Welchen Unterschied macht es, wenn Sie mehr Kopien Ihres Genoms haben, für die Form Ihres Körpers? Kali Mattingly und Stephen Hovick haben das untersucht wie Whole Genome Duplication (WGD) die Plastizität oder Wandelbarkeit einer Pflanze beeinflusst. Ihre Experimente mit der Modellanlage Arabidopsis thaliana zeigen, dass die einfache Vervielfältigung des Genoms die Pflanzenplastizität erhöhen kann.

A. thaliana ist die ideale Pflanze für diese Art von Experimenten, da sie ein kleines Genom hat, das gut untersucht wurde. Typischerweise ist es eine diploide Pflanze, was bedeutet, dass sie die Chromosomen hat, die die Gene paarweise enthalten. Die Duplikation des gesamten Genoms ändert dies, sodass die Pflanze mehr Kopien von Chromosomen hat und polyploid ist.

Wenn eine Pflanze mehr Kopien eines Genoms hat, kann sie auf mehr Versionen eines Gens zurückgreifen. Diese zusätzlichen Kopien können vorteilhaft sein, da sie es dem Polyploiden ermöglichen, Gebiete am Rande des Verbreitungsgebiets der Mutterpflanze auszubeuten. Es kann jedoch auch ein Nachteil sein. Eine plastischere Pflanze entspricht möglicherweise nicht einem engen optimalen Satz von Eigenschaften oder Phänotyp, den die diploide Pflanze hat.

Mattingly und Hovick entwickelten zwei autotetraploide Linien A. thaliana die sie neben verwandten diploiden Pflanzen beobachten konnten. „Die Verwendung synthetisierter Autotetraploide ermöglichte es uns, die Folgen von WGD allein zu untersuchen, unabhängig von anderen potenziell verwirrenden Prozessen, die auf natürliche Polyploide einwirken, wie Hybridisierung, Drift oder natürliche Selektion“, schreiben sie.

Sie unterzogen die Pflanzen mehreren Behandlungen, variierten Nährstoffe und Salz im Wachstumsmedium, um die Pflanzen unterschiedlichen Belastungen auszusetzen.

„Unter Verwendung synthetisierter Inzuchttaxa fanden wir heraus, dass Polyploide plastischer waren als ihre diploiden Vorfahren … für die wenigen Unterschiede, die zumindest geringfügig signifikant waren“, schreiben Mattingly und Hovick. „Obwohl unsere Studie auf zwei Genotypen und eine einzige Art beschränkt war, stützen unsere Ergebnisse die Hypothese, dass eine erhöhte Plastizität bei Polyploiden der Mechanismus ist, durch den die genomischen Auswirkungen von WGD zu ökologischen Konsequenzen führen: Beschleunigung der Anpassung (Baniaga et al., 2020), Verbesserung der Nischendifferenzierung (Laport et al., 2013) und Speziation anregen (Van de Peer et al., 2017). "

Die Ergebnisse zeigen, wie die Duplikation des gesamten Genoms als Mechanismus zur Steigerung der Pflanzendiversifizierung wirken kann.