Forschung: Die Evolution von Blütenpflanzen

Er unterscheidet die Blütenpflanzen von anderen Landpflanzengruppen und ist ihre wichtigste Innovation: der Fruchtknoten. Das komplexeste aller Pflanzenorgane entwickelt sich im Zentrum von Blüten.

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Arbeitsgruppe an der Universität Gießen erforscht den genetischen Ursprung des Fruchtknotens – Zwei Publikationen in der Zeitschrift „Molecular Biology and Evolution“
Er unterscheidet die Blütenpflanzen von anderen Landpflanzengruppen und ist ihre wichtigste Innovation: der Fruchtknoten. Das komplexeste aller Pflanzenorgane entwickelt sich im Zentrum von Blüten. Nach der Befruchtung entwickeln sich daraus Früchte, Nüsse und Samen wie Getreidekörner – was ihn auch wirtschaftlich bedeutsam macht. Die Evolution der Gene, die die Entwicklung des Fruchtknotens steuern, hat nun die Arbeitsgruppe Entwicklungsbiologie der Pflanzen von Prof. Dr. Annette Becker am Institut für Botanik der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) erforscht.

In Kooperation mit dem Institut für Bioinformatik und Systembiologie der JLU haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projektes die evolutionäre Geschichte der wichtigsten Gene rekonstruiert, die an der Entwicklung des Fruchtknotens beteiligt sind. Dabei zeigte sich, dass im Laufe der Landpflanzenevolution die Anzahl der an der Fruchtknotenentwicklung beteiligten Gene fast kontinuierlich zugenommen hat – ursprünglich war man davon ausgegangen, dass ein großer Teil dieser Entwicklungskontrollgene zeitgleich mit dem Ursprung der Blütenpflanzen entstanden ist. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler fanden auch heraus, dass ein kleiner Teil von Entwicklungsregulatoren, die den Öffnungsmechanismus von Früchten steuern, erst sehr spät während der Blütenpflanzenevolution entstanden ist – und zwar durch Genduplikationen. Sie konnten zudem zeigen, dass die Fruchtöffnung in verschiedenen Blütenpflanzengruppen auf ähnliche Weise funktioniert, obwohl andere Gene an der Entwicklung der zuständigen Gewebe beteiligt sind.

Über die evolutionäre Entwicklung des Fruchtknotens war bislang wenig bekannt, während die Gennetzwerke, die die Fruchtknotenentwicklung bei der Modellpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) steuern, recht gut untersucht sind. Die nun in zwei Arbeiten veröffentlichten Ergebnisse stellen eine wichtige Grundlage für weitere Studien dar, die sich mit der molekularen Evolution des Fruchtknotens von häufig landwirtschaftlich bedeutsamen Blütenpflanzen beschäftigen. (Justus-Liebig-Universität Gießen)

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