Im Tierreich beruht die Geschlechtertrennung üblicherweise auf Geschlechtschromosomen, die sich im Laufe der Evolution entwickelt haben. Bei Pflanzen ist dies jedoch komplexer. Während die meisten Pflanzen zwittrige Blüten mit männlichen und weiblichen Geschlechtsmerkmalen besitzen, weisen etwa 10 % der Pflanzenarten eingeschlechtige Blüten auf, die entweder ausschließlich männlich oder weiblich sind. In diesen Fällen können die Blüten beider Geschlechter auf einer einzigen Pflanze vorkommen (Monözie; z. B. Mais, Gurke) oder auf verschiedenen Individuen wachsen (Diözie; z. B. Spargel, Spinat).
Noch seltener, mit weniger als 100 zweihäusigen Blütenpflanzenarten in 30 Gattungen, nutzen Pflanzen Geschlechtschromosomen zur Bestimmung der männlichen und weiblichen Anatomie. Diese Geschlechtschromosomen enthalten wichtige Gene, die an der sexuellen Entwicklung der Blüten beteiligt sind. Und wie bei Tieren ist die Rekombination zwischen den männlichen und weiblichen Chromosomen unterdrückt.
Die Palmenfamilie (Arecaceae) ist in dieser Hinsicht besonders interessant – etwa 80 % der Palmenarten besitzen eingeschlechtige Blüten, verglichen mit nur 10 % aller Bedecktsamer. Rund die Hälfte dieser Arten ist einhäusig, 30 % zweihäusig, und die übrigen weisen Zwischenformen oder andere Variationen, einschließlich Geschlechtschromosomen, auf. Aus diesem Grund wurde eine neue Studie in Annals of Botany hat zwei entfernt verwandte Palmenarten als Modellsystem genutzt, um die Entwicklung der Eingeschlechtigkeit bei Pflanzen zu beleuchten.
„Wie geschlechtsbestimmende Gene die Entstehung und Ausdehnung nicht-rekombinierender Regionen, wie sie typisch für Geschlechtschromosomen sind, bewirken könnten, bleibt eine offene Frage“, schreiben Tessarotto et al.
Eine der Arten, von denen bekannt ist, dass sie Geschlechtschromosomen besitzen, ist die Dattelpalme (Phoenix dactyliferaTessarotto et al. untersuchten, ob die DNA-Sequenzen der Dattelpalme zur Identifizierung anderer Palmenarten mit Geschlechtschromosomen verwendet werden können, und stellten fest, dass dies möglich ist. Sie fanden Geschlechtschromosomen in der Weißrückenpalme (Kerriodoxa elegans), eine entfernte Verwandte der Dattelpalme. Die Weißrückenpalme stellt somit eine neue Form dieser seltenen Geschlechtsbestimmung und ein spannendes Beispiel für konvergente Evolution dar.
„Wir zeigen, dass K. elegans [weiße Palme] und P. dactylifera „Die Dattelpalme, zwei Palmenarten, die sich vor etwa 66 Millionen Jahren auseinanderentwickelt haben, weisen ähnliche XY-Geschlechtschromosomen auf“, schreiben Tessarotto et al. „Eine solche konvergente Evolution scheint unter den bekannten pflanzlichen Geschlechtschromosomen einzigartig zu sein.“
Um festzustellen, ob die Weißrückenpalme Geschlechtschromosomen besitzt, extrahierten Tessarotto et al. DNA aus den Blättern männlicher und weiblicher Pflanzen sowohl der Dattelpalme als auch der Weißrückenpalme. Die DNA wurde sequenziert und mit öffentlich zugänglichen Datensätzen männlicher und weiblicher Palmen verglichen, um die geschlechtsgebundenen Gene zu identifizieren.
Durch den Vergleich der DNA der Palmenarten konnten Tessarotto et al. schlussfolgern, dass sich die Geschlechtschromosomen beider Arten vor 10 bis 40 Millionen Jahren unabhängig voneinander in einem Fall konvergenter Evolution entwickelten, bei dem dieselbe DNA-Region genutzt wurde.
„Unsere Ergebnisse werfen die Frage auf, ob die von uns identifizierte Region in P. dactylifera und K. elegans „Möglicherweise haben sie zur Entstehung von Geschlechtschromosomen in anderen Palmenarten beigetragen“, schreiben Tessarotto et al. „Es erscheint höchst unwahrscheinlich, dass eine einzelne, 3 Mb große Region [der DNA] zweimal rein zufällig eine Rekombinationsunterdrückung entwickelt hat.“
Die Fähigkeit, geschlechtsbezogene Gene zu identifizieren, hat agronomische Implikationen.
„Angesichts der Bedeutung einiger Palmenarten als wichtige Nutzpflanzen, bei denen nur weibliche Pflanzen Früchte und Samen produzieren, könnten diese Gene genutzt werden, um genetische Geschlechtsmarker zu entwickeln, die eine frühzeitige Selektion weiblicher Pflanzen mit hohem Mehrwert ermöglichen und somit das Warten auf das Auftreten des sexuellen Phänotyps vermeiden, was bis zu 15 Jahre dauern kann“, schreiben Tessarotto et al.
Genetische Geschlechtsmarker würden auch eine schnellere Züchtung von Dattelsorten ermöglichen, die widerstandsfähig gegen den Klimawandel und andere Umweltfaktoren sind.
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Tessarotto, H., Beulé, T., Cherif, E., Orjuela, J., Farhat, P., Lindström, A., Lemansour, A., Santoni, S., Käfer, J. und Aberlenc, F. (2025) „Konvergente Evolution von Geschlechtschromosomen in zwei Palmenarten, Phoenix dactylifera und Kerriodoxa elegans“, Annals of Botany, (mcaf191). Verfügbar unter: https://doi.org/10.1093/aob/mcaf191
Titelbild: Kerriodoxa elegans in Indonesien von Jeanne Benioff / iNaturalist. CC-BY-NC.
