschiebung in zwei eng verwandten Pflanzenpopulationen untersuchen. In einem Kommentar Auf dem Papier sagen Zhang und Kollegen:

…[S]Studien zum Selfing-Syndrom haben sich bisher selten auf intraspezifische Populationsgruppen (Unterarten, Sorten usw.) mit gegensätzlichen Paarungssystemen, variablen Selfing-Raten und/oder Blütenmerkmalen konzentriert. In der Tat sollten sich intraspezifische Varianten besonders für die Untersuchung dieses Phänomens eignen, da sie wahrscheinlich Beispiele aktueller Divergenz darstellen und es einfacher machen, auf die Bevölkerungsdemographie und/oder (Paläo-)Umweltbedingungen (z. B. klimatische Bedingungen) zu schließen, unter denen sich das Paarungssystem ändert könnte passiert sein.

Zhang et al. 2023

Hans Team nutzte eine Reihe fortschrittlicher genetischer Analysen, um diese Geschichte aufzuklären. Sie verwendeten nukleare Mikrosatelliten – repetitive DNA-Sequenzen zur Messung der genetischen Diversität – und Chloroplasten-DNA für eine multiplexierte phylogenetische Markersequenzierung. Diese Techniken ermöglichten es ihnen, die unabhängige phylogeografische Geschichte der beiden Abstammungslinien zu verfolgen und die mit jeder Linie verbundenen Merkmale zu identifizieren.

Die Ergebnisse zeigten, dass die östliche Linie von Daphne kiusiana zeigte eine allmähliche Verringerung der effektiven Bevölkerungsgröße, obwohl keine Anzeichen eines schwerwiegenden Engpasses auftraten – ein Ereignis, das zu einem erheblichen Bevölkerungsrückgang führte. Dies stand im Gegensatz zur westlichen Abstammungslinie, die darauf hindeutete, dass die östlichen Pflanzen über einen langen Zeitraum hinweg selbstbestäubt waren. Die morphologischen Veränderungen der östlichen Linie, die durch kleinere und weniger Blüten gekennzeichnet sind, waren mit einer hohen Selbstbefruchtungsrate und erhöhter Homozygotie verbunden, bei der sowohl die mütterlichen als auch die väterlichen Kopien eines Gens gleich sind.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese mit der Selbstbefruchtung verbundenen morphologischen Veränderungen mindestens 100,000 Jahre zurückliegen und auf eine gerichtete Selektion für eine effiziente Selbstbestäubung zurückzuführen sind. Entgegen früheren Annahmen ist die Entwicklung des Selfing-Syndroms in Daphne kiusiana ist nicht stark mit einem schwerwiegenden Bevölkerungsengpass verbunden. Han und Kollegen stellen in ihrem Artikel fest:

Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Selfing-Linie in D. kiusiana wurde größtenteils durch eine allmähliche Richtungsauswahl hin zu geringeren Ebenen der Sichtbarkeit der Blüten und Herkogamie für eine effiziente Selbstbestäubung als Reaktion auf historische Umweltveränderungen vorangetrieben. Der mit morphologischen Veränderungen einhergehende Übergang zur Selbstsucht könnte durch starke Konkurrenzinteraktionen zwischen/innerhalb der Arten ausgelöst worden sein. Intrinsische Faktoren von D. kiusiana, wie seine lebensgeschichtlichen Merkmale und seine Nische in der ökologischen Sukzession, könnten ebenfalls wichtig für die Erleichterung seiner Entwicklung gewesen sein. Daher kann die Abstammungslinie oder Art des Selfing-Syndroms eine demografische Signatur einer allmählich verringerten effektiven Populationsgröße aufweisen, als Beweis für die Anpassung.

Haben et al. 2023

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Han, E.-K., Tamaki, I., Oh, S.-H., Park, J.-S., Cho, W.-B., Jin, D.-P., Kim, B.- Y., Yang, S., Son, DC, Choi, H.-J., Gantsetseg, A., Isagi, Y. und Lee, J.-H. (2023) „Genetische und demografische Signaturen, die die Entwicklung des Selfing-Syndroms begleiten Daphne kiusiana, ein immergrüner Strauch" Annals of Botany, 131(5), S. 751–767. Verfügbar um: https://doi.org/10.1093/aob/mcac142.