Pflanzenliebe kann eine knifflige Angelegenheit sein. Wenn es um die Fortpflanzung geht, gibt es einige Pflanzenarten, wie zum Beispiel die Nordamerikaner Arabidopsis lyrata, haben eine faszinierende Strategie namens Selbstinkompatibilität entwickelt, die sie an der Selbstbefruchtung hindert und so die genetische Vielfalt fördert. Aber in bestimmten Fällen, Diese Selbstunverträglichkeit kann zusammenbrechenDadurch kann sich die Pflanze selbst befruchten. Dieses botanische Rätsel stand im Mittelpunkt einer aktuellen Studie von Li und Kollegen, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Nature Communications veröffentlicht .
Die wichtigsten Erkenntnisse der Forschung drehen sich um die Rolle des sogenannten S-Locus. Traditionell wurde angenommen, dass Mutationen in den S-Locus-Genen, die für die Selbstpollenerkennung verantwortlich sind, zum Zusammenbruch der Selbstinkompatibilität führen könnten. Li und sein Team haben jedoch herausgefunden, dass im Fall von Sand Cress Arabidopsis lyrata, Bei S1S1-homozygoten S-Allelen, also Pflanzen, die von beiden Eltern das gleiche S1-Gen haben, ist dies nicht der Fall. Sie schlagen vielmehr vor, dass ein S1-spezifischer Modifikator, der nicht mit dem S-Locus verknüpft ist, für die Selbstkompatibilität verantwortlich sein könnte, die in bestimmten selbstbefruchtenden Populationen beobachtet wird.
Selbstinkompatibilität verhindert die Selbstbefruchtung bestimmter Pflanzen und fördert dadurch die genetische Vielfalt – ein Schlüsselfaktor für das Überleben unter unterschiedlichen Umweltbedingungen. nordamerikanisch Arabidopsis lyrata praktiziert normalerweise diese Strategie. Es wurden jedoch einige unabhängige Übergänge zu Selbstkompatibilität und Selbstsucht beobachtet, die mit spezifischen S-Allelen (S1 und S19) verbunden sind. Die Studie verbindet diese Selbstkompatibilität außerdem mit diesen spezifischen S-Allelen und stellt damit die traditionelle Ansicht des Zusammenbruchs der Selbstinkompatibilität aufgrund von S-Locus-Mutationen in Frage.
„Selbstbestäuber haben als invasive Arten ein erhöhtes Potenzial, sich selbst erhaltende Populationen außerhalb ihres natürlichen Verbreitungsgebiets zu etablieren, und können ohne Insektenbestäuber überleben.“ Daher ist ein besseres Verständnis der Mechanismen, die dazu führen können, dass aus Fremdbestäubern Selbstbestäuber werden, von hoher ökologischer Relevanz“, erklärt Marc Stift, Evolutionsökologe an der Universität Konstanz und einer der Studienautoren in einer Pressemitteilung.
Unter Verwendung einer einzigartigen Methode, die Kreuzungen zwischen selbstkompatiblen (SC) und selbstinkompatiblen (SI) Pflanzen umfasst, und einem weiteren Schwerpunkt auf Kreuzungen mit SC-Pflanzen aus den beiden häufigsten S-Locus-Hintergründen, die mit Selbstbefruchtung verbunden sind, S1 und S19, Li und Kollegen gelang es, starke Beweise für ihre Hypothese zu liefern. Ihre Methode beruhte auf der Bestimmung des Zuchtsystems von über 1,503 Nachkommen dieser Kreuzungen durch Berechnung eines SC-Index. Sie berechneten den Zuchterfolg durch Messung der Fruchtlänge. In ihrem Artikel schreiben Li und Kollegen:
Nach der Bestäubung verlängern sich die Früchte, um sich an die sich entwickelnden Samen anzupassen, und erreichen ihre endgültige Länge ein bis zwei Wochen nach der Bestäubung. Die Fruchtlänge ist ein guter Indikator für die Samenzahl. Da die Samenzahl daher erst mindestens vier Wochen nach der Bestäubung zuverlässig gezählt werden kann, verwendeten wir die Fruchtlänge nach zwei Wochen als Indikator für den Samenansatz, um einen höheren Durchsatz zu ermöglichen und das Screening von mehr Pflanzen zu ermöglichen.
Li et al. 2023
In ihren Ergebnissen stellten Li und Kollegen fest, dass Kreuzungen zwischen selbstkompatiblen und selbstinkompatiblen Pflanzen sowohl selbstkompatible als auch selbstinkompatible Nachkommen hervorbrachten, wobei die S-Allele des selbstinkompatiblen Partners entscheidend waren. In Fällen mit Beteiligung des S1-S-Allels stellten die Forscher fest, dass die Selbstkompatibilität nicht auf eine Mutation am S-Locus zurückgeführt werden konnte, sondern auf die Beteiligung eines nicht verknüpften S1-spezifischen Modifikators schließen lässt.
Mit anderen Worten: Die Selbsterkennungsgene waren irgendwie am Zusammenbruch der Selbstinkompatibilität bei der sich selbst ernährenden Sandkresse beteiligt, allerdings nicht über den gleichen Mechanismus, wie er von anderen Arten bekannt ist. Im Gegenteil: „Tatsächlich ergaben unsere Experimente Nachkommen mit identischen Selbsterkennungsgenen, von denen einige selbstinkompatibel und andere vollständig selbstfruchtbar waren“, sagt Yan Li, die die Kreuzungsexperimente für ihre Doktorarbeit in durchgeführt hat Konstanz. Dies liefert starke Beweise für den bisher unbewiesenen alternativen Mechanismus, an dem ein Modifikatorgen beteiligt ist.
„Jetzt müssen wir herausfinden, ob dieser Mechanismus nur bei Sandkresse auftritt oder ob er auch bei anderen Pflanzenarten zum Übergang vom Fremdbestäuber zum Selbstbestäuber geführt hat“, fügt Stift hinzu.
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Li, Y., Mamonova, E., Köhler, N., van Kleunen, M. und Stift, M. (2023) „Zusammenbruch der Selbstinkompatibilität aufgrund genetischer Interaktion zwischen einem bestimmten S-Allel und einem nicht verknüpften Modifikator" Nature Communications veröffentlicht , 14(1), p. 3420. Erhältlich unter: https://doi.org/10.1038/s41467-023-38802-0.
Titelbild: Arabidopsis lyrata Blumen. Bild: M. Stift
