Das Aussterben in der Kreidezeit und im Paläogen (K-Pg) ist berühmt für den Tod von drei Vierteln der Pflanzen- und Tierarten auf der Erde. Nun zeigen Forschungen von Zecca und Kollegen von der Universität Mailand-Bicocca, dass derselbe Asteroid, der die Dinosaurier auslöschte, auch zu dramatischen Veränderungen in der Familie der Trauben führte. Ihre Arbeit, veröffentlicht in der Annals of Botany, fanden Hinweise auf mehrere positive Selektionsereignisse in Traubenpflanzen-DNA.
Die von den Wissenschaftlern untersuchte DNA befand sich nicht im Zellkern der Pflanzenzelle, sondern in den Plastiden. Dies sind Organellen, wie Chloroplasten, die in Zellen leben, aber ihre eigene unverwechselbare DNA haben. Das Team untersuchte DNA von 91 verschiedenen Akzessionen und untersuchte 70 Kandidaten-Plastidengene. Das Forschungsteam fand heraus, dass einige Plastom-Gene, die mit Photosynthese, Selbstreplikation und Stoffwechsel zusammenhängen, möglicherweise einer positiven Selektion unterzogen wurden. Eines der interessantesten Gene in dieser Gruppe ist dasjenige, das für die große Untereinheit von Rubisco, einem Schlüsselenzym der Photosynthese, kodiert. Dieser Auswahlprozess hat möglicherweise die Leistung der Rubisco-Aktivität als Reaktion auf sich ändernde Umweltbedingungen verbessert.
Bei der Betrachtung des zeitlichen Ablaufs dieser Veränderungen fanden Zecca und Kollegen Hinweise auf Schritte in der Evolutionsrate. Viele dieser Veränderungen ereigneten sich vor 50 bis 20 Millionen Jahren, aber die erste Veränderung datiert auf vor 65 oder 64 Millionen Jahren. Diese Ära fällt mit der Zeit des Massensterbens am Ende der Kreidezeit zusammen.
„In den letzten 100 Millionen Jahren wurden Genome in großem Umfang durch Umweltstörungen geformt … Insbesondere scheinen alte Whole-Genome-Duplication (WGD)-Ereignisse mit dem Massensterben der Kreidezeit und des Paläogens (K/Pg) (66 Ma) in Verbindung zu stehen B. durch den Einschlag eines Asteroiden in Mexiko oder vulkanische Aktivität“, schreiben Zecca und Kollegen. „Obwohl das Massensterben von K/Pg nicht als Hauptursache für das Aussterben von Pflanzen gilt, könnte es die Evolution und Diversifizierung von Taxa beeinflusst haben … Staubwolken und Schwefelaerosole sollen die Sonneneinstrahlung verhindert und eine schnelle globale Abkühlung bewirkt haben sogenannten „Einschlagwinter“. Polyploidisierungsereignisse scheinen zur Anpassung mehrerer Pflanzen an veränderte Umgebungen beigetragen zu haben… Abgesehen von chromosomalen Duplikationen, die wichtige Hinweise für einen Anpassungsprozess zeigen…, könnten auch einzelne Gene durch Umweltstörungen beeinflusst und neu auftretende Mutationen selektiert worden sein .“
Nach dem Asteroideneinschlag im Chicxulub-Krater hätten die Pflanzen zweifellos Herausforderungen zu bewältigen gehabt. Die Verbesserung der Photosynthese würde den Arten einen Wettbewerbsvorteil verschaffen. Aber es hätte auch Chancen gegeben, Pflanzen könnten in frei gewordene evolutionäre Nischen vordringen. In diesem Umfeld diversifizierte sich die Familie der Vitaceae, was schließlich zur Entwicklung von Vitis vinifera führte, der Traube, die so viele Weine der Welt produziert.
Aber nicht nur am Esstisch wirken sich diese molekularen Veränderungen aus. Positive Selektionsereignisse haben Auswirkungen auf Botaniker, die versuchen, Evolutionsgeschichten von Arten zu erstellen, sagen Zecca und Kollegen. „Ein hohes Maß an positiver Selektion kann die Rekonstruktionsfähigkeit phylogenetischer Methoden und ihre Fähigkeit zur korrekten Schätzung von Divergenzzeiten zwischen Abstammungslinien beeinträchtigen. Normalerweise sollte die positive Selektion vorher getestet werden und positiv selektierte Marker sollten in phylogenetischen Studien vermieden werden. Wir empfehlen, bei der Verwendung von kodierender DNA zumindest Codons auszuschließen, die sich unter positiver Selektion entwickeln, um die Analyse zu verbessern. Unsere Arbeit bietet einen ersten Schritt in diese Richtung und liefert nützliche Informationen über positiv selektierte Plastidengene und Codons.“
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Zecca, G., Panzeri, D. und Grassi, F. (2022) „Erkennung von Signalen der adaptiven Evolution in Traubenplastomen mit Schwerpunkt auf dem Übergang von der Kreidezeit zum Paläogen (K/Pg)“ Annals of Botany. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1093/aob/mcac128
