Die Aufnahme essenzieller Nährstoffe ist eine Aufgabe, die alle Pflanzen bewältigen müssen. Die meisten Pflanzen kommen damit bestens zurecht, indem sie Nährstoffe über ihre Wurzeln aus dem Boden oder dem Grundmaterial aufnehmen. Ein kleiner Teil der Pflanzenarten beschafft sich essenzielle Nährstoffe auf anderem Wege. Einer davon ist der teilweise oder vollständige Parasitismus anderer Pflanzenarten. Eine noch kleinere Anzahl von Pflanzenarten greift auf eine weitere extreme Methode zurück, um an essenzielle Nährstoffe zu gelangen – den Karnivorie. Karnivorie hat sich bei Pflanzen in verschiedenen Formen unabhängig voneinander mehrfach entwickelt. Karnivore Pflanzen kommen häufig in nährstoffarmen Umgebungen vor, was vermutlich ein wichtiger evolutionärer Faktor für die Entstehung dieser Nährstoffbeschaffungsstrategie war. Fortschritte in der DNA-Sequenzierungstechnologie und deren breitere Verfügbarkeit in den letzten Jahren haben dazu geführt, dass die Genome oder zumindest Entwürfe davon mehrerer karnivorer Pflanzenarten nun verfügbar sind. Der Zugang zu diesen Genomen wird es uns ermöglichen, auf bisher unmögliche Weise zu verstehen, wie Karnivorie bei Pflanzen auf genetischer Ebene entsteht und wie eng sie mit anderen Prozessen verwandt ist, die von einer größeren Vielfalt an Pflanzenarten durchgeführt werden. Ein internationales Konsortium von Autoren haben sich dies kürzlich in einem Open Access veröffentlichten Paper zunutze gemacht in Current Biology.

Die Autoren analysierten die Genome von drei Arten fleischfressender Pflanzen, die zu Droseraceae gehören, einer der größten Familien fleischfressender Pflanzen. Zwei der Arten, Dionea muscipula (Venusfliegenfalle) und aldrovanda vesiculosa, haben berührungsempfindliche Schnappfallen. Das andere, Drosera Spachtel, hat Tentakel-basierte Fallen. Die Autoren identifizieren mehrere Gruppen von Genen, die in den fleischfressenden Arten spezifisch erweitert sind. Dazu gehören Gruppen von Enzymen, die wahrscheinlich an der Beuteverdauung oder der Produktion von Metaboliten beteiligt sind, die an der Beuteanlockung beteiligt sind, sowie Gene im Zusammenhang mit dem Vesikeltransport (ein wichtiger Teil der Freisetzung von Verdauungskomponenten und der anschließenden Nährstoffaufnahme). Zusätzlich zur Erweiterung bestimmter Gengruppen stellen die Autoren fest, dass Fleischfresser mit dem Verlust von Geninhalten verbunden sind, die mit anderen Funktionen zusammenhängen. Ein solcher Verlust sind Gene, die mit der Wurzelfunktion verbunden sind, was vielleicht nicht überraschend ist, wenn fleischfressende Pflanzen die wurzelbasierte Nährstoffaufnahme zugunsten von Fleischfressern scheinbar gemieden haben.

Darauf aufbauend erstellten die Autoren ein Profil der Genexpression in verschiedenen Geweben einer der fleischfressenden Arten, Di. Muskeln, einschließlich in verschiedenen Teilen der fleischfressenden Strukturen. Interessanterweise ist die Expression einiger Gene, die normalerweise mit der Wurzelfunktion in Verbindung gebracht werden, stark in den Fallen von Di. Muskeln. Die Autoren stellen fest: „Diese Situation deutet stark darauf hin, dass Gene, die für die von der Beute stammende Nährstoffaufnahme in Di. Muskeln wurden aus der Wurzel rekrutiert, dem Organ, das mit der Erforschung und Absorption von Bodennährstoffen in nicht fleischfressenden Pflanzen befasst ist. Mit anderen Worten, während Di. Muskeln auf eine ziemlich ungewöhnliche Strategie zurückgegriffen hat, um Nährstoffe zu erhalten, hat sie möglicherweise Merkmale verwendet, die anderen Landpflanzen gemeinsam sind, um diese zu entwickeln. Zur Unterstützung finden die Autoren auch Gene, die im Rand von exprimiert werden Di. Muskeln Fallen, die denen ähneln, die in nicht fleischfressenden Pflanzen verwendet werden, um bestäubende Insekten anzulocken, was darauf hindeutet, dass mehrere Merkmale von Fleischfressern unter Verwendung bereits verfügbarer Gene aufgebaut wurden.

Es ist bereits bekannt, dass einige Gene, die am pflanzlichen Fleischfresser beteiligt sind, nicht konstitutiv exprimiert werden, sondern erst aktiviert werden, wenn Beute gefangen wurde. Dazu gehören zum Beispiel Gene, die Nährstofftransporter kodieren. Die Autoren untersuchten, wie solche Gene spezifisch aktiviert werden können, um Fleischfresser zu unterstützen, und stellten fest, dass diese Gene anscheinend Ziele bestimmter Arten von Transkriptionsfaktoren sind, die die Genaktivität steuern. Diese Transkriptionsfaktoren scheinen in den aktivierten Fallen spezifisch exprimiert zu werden Di. Muskeln und werden auch durch die Genome der beiden anderen fleischfressenden Pflanzenarten kodiert. Diese Transkriptionsfaktoren kommen auch in nicht-fleischfressenden Pflanzenarten vor und sind an Reaktionen auf Stress oder Angriff beteiligt. Dies deutet darauf hin, dass fleischfressende Pflanzen möglicherweise sowohl die eigentliche Maschinerie, die für Fleischfresser erforderlich ist, als auch Mechanismen zur Regulierung und Optimierung ihrer Verwendung aus anderen allgemeineren Prozessen umfunktioniert haben.

Die Autoren schlussfolgern: „Damit hätte den meisten Pflanzen der Weg zum Fleischfresser offen stehen können. Zur Erleichterung des Tierreichs haben sich nur wenige Auserwählte entlang dieser Route entwickelt und sind zu grünen Jägern geworden.' Vielleicht sollten wir alle dafür dankbar sein!

Titelbild von Scott Darbey/Wikimedia Commons