Ein internationales Forschungskonsortium, geleitet vom Cold Spring Harbor Laboratory in den USA und unter Beteiligung von INRAE, hat das Gen entdeckt, das für das Vorhandensein von Stacheln bei verschiedenen Pflanzengattungen, darunter auch Rosen, verantwortlich ist. Diese Ergebnisse, die am 1. August in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurden, zeigen das Vorhandensein eines gemeinsamen genetischen Programms, das die Stacheln hervorbringt.
Warum haben Rosen Stacheln?
© INRAE - BENDAHMANE Mohammed
Rosen haben in Wirklichkeit keine Dornen, sondern Stacheln, die seitliche Auswüchse der Epidermis sind, ähnlich wie bei Auberginen. Im Gegensatz zu Dornen, die modifizierte Stängel oder Blätter sind, können Stacheln entfernt werden, ohne die Pflanzenfasern zu beschädigen.
Im Verlauf von 400 Millionen Jahren Evolution haben viele entfernt verwandte Pflanzenfamilien konvergent Stacheln entwickelt. Diese Auswüchse bieten den Pflanzen zahlreiche Vorteile, indem sie beispielsweise Pflanzenfresser abschrecken, atmosphärisches Wasser zurückhalten und aufnehmen oder das Wachstum von Kletterpflanzen unterstützen.
Vor diesem Hintergrund hat sich ein Konsortium von Wissenschaftlern mit den Ursprüngen der Stacheln bei verschiedenen Pflanzenfamilien und -gattungen beschäftigt, wie etwa der Gattung Solanum (zu der Auberginen, Kartoffeln und Tomaten gehören) und der Gattung Rosa, die von INRAE-Wissenschaftlern besonders untersucht wurde.
Die Forscher verwendeten eine Kombination genetischer Ansätze, darunter die Erstellung einer genetischen Kartierung durch Kreuzung verschiedener Auberginensorten, um die Position des Gens zu lokalisieren, das die Entwicklung der Stacheln steuert, das zuvor noch nie identifiziert worden war.
Durch ihre Analysen entdeckten sie, dass das Gen LOG entscheidend für die Kontrolle der Stachelentwicklung ist. Dieses Gen ist an der Synthese von Cytokinin beteiligt, einem essenziellen Pflanzenhormon für die Zellproliferation und das Pflanzenwachstum. Die Forscher identifizierten dieses Gen anschließend im Genom anderer Arten, darunter auch der Rose. Die Veränderung oder Entfernung des Gens, die einen Verlust der Stacheln verursachte, bestätigte seine Rolle bei der Entstehung dieser Auswüchse.
Diese Ergebnisse zeigen das Vorhandensein eines gemeinsamen genetischen Programms, das einer weit verbreiteten und wiederkehrenden morphologischen Innovation bei Pflanzen, den Stacheln, zugrunde liegt. Sie eröffnen auch die Möglichkeit, einen entwicklungsbiologischen Mechanismus zu verstehen, der zu einer adaptiven Evolution bei mehreren Pflanzenarten geführt hat.
Referenz:
Satterlee J.W., Alonso D., Gramazio P. et al. (2024). Convergent evolution of plant prickles by repeated gene co-option over deep time.
Science, DOI: https://doi.org/10.1126/science.ado1663