Schwarzer Trüffel bändigt springende Gene

Der schwarze Trüffel ist in mehrfacher Hinsicht besonders: Der Pilz ist eine teure Delikatesse und er besitzt ein interessantes Genom. Mehr als die Hälfte des Erbguts besteht aus „springenden Genen“, die ihre Position im Genom verändern können. Forscher entdeckten, dass diese DNA-Elemente durch epigenetische Veränderungen gesteuert werden. Der Pilz kann sich dadurch in kürzester Zeit an wechselnde Umweltbedingungen anpassen.

Schwarze Trüffeln (Tuber melanosporum) oder Périgord -Trüffeln werden auch als „schwarze Diamanten“ oder „schwarzes Gold“ bezeichnet. Die Beinamen lassen es erahnen: Er ist einer der teuersten Speisepilze der Welt. Der Preis kommt vor allem daher, dass die Pilze schwer zu finden sind. Sie bilden sich nur unter der Erde, im Wurzelbereich bestimmter Bäume und Sträucher, wie Eichen oder Haselnuss.

Aber längst sucht man die edlen Pilze nicht mehr mit Trüffelschweinen, die ein besonderes Gespür für die Pilze haben, diese aber auch gerne selbst verspeisen. In Italien ist dies sogar verboten, weil sie den Boden zu sehr aufwühlen und die Baumwurzeln beschädigen. Stattdessen werden die knolligen Delikatessen mit speziell ausgebildeten Trüffelhunden gesucht. Darüber hinaus nahm man lange an, eine Zucht der kulinarischen Raritäten wäre nicht möglich. Doch unter den richtigen Bedingungen, wachsen Trüffeln auch in künstlichen Trüffelplantagen.

Das Erbgut des Trüffels wurde untersucht

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Da der Pilz so begehrt ist, haben Forscher das Erbgut (Genom) genauer unter die Lupe genommen. Das Genom des Edelpilzes wurde 2010 entschlüsselt. Es ist mit seinen rund 125 Megabasenpaaren eines der größten sequenzierten Pilzgenome. Dabei entdeckte man, dass mehr als 58 Prozent des Erbguts aus Transposons, sogenannten „springenden Genen“, besteht. Dies sind DNA-Abschnitte, die ihre Position im Genom verändern können und ein oder mehrere Gene beinhalten, die für Proteine codieren. Nun fanden Wissenschaftler heraus, dass epigenetische Veränderungen dem Pilz helfen mit den außerordentlich zahlreichen Transposons zusammen mit repetitiven DNA-Elementen im Genom (mehr als 45.000) zurecht zu kommen.

Regulierung der springenden Gene durch DNA-Methylierung

Epigenetische (Epi, altgr. für „dazu, außerdem“ und genetisch) Veränderungen regulieren die Aktivität von Genen, ohne Änderung in der DNA-Sequenz. Die berühmteste epigenetische Veränderung ist die DNA-Methylierung, bei der sich Methylgruppen an bestimmte Stellen der DNA heften. In der Regel führt das zur Inaktivierung des Gens. Das internationale Forscherteam untersuchte gezielt diese epigenetischen Regulierungsmuster im Genom des schwarzen Trüffels.  

Die Untersuchungen zeigten eine starke Methylierung bei dem Pilz: Insgesamt waren an 44 Prozent des DNA-Bausteins Cytosin Methylgruppen geheftet. „Im Gegensatz zu den Genomen von Tieren und Pflanzen befanden sich diese Methylierungen beim Trüffel jedoch nicht in den genkodierenden Bereichen, sondern innerhalb der springenden Genen, den Transposons“, sagt Pao-Yang Chen, einer der Autoren der Studie. „Dieses ungewöhnliche Methylierungsmuster könnte ein Hinweis auf eine ganz spezielle Form der Genregulation beim Trüffel sein.“ 

Weil DNA-Methylierungen rückgängig gemacht werden können und keine Veränderungen der DNA-Sequenz darstellen, sind sie für Organismen ein geeigneter Mechanismus, um die Aktivität von Genen an wechselnde Umweltbedingungen anzupassen. Aktuelle Studien belegen, dass solche epigenetischen Genaktivitäts-Muster an die Nachkommen vererbt werden. Diese Erkenntnisse könnten nun auch bei der Aufklärung von phänotypischen Fragen helfen, z. B. wie das spezielle Aroma oder die Farbe von Trüffelpopulationen in unterschiedlichen Regionen gesteuert werden.

Ökologische Bedeutung des Pilzes

Trüffel sind jedoch nicht nur kulinarisch interessant. Sie sind auch im Hinblick auf ihre Rolle im Ökosystem Wald ein spannendes Forschungsmodell, denn sie leben in Symbiose mit Pflanzen. Schwarze Trüffeln zählen zu den Mykorrhiza-Pilzen. Sie wachsen in die Wurzelrinde der Wirtspflanzen und bilden hier einen dichten Hyphenmantel um die Wurzelenden. Die Pilzzellen (Hypen) übernehmen dann die Funktion der Wurzelhaare. Dies befähigt Wirt und Pilz Nährstoffe auszutauschen. Der Pilz versorgt die Pflanzen vor allem mit Stickstoff und Phosphor und erhält im Gegenzug von ihnen Kohlenhydrate aus der Photosynthese. Die enge Verbindung mit dem Pilz wirkt sich auf die Wirtspflanze wachstumsfördernd aus.