Pflanzen passen sich ihren Standortbedingungen an. Was also hindert Pflanzen, die über ein breites geografisches Gebiet verteilt sind, an der Spezialisierung? Eine Studie von Keep und Kollegen nimmt das Genom von ganz genau unter die Lupe Lolium perenne. Die Wissenschaftler untersuchten Abschnitte des Genoms, die mit adaptiven Merkmalen in Verbindung stehen. Das haben sie gefunden Die zeitliche und räumliche Variabilität des Klimas hielt den Genpool in Bewegung, um die genetische Vielfalt zu erhalten. Die Ergebnisse schlagen Wege vor, um die Anpassung an lokale Umgebungen weiter zu lenken, wenn sich das Klima ändert.
Du hast es wahrscheinlich gesehen Lolium perenne, Deutsches Weidelgras, auch wenn Sie noch nie davon gehört haben. In diesem Sommer können Sie es sicherlich sehen, da es das Gras ist, das im Wimbledon Tennis Club für die Plätze verwendet wird. Es ist auch eine beliebte Wahl für die Fütterung von Weidetieren. Aber Gras ist nicht gleich Gras. Die Entwicklung eines besseren Weidelgrases kann das Tierwachstum verbessern, daher ist es sinnvoll, es zu untersuchen. L. perenne hat sich als so beliebt erwiesen, dass sie regelmäßig außerhalb ihres Heimatgebiets in Südeuropa, Nordafrika und Zentralasien angebaut wird. Was erlaubt L. perenne sich an so viele Umgebungen anzupassen?
In allen Pflanzen enthält die DNA die Anweisungen für diese Anpassungen als Gene. Es kann verschiedene Varianten desselben Gens geben. Zum Beispiel könnte das „Klingenlängen-Gen“ in „langen“ und „kurzen“ Varianten vorkommen. Dasselbe könnte für die Wurzeltiefe und so weiter gelten. In Wirklichkeit könnte die Kombination einiger Faktoren die Klingenlänge bestimmen und nicht nur ein Gen. Anstatt jedes Gen zu identifizieren, ermöglicht die Suche nach QTLs die direkte Verfolgung von Unterschieden im Genom.
Ein QTL ist ein quantitativer Merkmals-Lokus. Dies ist ein Patch des Genoms, der bekanntermaßen variiert, wobei einige Variationen einen Effekt hervorrufen und einige einen anderen. Die Untersuchung der QTLs ermöglicht es Botanikern, sich auf die Teile des Genoms zu konzentrieren, die für ihre Forschung wichtig sind. Sie können die Regionen des Genoms ignorieren, die Merkmale der Pflanze steuern, an denen sie nicht interessiert sind.
Keep und Kollegen einigten sich auf sieben adaptive Merkmale im Zusammenhang mit der reproduktiven Phänologie und der Saisonabhängigkeit des Wachstums des vegetativen Potenzials. Sie untersuchten die QTLs für diese Merkmale von Populationen in Spanien und Irland im Westen bis zur Türkei und Estland im Osten. Sie suchten jedoch nicht nur nach Unterschieden in den QTLs zwischen den Standorten. Sie betrachteten auch die Vielfalt von QTLs innerhalb von Standorten.
„Der bedeutendste Prädiktor für die merkmalsbezogene Diversität innerhalb der Population (HeA) war ein mittlerer Klimaindikator für drei Merkmale (Nachwirkungsrichtung, Überdachungshöhe im Sommer, jährlich kumulierte Überdachungshöhe), während es ein Indikator für die Klimavariabilität für die vier verbleibenden Merkmale war ( Vortriebsdatum, Vortrieb im ersten Jahr, Frühjahrskronenhöhe, Winterwachstumswert)“, schreiben die Autoren.
An keinem Standort wird das Klima konstant sein. Es wird mit den Jahreszeiten und auch zufällig von einem Jahr zum nächsten variieren. Mit dem Klimawandel wird es auch zu einer langfristigen Drift der Temperaturen kommen. Es wird also an keinem Standort einen idealen Zustand geben, den die Pflanzen anstreben können. „Dies kann erklären, warum ein Klimavariabilitätsindikator für einige der untersuchten mutmaßlich adaptiven Merkmale (Kursdatum, Kurs im ersten Jahr, Frühjahrskronenhöhe, Winterwachstumswert) der signifikanteste Prädiktor für die mit Merkmalen innerhalb der Bevölkerung verbundene Diversität war und es auch war einer seiner signifikanten Prädiktoren für die drei anderen Merkmale (Nachwirkungsrichtung, Überdachungshöhe im Sommer, jährlich kumulierte Überdachungshöhe)“, schreiben Keep und Kollegen.
Das Team fand eine relativ hohe genetische Vielfalt in Südeuropa, L. perenne's Heimatgebiet. Die Botaniker argumentieren, dass dies die Region ist, in der das Gras den größten Klimaschwankungen ausgesetzt gewesen sein wird, weil es hier am längsten gelebt hat. Infolgedessen hat das Gras hier den größten Nutzen für verschiedene QTLs gefunden, um mit dem Wetter fertig zu werden.
Die Autoren argumentieren, dass sich diese Fähigkeit, auf die Vielfalt im Genpool zurückzugreifen, verbessern wird L. perenne's zukünftige Anpassung. „Lokale natürliche Populationen von Graslandarten sind durch den Klimawandel bedroht und müssen sich wahrscheinlich schnell weiterentwickeln, um an ihre Umwelt angepasst zu bleiben“, schreiben sie. „Die Fähigkeit einer Graslandartenpopulation, sich an das sich ändernde Klima anzupassen, kann insbesondere von der Höhe der vergangenen stochastischen lokalen Klimavariabilität zwischen den Jahren abhängen.“
