Pflanzen können drei Eltern haben

Das ultimative Ziel aller tierischen und pflanzlichen Arten auf unserem Planeten ist die Fortpflanzung. Um Nachkommen zu sichern, werden von der männlichen Seite oftmals gewaltige Mengen an Spermazellen produziert. Während diese Strategie die Wahrscheinlichkeit für eine Befruchtung erhöht, birgt sie gleichzeitig das Risiko, dass eine Eizelle mit mehr als einer Spermazelle verschmilzt.

Dieser als Polyspermie bezeichnete Prozess ist bei Tieren und Menschen in der Regel tödlich. Auch Pflanzen bilden für die Reproduktion Eizellen und Spermazellen. In einem vom European Research Council (ERC) geförderten Projekt konnte eine Arbeitsgruppe der Universität Bremen jetzt erstmals zeigen, dass Polyspermie in Pflanzen nicht nur vorkommt, sondern auch zu überlebensfähigen Nachkommen führen kann.

Diese können drei Eltern haben: eine Mutter und zwei Väter. Dieses Phänomen wurde bislang übersehen, weil es recht selten ist. Die neuen Ergebnisse der Forschenden wurden jetzt in der englischsprachigen Zeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht. Der Artikel ist unter diesem Link nachzulesen: https://www.nature.com/articles/s41467-017-01044-y (in englischer Sprache). Die DOI Nummer lautet: 10.1038/s41467-017-01044-y

Genetischen Trick verwendet

„In unserer Arbeit haben wir einen genetischen Trick verwendet, bei dem ein Gen zum Einsatz kommt, welches Pflanzen resistent macht gegen ein Herbizid – also ein Unkrautvernichtungsmittel“, erklärt Professorin Rita Groß-Hardt der Universität Bremen. „Wir haben dieses Gen in einen der Väter eingebracht. Zusätzlich haben wir ein Element, welches dieses Gen aktivieren kann, in einen zweiten Vater eingefügt“, so die Molekularbiologin.

Im Anschluss haben die Forscherinnen und Forscher eine dritte Pflanze (Mutter) mit Pollen beider Väter bestäubt. Bei einer normalen Befruchtung verschmilzt nur die Spermazelle eines Vaters mit der Eizelle. In einem solchen Fall wird das Gen für die Herbizidresistenz entweder nicht vererbt, oder es ist nicht aktiv. Entsprechend überleben die Nachkommen die Behandlung mit dem Unkrautvernichtungsmittel nicht.

In den seltenen Fällen, in denen eine Eizelle mit den Spermazellen beider Väter verschmilzt, entstehen Pflanzen, die gegen das Herbizid resistent sind. Durch dieses zur Patentierung eingereichte Hochdurchsatzverfahren konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler über 100.000 Keimlinge bezüglich ihrer Herkunft untersuchen und so triparentale Nachkommen identifizieren – also Pflanzen mit drei Eltern.

Welche Relevanz hat diese Forschungsarbeit?

Drei-Eltern-Kreuzungen haben möglicherweise ein großes Potenzial für die Pflanzenzüchtung, insofern dass sie ein neuartiges Werkzeug für die Hybridisierung von Pflanzen bieten. „Darüber hinaus werfen unsere Ergebnisse eine neues Licht auf die Evolution von Blütenpflanzen“, sagt Groß-Hardt. „Es ist weithin akzeptiert, dass die Zunahme an genetischen Kopien maßgeblich zur Evolution und Artenvielfalt von Blütenpflanzen beigetragen hat“, so die Wissenschaftlerin.

„Die Arbeiten unserer Arbeitsgruppe, allen voran die von Thomas Nakel und Dr. Dawit Tekleyohans, zeigen, dass die Verschmelzung von einer Eizelle mit mehr als einer Spermazelle eine solche Zunahme an genetischen Kopien verursachen kann. Es erscheint daher wahrscheinlich, dass Polyspermie eine wichtige Rolle bei der pflanzlichen Evolution gespielt hat.“

Achtung Redaktionen: Unter diesem Link finden Sie ein Bild von den Forschenden und eine Illustration zum Thema: https://seafile.zfn.uni-bremen.de/f/2f19f2fd0224481eaa23/.

Weitere Informationen:

Universität Bremen
Fachbereich Biologie/Chemie
Molecular Genetics
Prof. Dr. Rita Groß-Hardt
E-Mail: gross-hardt@uni-bremen.de
Telefon: +49 421 218 50203

http://www.uni-bremen.de/molgen.html