UV-B-Strahlung ist nicht nur für uns gefährlich, sondern durch ihre schädlichen Auswirkungen auf die Photosynthesemaschinerie und die DNA auch eine Bedrohung für Pflanzen, die in einer Vielzahl von Umgebungen wachsen. Während wir UV-B entkommen können, indem wir uns einfach aus dem Sonnenlicht entfernen, haben Pflanzen kein solches Glück und müssen sich mit allem auseinandersetzen, was sie in ihrer Umgebung trifft. Eine der Methoden, die Pflanzen bekanntermaßen anwenden, um Schäden durch UV-B-Strahlung zu reduzieren, ist die Produktion von UV-absorbierenden Molekülen wie Flavonoiden. Eine weitere Strategie, die Pflanzen zum Schutz vor den schädlichen Auswirkungen von UV-B anwenden können, ist die Endopolyploidie – bei der Genome ohne anschließende Zellteilung dupliziert werden, was zu Zellen mit einer höheren Anzahl von Chromosomen führt.

Arabidopsis Pflanzen mit erhöhter Fähigkeit zur Endopolyploidie sind widerstandsfähiger gegen UV-B. Diese und andere ähnliche Experimente wurden jedoch unter Laborbedingungen durchgeführt, und es ist wenig darüber bekannt, wie viel Endopolyploidie von einer größeren Vielfalt von Pflanzen in natürlichen Umgebungen zum Schutz vor UV-B verwendet werden kann. In ihrer jüngsten Veröffentlichung in Annals of Botany, František Zedek und Kollegen Untersuchung der Konzentration von UV-absorbierenden Substanzen und Endopolyploidieraten bei Pflanzenarten, die sowohl im schattigen Unterholz als auch auf offenen Waldlichtungen in der Tschechischen Republik natürlich wachsen.

Zedek und Kollegen fanden heraus, dass alle Arten beim Anbau auf Waldlichtungen eine erhöhte Konzentration an UV-absorbierenden Substanzen aufwiesen als beim Anbau im schattigen Unterholz. Auch ein Index für Endopolyploidie stieg bei einigen Pflanzen signifikant an, wenn sie einer höheren Sonneneinstrahlung ausgesetzt wurden, aber dies trat nicht bei allen Arten auf. Interessanterweise wurde diese Zunahme der Endopolyploidie nur bei Arten mit monozentrischen Chromosomen gefunden. Monozentrische Chromosomen können während der Zellteilung nur an einem Punkt an der Zellspindel anhaften, während holozentrische Chromosomen während der Zellteilung an beliebiger Stelle entlang ihrer Länge an der Zellspindel anhaften können. Mit anderen Worten, es ist wahrscheinlich viel schwieriger, sich einer Endopolyploidie zu unterziehen, wenn Ihre Chromosomen an jedem Punkt ihrer Länge an einer Spindel anhaften können, im Gegensatz zu nur einem Punkt. Bei Arten mit monozentrischen Chromosomen stieg der Index für Endopolyploidie mit der Anwesenheit von UV-absorbierenden Verbindungen signifikant an, nicht jedoch bei Arten mit holozentrischen Chromosomen.

Die große Frage, die dies aufwirft, ist, warum einige Pflanzenarten auf hohe UV-B-Spiegel mit Endopolyploidie reagieren. Zedek und Kollegen weisen auf frühere Arbeiten hin, die zeigen, dass die Zellgröße mit einer erhöhten Chromosomenzahl zunehmen kann, und schlagen vor, dass Endopolyploidie eine Möglichkeit sein könnte, das Wachstum unter Bedingungen aufrechtzuerhalten, von denen bekannt ist, dass sie das Wachstum stoppen. Obwohl alle untersuchten Pflanzenarten erhöhte Konzentrationen an UV-absorbierenden Substanzen aufwiesen, wenn sie in höherem Sonnenlicht wuchsen, war dieser Anstieg interessanterweise bei Arten mit holozentrischen Chromosomen geringer. Dies unterstützt frühere Arbeiten, die darauf hindeuten, dass Pflanzenarten mit holozentrischen Chromosomen im Allgemeinen weniger empfindlich gegenüber UV-B-Strahlung sind, obwohl der genaue Grund dafür unklar bleibt.

Zedek und Kollegen zeigen daher, dass Endopolyploidie als Reaktion auf erhöhte UV-B-Strahlung neben experimentellen Szenarien wahrscheinlich auch ein Phänomen ist, das in natürlichen Umgebungen vorkommt. Sie liefern auch weitere Unterstützung für die Annahme, dass Pflanzenarten mit holozentrischen Chromosomen irgendwie weniger empfindlich auf hohe UV-B-Strahlung reagieren. Interessanterweise passt dies gut zu der Hypothese, dass holozentrische Chromosomen der Algenvorfahren von Landpflanzen wichtig gewesen sein könnten, um der stärkeren UV-Strahlung zu widerstehen, der die frühesten Landpflanzen vermutlich ausgesetzt waren. Warum genau andere Pflanzenarten Endopolyploidie als mögliche Abwehr gegen UV-B-Strahlung nutzen, bleibt unklar, aber es wird interessant sein zu sehen, welche Erkenntnisse darüber in Zukunft entstehen und wie sie die Vielfalt der Umgebungen, in denen Pflanzen heute wachsen, in Beziehung setzen können.

Titelbild von Josef Reischig/Wikimedia Commons.