Der griechischen Mythologie zufolge tauchten rote Rosen erstmals auf, als Aphrodite sich mit dem Fuß an einem Dorn stach und Blut auf eine weiße Rose spritzte. Seitdem haben Rosendornen die Fantasie unzähliger Dichter und verzweifelter Liebender beflügelt.
Aber sie sind nicht die einzigen Pflanzen mit diesen gefährlichen Ausstülpungen, die man auch Stacheln nennt. Stacheln haben sich unabhängig voneinander in verschiedenen Arten des Pflanzenreichs entwickelt. Ihre Hauptfunktion: Pflanzenfresser abzuwehren. Sie sind sogar in bestimmten Auberginen- und Reispflanzen vorhanden. Doch seit Jahren ist unklar, wie dieses Merkmal bei so unabhängigen Arten so häufig auftritt.
Nun hat das Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) in einer bahnbrechenden Entdeckung herausgefunden, dass dieselbe alte Genfamilie trotz Millionen von Jahren evolutionärer Trennung bei vielen Pflanzen für die Stacheln verantwortlich ist. Die Ergebnisse sind veröffentlicht im Journal Wissenschaft.
CSHL-Postdoc James Satterlee wurde dazu inspiriert, Stacheln zu untersuchen, als er ein Feld besichtigte, auf dem sein Betreuer, Professor und HHMI-Forscher Zachary Lippman, Hunderte von Nachtschattengewächsen anbaut. Denken Sie an Tomaten, Kartoffeln und Auberginen.
„Mir fiel auf, dass viele sehr auffällige Stacheln hatten. Also fragte ich: ‚Was wissen wir darüber? Was ist mit dieser Anpassung los?‘ Es stellte sich heraus, dass wir fast nichts wussten“, erinnert sich Satterlee.
Gemeinsam mit Wissenschaftlern in Spanien begann Satterlee Auberginen zu untersuchen, was ihn zu einer Genfamilie namens LONELY GUY (LOG) führte. LOG-Gene sind normalerweise für die Produktion eines Hormons verantwortlich, das Zellteilung und -wachstum verursacht. Satterlee entdeckte, dass bestimmte LOG-Mutationen auch die Stacheln bei Auberginen beseitigen.
Lippman und Satterlee fragten sich: Könnten LOG-verwandte Gene für die Zunahme und Abnahme der Stachelbildung bei verschiedenen Pflanzen über Millionen von Jahren hinweg verantwortlich sein?
Das Team begann, frühere Studien zu durchforsten und Mitarbeiter auf der ganzen Welt zu kontaktieren. Satterlee und Lippman arbeiteten mit dem New York Botanical Garden zusammen, um Exemplare mit und ohne Stacheln zu untersuchen. Mitarbeiter der Cornell University verwendeten Genomeditierung, um Stacheln aus Wüstenrosinen, einer in Australien heimischen Wildbeere, zu entfernen.
Ein anderer Kollege in Frankreich unterdrückte Stacheln bei Rosen. Insgesamt kam das Team bei etwa 20 Arten zu dem Schluss, dass Stacheln mit LOG-verwandten Genen in Zusammenhang stehen.
Lippman sagt, dass diese Entdeckung nicht nur dazu genutzt werden könnte, Pflanzen ohne Stacheln zu züchten, sondern auch große Auswirkungen auf das Verständnis der konvergenten Evolution allen Lebens hat. Das heißt, wie völlig unterschiedliche Arten unabhängig voneinander ähnliche Merkmale entwickeln.
„Sie fragen eigentlich nach dem Leben im Allgemeinen – nach der Evolution von Merkmalen. Wie entstehen sie? Wie werden sie verändert? Was sind die zugrundeliegenden Mechanismen? Was können wir über Dinge lernen, die wir für selbstverständlich halten?“, erklärt er.
Die Antwort könnte eines Tages weniger bekannte Arten wie Wüstenrosinen zu einem neues Obst in Supermärkten. Zumindest sollte es den Gärtnern das Leben leichter machen, die lästigen Dornen von Rosen zupfen.
Mehr Informationen:
James W. Satterlee et al., Konvergente Evolution von Pflanzenstacheln durch wiederholte Genkooption über lange Zeiträume, Wissenschaft (2024). DOI: 10.1126/science.ado1663. www.science.org/doi/10.1126/science.ado1663