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Das Jugendliche Genom Der Alten Eiche überrascht Biologen
Das Jugendliche Genom Der Alten Eiche überrascht Biologen

Video: Das Jugendliche Genom Der Alten Eiche überrascht Biologen

Video: Sichtbar werden, sichtbar sein! Ein Film des Kinderheims an der alten Eiche. 2022, Dezember
Anonim

Die DNA eines 234 Jahre alten Baumes weist nur wenige Mutationen auf, was darauf hindeutet, dass Pflanzen ihre Stammzellen schützen.

Das jugendliche Genom der alten Eiche überrascht Biologen
Das jugendliche Genom der alten Eiche überrascht Biologen

Die hoch aufragende 234 Jahre alte Napoleon-Eiche auf dem Campus der Universität Lausanne in der Schweiz hat sowohl meteorologische als auch politische Stürme überstanden. Der Baum war jung, als Napoleons Truppen 1800 durch die Stadt zogen, und hat sich zu einem majestätischen Wahrzeichen der Stadt entwickelt. Aber während alledem ist sein Genom weitgehend - und überraschend - unverändert geblieben.

Forscher der Universität entdeckten diese unerwartete Stabilität, nachdem sie das Genom in verschiedenen Zweigen des Baumes sequenziert hatten. Ihre Arbeit wurde am 13. Juni als bioRxiv-Preprint veröffentlicht, der nicht von Experten begutachtet wurde, und es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass Pflanzen ihre Stammzellen vor Mutationen schützen können. Die Praxis kann wertvoll sein, um ihre Gesundheit über eine Lebensdauer von Hunderten von Jahren zu erhalten.

„Wenn Sie nur immer mehr Mutationen ansammeln, sterben Sie schließlich an einem Zusammenbruch der Mutationen“, sagt Cris Kuhlemeier, Entwicklungsbiologe an der Universität Bern in der Schweiz.

Jedes Mal, wenn sich eine Zelle teilt, können Mutationen aufgrund von Fehlern beim Kopieren des Genoms auftreten. Tiere schützen ihre Fortpflanzungszellen vor diesen Mutationen, indem sie sie früh in der Entwicklung isolieren. Diese Zellen, Keimbahn genannt, folgen dann einem anderen Entwicklungspfad und weisen typischerweise eine geringe Zellteilungsrate auf.

Pflanzen haben jedoch keine eigene Keimbahn: Der Stammzellencluster, aus dem die Fortpflanzungsteile von Blüten hervorgehen, erzeugt auch Pflanzenstängel und -blätter. Aus diesem Grund dachten die Wissenschaftler, dass die Stammzellen viele Mutationen ansammeln würden und dass sich neuere Zweige an der Spitze eines langlebigen Baumes bemerkenswert von den unteren Zweigen unterscheiden würden.

Verzweigen

Der Pflanzenbiologe Philippe Reymond und sein Team an der Universität Lausanne beschlossen, diese Hypothese anhand der wertvollen Eiche der Universität zu testen. Sie sequenzierten das Genom aus Blättern auf unteren, älteren und oberen, jüngeren Zweigen und ermittelten die Anzahl der Einzelbuchstabenänderungen, die sie in der DNA des Baumes fanden. (Reymond lehnte es ab, von Nature interviewt zu werden, da das Papier derzeit in einer wissenschaftlichen Zeitschrift geprüft wird.)

Das Team stellte fest, dass die Anzahl der Mutationen viel geringer war als erwartet, basierend auf Berechnungen der Anzahl der Zellteilungen, die zwischen dem unteren und dem oberen Zweig auftraten.

"Es ist eine verlockende Studie", sagt Daniel Schoen, Pflanzenentwicklungsbiologe an der McGill University in Montreal, Kanada. "Es berührt etwas, das immer im Hinterkopf der Pflanzenbiologen kochte."

Es ist noch zu früh zu sagen, wie allgemein dieses Phänomen bei Pflanzen sein wird, warnt Karel íha, Pflanzengenetiker am Mitteleuropäischen Technologieinstitut in Brno, Tschechische Republik. Die Forscher untersuchten auch nur eine Art von genetischer Veränderung - Einzelbuchstabenänderungen an der Sequenz - und bewerteten keine anderen Arten von Mutationen, wie z. B. deletierte DNA.

Mao-Lun Weng, ein Pflanzenentwicklungsbiologe an der South Dakota State University in Brookings, stellt fest, dass das Team einen strengen Filter verwendet hat, um Hintergrundgeräusche in den Sequenzierungsdaten auszusortieren, und möglicherweise versehentlich einige Mutationen übersehen hat.

Samen pflanzen

Dies könnte bedeuten, dass einige Mutationen in der Analyse nicht berücksichtigt wurden. Aber íha und Weng stellen schnell fest, dass die Ergebnisse mit zwei im letzten Jahr veröffentlichten Studien übereinstimmen. In der ersten Studie unter der Leitung von Kuhlemeier verfolgten die Forscher einzelne Stammzellteilungen in der Wachstumsregion von Pflanzen, die als Meristem bezeichnet wird. Sie fanden heraus, dass das Meristem in Tomaten- und Talkresse (Arabidopsis) einen Satz von drei oder vier Zellen enthält, die beiseite gelegt werden und sich viel seltener teilen als die anderen Zellen in der Region. Die andere von íha geleitete Studie fand ebenfalls wenige Mutationen zwischen alten und neuen Blättern in der Ackerschmalwand.

Für Kuhlemeier geben die Ergebnisse eine Antwort auf eine Frage, die ihn seit einer Reise nach Oregon vor 20 Jahren beunruhigt hat. Als Kuhlemeier zu einer hochfliegenden, 400 Jahre alten Douglasie aufblickte, fragte er sich, wie sich die Äste zur Spitze des Baumes von denen zur Unterseite unterscheiden würden. „Ich hatte mir einen Baum immer nicht als Organismus vorgestellt, sondern als eine Ansammlung von Organismen mit unterschiedlichen Genomen - eher wie eine Kolonie“, sagt er. Viele Ökologen teilten seine Ansicht, aber jetzt hat er begonnen, seine frühere Idee in Frage zu stellen.

Ein klareres Bild der Pflanzenentwicklung könnte den Züchtern helfen, da sie sich zunehmend auf langlebige, mehrjährige Pflanzen konzentrieren, sagt Schön. „Wenn es mit zunehmendem Alter der Pflanzen eine Ansammlung von Mutationen gibt, die sich auf die Vitalität auswirken könnte, möchten wir dies wissen“, sagt er. "Wir brauchen mehr Informationen dieser Art."

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