Irgendwann in ihrem Leben stehen alle Pflanzenbiologen und Pflanzenliebhaber vor der gleichen unangenehmen und unangenehmen Frage: „Was ist deine Lieblingspflanze?„Obwohl ich darauf keine gute Antwort habe, wenn Sie fragen Dr. Jeanmaire Molina, sie wird nicht zögern und Ihnen sagen, dass ihre Lieblingspflanze auf der Welt ist Rafflesia. Und um fair zu sein, diese Pflanzen sind tatsächlich ziemlich faszinierend.

Rafflesia ist eine Gattung mit 41 Arten, die in den tropischen Wäldern Südostasiens von Thailand bis Zentralmalaysia heimisch sind. Diese Pflanzen – bekannt als Padma (Indonesisch und Malaiisch) oder Patma (Javanisch) in den Landessprachen – wecken aus mehreren Gründen die Neugier aller. Erstens halten sie den Rekord für die größten Blumen der Welt, wobei einige Arten Blüten mit einem Durchmesser von etwa einem Meter produzieren. Wenn das nicht auffällig genug wäre, diese Blumen geben Wärme ab und haben einen charakteristischen Geruch nach verwesendem Fleisch, der die Aasfliegen anzieht, die sie bestäuben. Zweitens gehören diese Pflanzen zu einer ausgewählten Gruppe von Pflanzen, zu denen nur 1 % der bekannten Blütenpflanzenarten gehören dazu: die parasitären Pflanzen. Obwohl es viele verschiedene Arten parasitärer Pflanzen gibt, Rafflesia ist bekannt als a HoloparasitDas bedeutet, dass sie ihre Nahrung nicht wie die meisten Pflanzen durch Photosynthese selbst herstellen. Stattdessen wird eine absorbierende Struktur namens verwendet Haustorium um den Pflanzen, die sie befallen, Wasser und Nährstoffe zu entziehen – was im Fall von Rafflesia, sind nur die Reben der Gattung Tetrastigma. Das dritte und wahrscheinlich eines der auffälligsten Merkmale ist Folgendes Rafflesia hat das Chloroplastengenom vollständig verloren, Es stellt sich die Frage, ob wir es überhaupt noch als Pflanze betrachten können.

So faszinierend sie auch sind, ist es keine Überraschung, dass diese Pflanzen in der Popkultur häufig vorkommen Vileplume von Pokémon bis Stranger Things‘ Demogorgon. Diese Pflanzen sind jedoch vom Aussterben bedroht 60 % der Arten dieser Gattung sind stark vom Aussterben bedroht aufgrund der Verschlechterung ihrer natürlichen Lebensräume. Aus diesem Grund wurden verschiedene Anstrengungen unternommen, um sie zu verbreiten, und hier begann die Herausforderung (und die damit verbundenen Kopfschmerzen).

Dr. Jeanmaire Molina stammt ursprünglich aus den Philippinen, dem Land mit mehr Rafflesia Arten (mindestens 13). Ihre erste Begegnung mit Rafflesia war während einer Exkursion nach Malaysia im Jahr 2004 im Rahmen ihres Graduiertenstudiums. In einem Interview mit Botany One bemerkte Molina, dass diese Liebe-auf-den-ersten-Blick-Begegnung, wie sie es beschrieb, den Weg für ihre Lebensaufgabe ebnete: die Biologie der Rafflesia-Arten zu verstehen und nach wirksamen Wegen zu suchen, sie zu vermehren. Diese Exkursion war der Beginn von Molinas Abenteuer, den „Panda der Pflanzenwelt“ zu erforschen, und natürlich auch auf der Suche nach Geldern für ihre Forschung – einschließlich einer Crowdfunding-Kampagne mit dem Titel „Wenn Lady Gaga eine Blume tragen könnte, wäre es Rafflesia“. Am Ende war es nicht Gaga, sondern die Botanischer Garten der Vereinigten Staaten, eine Bundesbehörde mit mehr als zwei Jahrhunderten Erfahrung im Pflanzenschutz, die Molinas Forschung finanzierte, um den „Panda der Pflanzenwelt“, wie sie ihn nannte, zu vermehren.

Bis heute der beste Weg, das zu verbreiten Rafflesia Die Art scheint sich zu vermehren Rafflesia-infiziert Tetrastigma auf einen nicht infizierten Wurzelstock – eine Technik, die in verwendet wurde Bogor Botanischer Garten (Bogor, Indonesien), um mehrere Blüten für ihre Live-Kollektionen zu produzieren. Im Gegensatz dazu waren Versuche, Rafflesia-Arten über Samen zu vermehren, insgesamt erfolglos. In einem früheren Studie Von Molina und ihren Kollegen vom United States Botanic Garden versuchten sie, die Keimung von zu induzieren R. speciosa Samen mit mehreren renommierten Wachstumsregulatoren, darunter Strigolactone, die bekanntermaßen die Keimung anderer parasitärer Pflanzen fördern. Unabhängig von der Verbindung oder der Konzentration keimt jedoch kein Samen. Dasselbe frustrierende Szenario wurde in mehreren anderen Artikeln von wiederholt verschiedene Forschungsgruppen, was Molina dazu veranlasste, sich mit der Biologie von zu befassen Rafflesia Samen, ein Interesse, das zu seiner jüngsten Arbeit führte, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Pflanzen, Menschen, Planeten. Und wenn ich „eintauchen“ sage, meine ich das wirklich so, denn diese Forschung war die erste, bei der das Transkriptom von erstellt und untersucht wurde Rafflesia Samen, also die in ihnen exprimierten Gene.

Molina und ihr Team werteten das Transkriptom von aus Rafflesia speciosa Samen mit denen von vier anderen Pflanzenarten: Arabidopsis, Striege, Cuscuta und Anoectochilus. Arabidopsis dient als Modellpflanzenart und ihre Gene wurden umfassend untersucht, was sie zu einer obligatorischen Referenz für fast jede molekularbiologische Studie macht. Andererseits, Striege und Cuscuta sind auch parasitäre Pflanzen ähnlich Rafflesia, und ihre Einbeziehung in die Studie könnte Aufschluss darüber geben, ob Rafflesia Samen wirken wie die anderer Parasiten. Endlich, Anoectochilus ist eine mykoheterotrop Orchidee, die während der Samenkeimung auf Mykorrhizapilze angewiesen ist. Die letztgenannte Art wurde in die Studie einbezogen, um die Möglichkeit abzuschätzen, dass dies der Fall ist Rafflesia ist für die Keimung auf Mikroorganismen angewiesen, was sich in seinen Genen widerspiegeln sollte.

Das haben die Ergebnisse dieser Arbeit gezeigt Rafflesia Samen exprimieren eine Reihe von Genen, die auch in den Samen parasitärer Pflanzen vorkommen. Diese Gene sind bekannt als „Kern parasitäre Gene” und hängen mit Prozessen zusammen, die allen parasitischen Pflanzen gemeinsam sind, Prozessen, die allen parasitischen Pflanzen gemeinsam sind, wie dem Abbau von Wirtsgeweben und der Bildung von Haustorien.

Dennoch waren die Autoren von einigen bemerkenswerten Abwesenheiten überrascht Rafflesia Transkriptom: D14 und Gene im Zusammenhang mit der Carotinoidsynthese. D14 ist ein Gen, das für die Orchestrierung der Keimung verantwortlich ist Striege Samen als Reaktion auf Strigolactone und die Hemmung der Carotinoidsynthese haben sich als Schlüsselfaktoren für die Keimung parasitärer Pflanzensamen erwiesen. Das Fehlen dieser Gene in der Rafflesia Das Transkriptom erklärt das Scheitern der Samenkeimung mit Techniken anderer parasitärer Pflanzen. Denken Sie daran, dass es Molina und seinem Team nicht gelang, Strigolactone zur Stimulation einzusetzen Rafflesia Keimung? Diese Studie zeigt, warum: Den Samen fehlen die Gene, um auf diese Verbindung zu reagieren! Ebenso haben Hemmer der Carotinoidsynthese die Keimung dieser Art nicht stimuliert, da sie diese Stoffe überhaupt nicht produziert. Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass der Stoffwechsel des „Pandas der Pflanzenwelt“ anders ist als erwartet und seine Vermehrung nicht mit der gleichen Logik wie bei anderen parasitären Pflanzen erfolgen kann.

Eine weitere bemerkenswerte Abwesenheit in der Rafflesia Das Samentranskriptom war RAM2, ein Gen, das mit der Mykorrhiza-Symbiose assoziiert ist Anoectochilius. Dieses Ergebnis legt dies nahe Rafflesia kann auf etwas anderes als diese Art der Interaktion mit Pilzen angewiesen sein, um Nährstoffe zu erhalten. Stattdessen die Rafflesia Das Transkriptom wies im Vergleich zu den anderen untersuchten Pflanzenarten einen höheren Anteil an Genen auf, die mit dem Fettsäurestoffwechsel in Zusammenhang stehen. Dieser Befund unterstreicht die Bedeutung des Fettsäureabbaus und -stoffwechsels Rafflesia Samenkeimung, insbesondere da diese Arten bekanntermaßen ölig sind Endospermen. Das Samentranskriptom von Rafflesia zeigte auch mehrere Gene, die mit der Bildung des Haustoriums verbunden sind, einer Struktur, die durch verschiedene von seinem Wirt produzierte Verbindungen stimuliert wird Tetrastigma. Als Ergebnis schlagen Molina und ihr Team Folgendes vor: „Es könnte sich in Zukunft lohnen, diese Verbindungen in Keimversuchen mit Rafflesia-Samen zu testen".

Insgesamt hat uns die Studie von Molina und ihrem Team dem Verständnis der Samenbiologie einen Schritt näher gebracht Rafflesia – ein Wissen, das verspricht, den Schlüssel für seine erfolgreiche Vermehrung und Erhaltung zu entschlüsseln. Hoffentlich zukünftige Studien in Rafflesia Die Keimung kann auf den Studien von Molinas Team aufbauen und sich (Daumen drücken!) eher über erfolgreiche Ergebnisse als über neue Kopfschmerzen freuen. Darüber hinaus hat das Team große Ambitionen:

"Wir glauben, dass Rafflesia über ein erhebliches ungenutztes Engagement-Potenzial verfügt. Wir hoffen, dass diese Samentranskriptomstudie uns einer Realität näher bringt, in der Botanische Gärten auf der ganzen Welt Rafflesia zum Schutz anbauen und gleichzeitig das öffentliche Bewusstsein und die Wertschätzung für ein evolutionäres Wunderwerk stärken."

Die Partnerschaft zwischen Molina, dem United States Botanic Garden und neuen Kollegen von den Philippinen führt bereits neue Exkursionen und mehrere neue Vermehrungsversuche durch. Wir hoffen, dass ihre Forschung uns dabei hilft, die Biologie dieser herausragenden Arten weiter aufzuklären und uns einer Technik immer näher zu bringen, die es uns ermöglicht, sie zu schätzen Rafflesia im nächstgelegenen botanischen Garten und seinem natürlichen Lebensraum, und das wird dazu beitragen, dass mehr Menschen ihn finden Rafflesia eine neue Lieblingspflanze.

DER ARTIKEL::
Molina, J., Wicaksono, A., Michael, TP, Kwak, SH, Pedales, RD, Joly‐Lopez, Z., … & Purugganan, MD (2023). Das Samentranskriptom von Rafflesia offenbart horizontalen Gentransfer und konvergente Evolution: Implikationen für den Erhalt der größten Blume der Welt. Pflanzen, Menschen, Planeten. https://doi.org/10.1002/ppp3.10370

Carlos A. Ordóñez-Parra
Carlos (er/er) ist ein kolumbianischer Saatgutökologe, der derzeit an der Universidade Federal de Minas Gerais (Belo Horizonte, Brasilien) promoviert und als Wissenschaftsredakteur bei Botany One arbeitet. Sie können ihm auf Twitter unter @caordonezparra folgen.

Spanische und portugiesische Übersetzung von Carlos A. Ordóñez-Parra. (in Bearbeitung)

Cover: Rafflesia arnoldii. Bild: LukeTriton / Wikimedia Commons