Was ist der Ursprung der genetischen Vielfalt in Pflanzen? Können während des Wachstums erworbene neue Mutationen auf Samen übertragen werden? INRAE-Wissenschaftler haben in Zusammenarbeit mit CIRAD und dem CNRS den Wald von Französisch-Guayana als Schauplatz für ihre Forschungen genutzt, was zu einer Reihe von Entdeckungen zu dieser grundlegenden Frage der Biologie führte. Die Ergebnisse sind veröffentlicht im Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
Tropische Bäume stehen im Mittelpunkt dieser Studie. Sie sind für die Klimaregulierung, den Erhalt der Artenvielfalt und die Bereitstellung wichtiger Ressourcen für viele lokale Gemeinschaften von entscheidender Bedeutung. Das Verständnis ihrer genetischen Entwicklung ist daher von entscheidender Bedeutung für die Erhaltung der biologischen Vielfalt und die Suche nach nachhaltigen Lösungen für die Anpassung tropischer Wälder an die Umweltbelastungen, denen sie ausgesetzt sind.
Ziel dieser Studie war es, die Mutationen zu identifizieren, die während des Wachstums von zwei Exemplaren tropischer Bäume in Französisch-Guayana, einem französischen Überseedepartement, das zu 96 % von Tropenwald bedeckt ist, angesammelt wurden. Dazu untersuchten die Wissenschaftler die Verteilung dieser Mutationen entlang der Architektur der Bäume in Bezug auf mögliche Einflüsse von Licht (UV) sowie deren Übertragung auf Embryonen in den Früchten.
Durch die Sequenzierung der DNA von Zweigen, die unterschiedlich dem Sonnenlicht ausgesetzt waren, fanden die Forscher keinen Einfluss von UV-Strahlung auf das Auftreten von Mutationen in diesen beiden tropischen Bäumen, anders als bei Säugetieren. Obwohl die meisten dieser Mutationen im Gewebe dieser Bäume selten sind, zeigt diese Studie, dass sie aufgrund ihrer großen Anzahl auf die Früchte und damit auf die nächste Generation übertragen werden. Diese bisher ignorierten seltenen Mutationen vergrößern die genetische Vielfalt dieser tropischen Arten. Dieser neue Rohstoff für den Motor der Evolution ist für die Anpassung an Umweltveränderungen unerlässlich.
Dieser große Fortschritt, der durch neue Tools zur Genomsequenzierung und -analyse ermöglicht wurde, bereichert unser Verständnis der Biologie tropischer Bäume erheblich.
Ein Schweizer Taschenmesser im Dienste der Bäume
Dank der jüngsten Fortschritte in der Genomik bieten zwei neuartige hochwertige Genome tropischer Bäume, Dicorynia guianensis und Sextonia rubra, nun eine tiefgreifende Erforschung der Baumgenetik. Die Probenahme von Blättern aus 18 Zweigen dieser über 40 Meter hohen Bäume ermöglichte den Vergleich der Blatt-DNA-Sequenzierungsdaten mit Referenzgenomen von der Basis des Stammes und die Erkennung neuer Mutationen, die während des Wachstums dieser Bäume entlang der Zweige aufgetreten sind , unter Verwendung modernster Methoden, die von der menschlichen Onkologie auf die Pflanzengenomik übertragen wurden.
Die festgestellten Mutationen kommen in den Geweben meist sehr selten vor und betreffen alle Chromosomen der Individuen. Die Erblichkeit dieser neuen Mutationen wurde durch ihre gezielte Sequenzierung in Früchten nachgewiesen und eröffnet neue Perspektiven für das Verständnis der Ursachen der genetischen Vielfalt in tropischen Bäumen.
Mehr Informationen:
Sylvain Schmitt et al, Niederfrequente somatische Mutationen sind in tropischen Bäumen Dicorynia guianensis und Sextonia rubra vererbbar, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2024). DOI: 10.1073/pnas.2313312121
Bereitgestellt von INRAE – Nationales Forschungsinstitut für Landwirtschaft, Ernährung und Umwelt