Einordnung der Verwandtschaft und Entwicklung von Samenpflanzen über funktionelle Gene

Die Verwandtschaft und Entwicklung der Samenpflanzen zu klären, ist schon lange ein grundlegendes Ziel der Wissenschaft. Durch molekularbiologische Arbeitsweisen haben sich viele neue Möglichkeiten aufgetan, mit denen der Verwandtschaftsgrad der Pflanzen auf genetischer Ebene verfolgt werden kann.

Wissenschaftler haben jetzt einen Ansatz entwickelt, der einen Einblick in den gemeinsamen Ursprung der Landpflanzen ermöglicht. Sie erstellten eine Datenbank mit 22.833 orthologen (sich in der Funktion der von ihnen codierten Proteine ähnelnden) Gengruppen (Link orthologe Gene) von 101 Gattungen bzw. 150 verschiedenen Arten von Samenpflanzen und entwickelten aus dieser einen phylogenetischen „Baum“, der die Verwandtschaft dieser Pflanzen auf der Ebene funktioneller Gene aufzeigt. In diesem Baum zeigt jeder Knoten einen „Verwandten“, der die Eigenschaften der aus ihm entspringenden Äste vereint, in diesem Fall bestimmte funktionelle Gene, die verschiedene Pflanzengruppen gemeinsam haben. Dieser Ansatz zeigt dadurch auch bestimmte Gene und biologische Prozesse auf, die aufgrund ihrer Funktion wichtig für die Trennung und Auffächerung verschiedener Gruppen von Samenpflanzen gewesen sein könnten. Die Forscher können so mögliche Hinweise auf die Entwicklung und Differenzierung verschiedener Gruppen von Samenpflanzen aufspüren.

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Eins der jetzt veröffentlichten Ergebnisse ist die Hypothese des Verwandtschaftsgrades der Ordnung der Gnetales (drei bekannte Familien: Ephedraceae, Gnetaceae und Welwitischiaceae, bekannt ist z. B. Welwitschia mirabilis aus Namibia). Verschiedene Ansätze sehen die Gnetales entweder nahe bei den Gymnospermen oder, obwohl Nacktsamer, näher bei den Angiospermen. Den Berechnungen der Wissenschaftler zufolge sind die Gnetales eine Schwestergruppe aller anderen Gymnospermengruppen, sie sind also enger mit den Gymnospermen verwandt als mit den Angiospermen.

Eine wichtige Rolle spielt auch die RNA-Interferenz. Sie ist eine spezielle Form der Gen-Stilllegung und unter anderem für die Pflanze wichtig bei der Virenbekämpfung. Die Forscher konnten mit ihren Berechnungen die Hinweise finden, wie die Entwicklung der Landpflanzen durch Genmutationen beeinflusst worden sein könnte. Unter anderem entdeckten sie das Fehlen bestimmter siRNA-Klassen bei den Gymnospermen, die bei den Angiospermen vorhanden sind und eine wichtige Funktion bei der Transposon-Kontrolle spielen. Sind sie durch eine Mutation defekt, entwickelt auch Arabidopsis als Modellpflanze der Angiospermen einen unreduzierten Gametophyten ähnlich den Gymnospermen. Im Umkehrschluss folgern die Forscher, dass diese siRNA, die auch die Transposon-Kontrolle organisiert, zumindest teilweise wichtig war für die Entstehung der doppelten Befruchtung bei den Angiospermen.

Diese Hypothesen zeigen verschiedene Ansätze auf, die nun in weiteren Studien verifiziert werden müssen.