Ludwig-Maximilians-Universität München
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Botanik

Erbgut im Mini-Format

München, 10.12.2014

Einige Arten der fleischfressenden Pflanze Genlisea besitzen die bisher kleinste bekannte Genomgröße im Pflanzenreich. LMU-Forscher zeichnen die Evolution des Mini-Erbguts nach und finden einen neuen Rekordhalter.

Das Foto zeigt ein Exemplar der Genlisea aurea, deren Abkömmlinge über die kleinsten Genome der Gattung verfügen. (Foto: Andreas Fleischmann)

Die Gattung der Genlisea, auch Reusefalle, gehört zu den fleischfressenden Pflanzen aus der Familie der Wasserschlauchgewächse. Einige der bislang bekannten 29 Arten von Genlisea besitzen winzigste Chromosomen und die kleinste bekannte Genomgröße im Pflanzenreich. Das Genom stellt die Gesamtheit des Erbgutes dar, das in jeder Zelle vorhanden ist. LMU-Forscher um Professor Günther Heubl vom Department Biologie der LMU haben nun erstmals die Evolution der Genomgröße und die Anzahl der Chromosomen sowie den Zusammenhang zwischen ihnen untersucht. Über die Ergebnisse berichten die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Annals of Botany.

Die Pflanzen der Gattung Genlisea wachsen in nährstoffarmen, feuchten Savannen- und Moorhabitaten in Südamerika und dem tropischen Afrika. Die LMU-Forscher untersuchten 15 Arten der Gattung, die zu den wichtigsten Abstammungslinien gehören, zusammen mit einem internationalen Team von Wissenschaftlern der Universität Wien, der Universität Münster und der Rutgers University von New Jersey.

Neuer Rekordhalter entdeckt

„Innerhalb der Gattung muss es im Laufe der Evolution zu einer enormen Genomreduktion gekommen sein. Sie geht mit einer Minimierung der Chromosomengröße, aber gleichzeitiger Erhöhung der Chromosomenzahl einher“, sagt Dr. Andreas Fleischmann aus der Arbeitsgruppe von Günther Heubl. Die Chromosomen der Reusenpflanze sind so winzig, dass sie bei einigen Arten nahe der optischen Nachweisgrenze im Lichtmikroskop liegen. Die Spezialistin für Chromosomenpräparation und -struktur am Institut für Systematische Botanik der LMU, Dr. Aretuza Sousa, hat sie durch eine spezielle Präparation und mit Hilfe von Fluoreszenzfärbung sichtbar gemacht. Das ermöglichte den Forschern erstmals eine genaue Darstellung und Angabe von Chromosomenzahlen bei ausgewählten Vertretern der Gattung.

Zudem warten die LMU-Forscher mit einem neuen Rekordhalter auf: Die erst kürzlich in Brasilien entdeckte und erst 2011 von Andreas Fleischmann und brasilianischen Kollegen neu beschriebene Art Genlisea tuberosa weist eine Genomgröße von nur rund 61 Mbp auf und damit das kleinste bekannte Pflanzengenom überhaupt. (Die Genomgröße wird anhand der Anzahl an Basenpaaren gemessen, die die Erbinformation kodieren und meist angegeben in Megabasenpaaren = Millionen Basenpaaren = Mbp).

Warum die Genomgröße in Organismen variiert, stellt Forscher noch vor ein Rätsel. „Interessanterweise korreliert die Genomgröße nicht mit der Organisationsstufe oder Komplexizität eines Organismus – so haben einzellige Hefen oder einige Pflanzenarten zwar eine kleinere Genomgröße als der Mensch, viele Pflanzen dagegen aber eine deutlich größere“, erläutert Fleischmann. Die fleischfressende Pflanze Genlisea ist daher mit ihren unterschiedlich großen Genomen ein idealer Modellorganismus: „Genlisea ist ein optimaler Kandidat, um die Mechanismen und Grundlagen von Genomreduktion zu verstehen, zumal von der Art G. aurea bereits das Gesamtgenom sequenziert und veröffentlicht wurde“, sagt Günther Heubl.
(Annals of Botany, Dezember 2014)