Tropaeolaceae-Blüten haben ein besonderes Merkmal – einen Nektarsporn, der durch die geschwollene Basis der Blütenröhre gebildet wird und nur auf einer Seite der Blüte wächst. Neue Forschungsergebnisse veröffentlicht in der Annals of Botany von Sebastián Martínez-Salazar und Kollegen enthüllten diese Duplikation des Gens TCP4 in der Abstammungslinie der Tropaeolaceae scheint es zu geben ermöglichte die Entstehung ihrer einzigartigen Nektarsporen.

Die in Süd- und Mittelamerika heimische Blütenpflanzenfamilie Tropaeolaceae zeichnet sich durch ihre farbenfrohen, trompetenförmigen Blüten aus. Aber was diese Blumen wirklich einzigartig macht, ist ihr Nektarsporn, ein langer, schlanker Fortsatz, der als Nahrungsquelle für Bestäuber dient. Dieser Nektarsporn entsteht durch späte Ausdehnung und Ausstülpung des verschmolzenen Basisbereichs des Perianalrohrs (Gewebe, das die Fortpflanzungsorgane umgibt). Einzigartig ist, dass sich der Sporn auf der dem Blütenstandsstängel zugewandten Seite der Röhre bildet, der sogenannten Adaxialseite. Die genetischen Mechanismen hinter der Entwicklung dieses Sporns sind jedoch noch unbekannt.

Das Forschungsteam untersuchte die Entwicklung dieser Sporne, indem es verfolgte, welche Gene während der Blütenbildung ein- und ausgeschaltet werden. Sie konzentrierten sich insbesondere auf Gene, von denen bekannt ist, dass sie Unterschiede zwischen der adaxialen und abaxialen Seite von Pflanzen kontrollieren, darunter TCP und KNOX Transkriptionsfaktoren, die das Wachstum regulieren. Sie verfolgten auch den Ausdruck des HISTONE H4 Gen, ein Marker für die Zellteilungsaktivität.

Interessanterweise entdeckten sie a TCP4 Homolog, das gleichzeitig mit der Sporninitiierung und -verlängerung wirkte. Noch merkwürdiger ist, dass es bei den Tropaeolaceae anscheinend zu einer Verdoppelung dieser Art gekommen ist TCP4 Gen früh in ihrer Evolutionsgeschichte, so dass sie zwei nahezu identische Kopien namens „ TCP4L1 und TCP4L2.

Vergleich der Aktivität dieser Kopien bei den Modellarten Tropaeolum longifoliumForscher fanden heraus, dass beide im Oberflächengewebe sich entwickelnder Blütenstände und junger Blütenknospen aktiv sind. Allerdings nur TCP4L2 zeigte eine eingeschränkte Expression auf der adaxialen Seite der Blütenröhre, was mit den ersten Anzeichen von Spornwachstum zusammenfiel.

Erst später TCP4L2 wurde im nektarproduzierenden Sporngewebe gefunden. Es scheint das TCP4L Aufgrund ihrer frühen Expression spielten Gene ursprünglich eine breite Rolle bei der epidermalen Entwicklung. Nach der Vervielfältigung wurde jedoch eine der Kopien (TCP4L2) übernahm die Rolle der Sporninitiierung und -förderung. In ihrer Arbeit schreiben Martínez-Salazar und Kollegen: „Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Genkopie TCP4L2 der Tropaeolaceae nach der Genduplikation eine Rolle bei der Sporninitiierung und der Nektarienentwicklung erworben haben könnte, was mit einem Neofunktionalisierungsereignis übereinstimmt.“

Ausweitung dieser Arbeit auf ihre Schwesterpflanzengruppe Akaniaceae, die sich ebenfalls vervielfältigte TCP4L unabhängig, aber ohne Sporen, wird dabei helfen, herauszufinden, wie sich dieses seltsame Merkmal entwickelt hat. Die Aufdeckung der genetischen Mechanismen, die einfache Blütenröhren in nektartragende Sporen verwandeln, könnte Einblicke in den Ursprung floraler Neuheiten liefern.

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Martínez-Salazar S., Kramer EM, González F. und Pabón-Mora N. (2023) „Räumlich-zeitliche Expression von Kandidatengenen für die Nektarspornentwicklung in Tropaeolum (Tropaeolaceae: Brassicales)" Annals of BotanyVerfügbar unter: https://doi.org/10.1093/aob/mcad164

Cover. Tropaeolum tuberosum. Bild: Teresa Grau Ros / Wikimedia Commons