Schmarotzer aus der Unterwelt

Wissenschaftler haben das Chloroplasten-Genom einer Orchideenart unter die Lupe genommen, die parasitisch vollständig unter der Erde lebt und daher keine Photosynthese zur Energiegewinnung betreiben kann. Was sie fanden, war das bisher kleinste Chloroplasten-Genom.

Rhizanthella gardneri ist eine äußerst seltene, vom Aussterben bedrohte Orchideenart, die bisher nur an fünf Plätzen in Westaustralien gefunden wurde. Weniger als 50 Individuen dieser Orchideenart leben heute noch an diesen 5 Standorten in der australischen Wildnis. Die Pflanze wächst, blüht und entwickelt ihre Früchte ein Leben lang unter der Erde. Photosynthese kann sie nicht durchführen, da sie weder grüne Pflanzenteile besitzt noch Sonnenlicht auf die Pflanze trifft. Stattdessen holt sie sich Energie und Nährstoffe als Parasit von dem Ständerpilz Ceratobasidium, der in Symbiose mit den Wurzeln eines australischen Teebaums (Melaleuca uncinata) lebt. Dennoch enthält die außergewöhnliche Pflanze noch Chloroplasten - Organellen in der Pflanzenzelle, in denen normalerweise  die Photosynthese stattfindet.

Nun haben Wissenschaftler das Chloroplastengenom der unterirdischen Orchidee sequenziert und festgestellt, dass es mit nur 59.190 Basenpaaren, welche für 37 Gene kodieren, das kleinste aller bisher bekannten Chloroplasten-Genome darstellt. Gleichzeitig zeigt das Genom starke Übereinstimmungen mit den Genomen anderer parasitären Organismen, die nicht mit der Orchidee verwandt sind. Gegenüber normalen Pflanzen mit Photosynthesefunktion sind 70 Prozent der Gene im Laufe der Evolution verloren gegangen. Seit vor ungefähr 2 Milliarden Jahren Chloroplasten durch eine Endosymbiose aus Cyanobakterien in Pflanzen integriert wurden, hat sich das Genom dieser Plastiden mehr und mehr reduziert. Durch diese Endosymbiose wurden eukaryotische Zellen zur eingenständigen Energie- und Kohlenhydratversorgung befähigt. Zahlreiche Gene wurden in das Genom des Zellkerns der Pflanzen verlagert. Im Durchschnitt verfügen photosynthetisch aktive Chloroplasten über 110 Gene.

Choloroplasten nicht nur für Photosynthese zuständig

Schon seit längerer Zeit wurden neben der Photosyntheseleistung Codierungen für weitere wichtige Funktionen im Chloroplasten-Genom vermutet. Doch diese Funktionen waren in Pflanzen, die Photosynthese betreiben, bisher nur schwer zu erforschen. Rhizantella gardneri hat dagegen alle Funktionen, die sie für ihr Leben als Parasit nicht benötigt, verloren. So ist das kleine Chloroplasten-Genom nur noch für die Synthese von 20 Proteinen, 4 rRNAs und 9 tRNAs verantwortlich.

Aufgrund der ähnlichen Genome hoffen die Wissenschaftler nun, mit den Ergebnissen auch den evolutionären Gen-Verlust in anderen Parasiten besser verstehen zu können. Beispielsweise könnten so neue Erkenntnisse des Parasits Plasmodium, der Malaria verursacht, gewonnen werden. Aber auch ein besseres Verständnis über die Plastiden und damit den Prozess, welcher die primäre Energiequelle des Lebens auf der Erde erzeugt, die Photosynthese, erwarten die Forscher.