Die Arbeit eines Fakultätsmitglieds der Mississippi State University über Pflanzensymbiose – eine für beide Seiten vorteilhafte Beziehung zwischen lebenden Organismen – widerspricht der neueren Theorie des „einzelnen Ursprungs“, wonach alles Leben an einem einzigen Punkt entstand. Stattdessen schlägt sie die Theorie des „mehrfachen Ursprungs“ vor, die zu einem besseren Verständnis der gentechnischen Veränderung von Nutzpflanzen führt.
Ryan A. Folk, Assistenzprofessor im Fachbereich Biowissenschaften der MSU und Herbariumskurator, ist Autor eines Artikels veröffentlicht diesen Monat in Naturkommunikation Er untersucht die Wurzelknöllchensymbiose (RNS), die Pflanzen ermöglicht, atmosphärischen Stickstoff zu nutzen, der durch eine mutualistische Beziehung mit Bodenbakterien in nutzbare Formen umgewandelt wird. Er schließt sich Forschern der University of Florida und einem internationalen Team an.
„Die Geschichte eines einzigen Ursprungs ist in den letzten Jahren sehr populär geworden, insbesondere unter jenen, die eine genetische Symbiose bei Nutzpflanzen erreichen wollen. Anhand von Genomdaten von 13.000 Arten und ausgefeilten statistischen Modellen konnten wir jedoch mit Sicherheit ein Szenario mit mehreren Ursprüngen identifizieren. Symbiose ist ein komplexes Merkmal und unsere Arbeit identifiziert ideale experimentelle Systeme, um die molekularen Mechanismen, die zur Entstehung der Symbiose geführt haben, besser zu verstehen“, sagte Folk. „Unsere Arbeit ist der erste große Gegenschlag gegen die Idee eines einzigen Ursprungs, wie sie von jenen vertreten wird, die an Genomvergleichen arbeiten.“
Folk sagte, die Idee eines einzigen Ursprungs würde bedeuten, dass die gentechnische Veränderung von Nutzpflanzen wie Reis und Mais durch den Einsatz stickstoffbindender Bakterien eine „geringere Hürde“ darstelle.
„Unsere Ergebnisse, die auf mehrere Ursprünge hinweisen, verkomplizieren das Bild, weil sie eine geringere Rolle gemeinsamer genetischer Mechanismen nahelegen“, sagte Folk. „Dies würde es schwieriger machen, Nutzpflanzen, die keine Hülsenfrüchte sind, so zu transformieren, dass sie eine ähnliche Stickstoff fixierende Symbiose eingehen, aber mehrere Ursprünge bedeuten auch unterschiedliche Mechanismen oder, wie wir argumentieren, eine erweiterte ‚evolutionäre Palette‘, die solche Experimente leitet.“
Folks Artikel legte den Grundstein für seine detaillierte Untersuchung der Stickstoffumwandlung in der Natur.
Folks MSU-Labor verwendet genomische und bioinformatische Techniken, um die Ursprünge der Pflanzenvielfalt aus evolutionärer und ökologischer Perspektive anhand einer Vielzahl von Pflanzengruppen und Lebensräumen zu dokumentieren. Seine Arbeit basiert auf dem Herbarium der MSU, das etwa 38.000 Gefäßpflanzenproben aus aller Welt beherbergt, mit Schwerpunkt auf dem Südosten der USA.
Mehr Informationen:
Heather R. Kates et al., Verschiebungen in der evolutionären Labilität liegen unabhängigen Gewinnen und Verlusten der Wurzel-Knöllchen-Symbiose in einer einzigen Pflanzengruppe zugrunde, Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-48036-3