Phänotypische Plastizität ermöglicht es Pflanzen, ihre physischen Merkmale als Reaktion auf Umweltveränderungen anzupassen, was eine entscheidende Rolle für ihr Überleben und ihre Anpassungsfähigkeit spielt. Während sich die Forschung in der Vergangenheit hauptsächlich darauf konzentrierte, wie sich diese Merkmale innerhalb einer einzigen Generation manifestieren, ist die genetische Grundlage der transgenerationalen Vererbung weitgehend unerforscht. Die Beseitigung dieser Lücke ist unerlässlich, um vollständig zu verstehen, wie Pflanzen adaptive Merkmale von einer Generation an die nächste weitergeben.
Neu Forschung zur phänotypischen Plastizität, die von Teams der Beijing Forestry University und der Tsinghua University durchgeführt wurde, wurde am 25. Juni 2024 veröffentlicht in Gartenbauforschung.
Mithilfe eines verschachtelten Versuchsdesigns wurde untersucht, wie mütterliche Lichtverhältnisse die phänotypischen Merkmale der Nachkommen von Arabidopsis thaliana beeinflussen. Durch die Integration ökologischer und rechnergestützter Methoden identifizierten die Forscher kritische genetische Regionen, die mit der transgenerationalen phänotypischen Plastizität verbunden sind, und lieferten so neue Einblicke in die Anpassungsmechanismen von Pflanzen.
Die Studie setzte ein reziprokes experimentelles Design um, bei dem rekombinante Inzuchtlinien (RILs) von Arabidopsis unter starken und schwachen Lichtbedingungen kultiviert wurden. Die Nachkommen wurden dann sowohl in passenden als auch in kontrastierenden Lichtumgebungen gezüchtet. Mit diesem Aufbau konnten die Forscher den Einfluss mütterlicher Bedingungen auf Merkmale wie die Blattzahl beurteilen und verstehen, wie diese Merkmale über Generationen hinweg vererbt werden.
Die Ergebnisse zeigten, dass sich das genetische Gerüst der phänotypischen Plastizität zwischen den Generationen entwickelt und maßgeblich von den Umwelterfahrungen der Mutter beeinflusst wird. Es wurden spezifische quantitative Trait Loci (QTLs) identifiziert, die mit der phänotypischen Plastizität in Zusammenhang stehen und je nach Lichtverhältnissen und Generationskontext variieren. Die Studie unterstrich ein komplexes Zusammenspiel zwischen genetischen und epigenetischen Faktoren, die diese Anpassungsreaktionen steuern.
Dr. Rongling Wu, der leitende Autor der Studie, erklärte: „Unsere Forschung bietet einen detaillierten Einblick in die Art und Weise, wie Pflanzen über Generationen hinweg sowohl auf genetischem als auch auf nicht-genetischem Wege adaptive Merkmale vererben. Das Erkennen der komplexen Wechselwirkungen zwischen mütterlichen Umgebungen und Merkmalen der Nachkommen könnte den Weg ebnen, die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen gegenüber dem Klimawandel zu verbessern.“
Diese Forschung bietet wichtige Einblicke in die Anpassungsstrategien von Pflanzen, die für die Landwirtschaft und den Umweltschutz von unschätzbarem Wert sind. Das Verständnis der genetischen und epigenetischen Grundlagen der phänotypischen Plastizität kann Züchtern und Wissenschaftlern dabei helfen, die Reaktionen von Pflanzen auf zukünftige Umweltprobleme vorherzusagen und so die Entwicklung widerstandsfähigerer Nutzpflanzen voranzutreiben.
Die Studie bereichert außerdem unser Verständnis der Evolutionsbiologie und zeigt, wie Organismen über Generationen hinweg mit Umweltschwankungen zurechtkommen.
Weitere Informationen:
Jincan Che et al., Ein verschachteltes reziprokes experimentelles Design zur Kartierung der genetischen Architektur der transgenerationalen phänotypischen Plastizität, Gartenbauforschung (2024). DOI: 10.1093/hr/uhae172