Pflanzen sind meistens zumindest irgendwo auf ihrem Körper grün. Der Grund, warum sie grün sind, liegt an den Chloroplasten, den Organellen, die die Photosynthese steuern. Manchmal kann eine Pflanze jedoch die Photosynthese aufgeben und zu einem Heterotrophen werden, einem Organismus, der seine Nahrung von woanders bezieht. Manche Pflanzen sind zum Beispiel Parasiten. Sie holen sich die Nährstoffe, die sie zum Wachsen brauchen, indem sie eine andere Pflanze anzapfen. Andere stehlen Nahrung von Pilzen.

Pflanzen der Gattung Epirixanthes (Polygalaceae) sind ein Beispiel für eine Pflanze, die Pilze, einen Mykoheterotrophen, nutzt. Die Pflanzen gehören zur Familie der Milchkrautgewächse und zu einer Dikotyle, also normalerweise nicht die Art von Pflanze, die man als Heterotrophe finden würde. Dr. Gitte Petersen erklärte, wie seltsam Epirixanthes Sind. „Alle Arten der Gattung Epirixanthes unterscheiden sich extrem von ihren nächsten Verwandten, den normalen grünen photosynthetischen Pflanzen. Im Gegensatz Epirixanthes Arten sind klein und blass – wirklich unauffällig. Aus unbekannten Gründen ist die Mykoheterotrophie viel häufiger bei einkeimblättrigen Pflanzen und besonders bekannt bei Orchideen. Mykoheterotrophie hat sich jedoch auch in drei Familien von Eudicots entwickelt: Ericaceae, Gentianaceae und Polygalaceae, letztere eingeschlossen Epirixanthes. Aus evolutionärer Sicht ist es relevant, alle sich unabhängig voneinander entwickelnden Gruppen zu vergleichen, ob sie Monokotylen sind oder nicht. Durch den Vergleich von sich unabhängig entwickelnden Abstammungslinien können wir gemeinsame evolutionäre Muster verstehen, anstatt nur einzigartige Merkmale zu beschreiben.“

In der Lage zu sein, auf die Photosynthese zu verzichten, bedeutet, dass kein Grün auf dem Blütenstiel benötigt wird. Es lässt die Pflanze blass und ungesund aussehen. Sie könnten denken, dass die Pflanze ihre Gene verändert hat, um das Vorhandensein von Grün zu reduzieren, und Sie hätten halb Recht. Gitte Petersen und Kollegen untersuchten die Wirkung der Heterotrophie nicht auf die Gene der Pflanze, sondern auf die Gene der Plastiden.

Pflanzenzellen sind komplex. Der größte Teil der DNA befindet sich erwartungsgemäß im Zellkern, aber nicht alles. Ein Teil der DNA befindet sich in den Mitochondrien. Diese Organellen sind die Kraftwerke der Zelle und funktionieren wie eine Zelle in der Zelle. Sie haben ihre eigene DNA und vermehren sich getrennt von der Pflanzenzelle als Ganzes. Ein weiteres Organell mit eigener DNA ist der Chloroplast.

Der Chloroplast ist das Organell, das dabei hilft, Sonnenlicht, Gase und Wasser in Nahrung umzuwandeln. Wenn eine Pflanze ihre Nahrung von woanders bezieht, ist der Chloroplast für den Bedarf überflüssig. Was passiert also mit seiner DNA? Warum sollte sich der Charakter des Genoms dramatisch ändern, wenn eine Pflanze heterotroph wird? Dr. Petersen sagt, dass der Grünverlust auf mangelnde Nutzung zurückzuführen ist. „Wenn Pflanzen zu Heterotrophen werden, müssen sie nicht selbst Photosynthese betreiben. Sie stehlen einfach, was sie von ihrem Gastgeber brauchen! Da das Chloroplastengenom eine Vielzahl von Genen beherbergt, die an der Photosynthese beteiligt sind, werden diese nicht mehr benötigt und nach und nach abgebaut. Obwohl die Chloroplastengenome, die wir gesehen haben, in Epirixanthes tatsächlich reduziert sind, sie sind immer noch viel größer und intakter im Vergleich zu einem monokotylen Mykoheterotrophen, Sciaphila thaidanica, die wir vor einiger Zeit sequenziert haben. Diese Art hatte eines der kleinsten bisher entdeckten Chloroplastengenome"

Während die Epirixanthes die betrachteten Autoren waren zu Mykoheterotrophen geworden, die Pflanzen hatten nicht auf die gleiche Weise reagiert. In ihrer Arbeit kommen Petersen und Kollegen zu dem Schluss: „Die Plastome von Epirixanthes weitgehend gemäß dem Muster abgebaut, das von anderen Abstammungslinien nicht-photosynthetischer mykoheterotropher und parasitärer Pflanzen beschrieben wurde. Es ist jedoch bemerkenswert, dass der Abbau in den Schwesterlinien dieser Gattung mit sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten erfolgt.“ Petersen sagte, dass die Pflanze paradoxerweise überraschte, wie unterschiedlich und auch wie normal die Plastidengenome waren. „Jedes Mal, wenn wir eine neue heterotrophe Pflanze sequenzieren, sind wir sehr offen und haben nur sehr wenige Erwartungen. Sie überraschen immer wieder. Also rein Epirixanthes, war die Überraschung die ungewöhnliche Struktur des Chloroplastengenoms. Wir hatten keine Ahnung, dass die beiden Arten so unterschiedlich sein würden, aber nachdem wir jetzt entdeckt haben, dass es faszinierend wäre, zu sehen, wie die verbleibenden Arten sind.“

„Was das mitochondriale Genom betrifft, waren wir sehr überrascht zu sehen, wie normal es ist. Pflanzen haben außerordentlich vielfältige mitochondriale Genome, Misteln – eine andere Art von Heterotrophen – gehören zu den seltsamsten. Aber, Epirixanthes hat einfach überhaupt keine besonderen Eigenschaften.“

Bei so wenigen mykoheterotrophen Zweikeimblättrigen scheint es, dass die Untersuchung von Epirixanthes könnte eine Nische sein. Stattdessen verspricht es jedoch eine andere Perspektive auf ähnliche Probleme, mit denen andere Pflanzen konfrontiert sind. Petersen sieht Epirixanthes als nützlicher Kontrast weit über andere Mykoheterotrophe hinaus. „Vergleiche können ebenso gut mit einkeimblättrigen Mykoheterotrophen oder sogar mit der anderen Art von heterotrophen Pflanzen angestellt werden: den parasitischen Pflanzen, die direkt auf einem Pflanzenwirt parasitieren. Parasitäre Pflanzen, die die Photosynthese verlieren, zeigen fast vollständig ähnliche Muster der Chloroplastenentwicklung. Daher denke ich, dass wir weitere Studien sehen werden, die Ergebnisse aus Studien über parasitäre und mykoheterotrophe Pflanzen verbinden. Aber die größten wissenschaftlichen Fortschritte könnten aus Studien kompletter Genome kommen. Angesichts der Fortschritte bei den Sequenzierungstechniken werden wir immer mehr Studien sehen, die sich mit vollständigen Kerngenomen befassen und die Frage stellen: Was sind die evolutionären Folgen der Heterotrophie auf genomischer Ebene?“