Neue Pflanzenarten entstehen häufiger als gedacht durch Genom-Vervielfältigung

Eine Vervielfältigung des Chromosomensatzes ("Polyploidie") trägt bei Farn- und Blütenpflanzen rund viermal häufiger zur Entstehung neuer Arten bei als bislang angenommen. Das ist das Ergebnis einer Studie, die ein Wissenschaftler der Universität Münster gemeinsam mit Kollegen aus den USA und Kanada durchgeführt hat.

Mit "Polyploidie" bezeichnen Biologen eine vererbbare Erhöhung der Anzahl von Kopien des Genoms. Jedes Chromosom, also jede Einheit des Genoms, liegt dann in den Zellen statt wie üblich in zwei Kopien mindestens dreimal vor. Während dieses Phänomen im Tierreich nur selten vorkommt, ist es bei Pflanzen häufig. Oft treten durch diese Vervielfältigung neue Merkmale auf, so dass neue Formen der Pflanze und schließlich neue Arten entstehen können. Viele Nutzpflanzen wie Weizen, Mais oder Kartoffeln sind polyploid und dadurch ertragreicher als die Wildformen.

Für ihre Untersuchung haben die Wissenschaftler vorhandene genetische Daten von mehr als 28.000 Gefäßpflanzenarten (Farn- und Blütenpflanzen) verglichen und rund 2000 Artbildungsereignisse untersucht. Bei Blütenpflanzen ist die Entstehung neuer Arten in 15 Prozent der Ereignisse mit einer Erhöhung der Anzahl der Genom-Kopien verbunden. Bei Farnen sind es sogar 31 Prozent. Rund 35 Prozent der untersuchten Arten sind polyploid. "Die Entstehung neuer Arten durch das Auftreten von Polyploidie ist bei Gefäßpflanzen viel häufiger als bislang angenommen", sagt Troy Wood vom Institut für Evolution und Biodiversität der Universität Münster, der federführend an der Studie beteiligt ist. "Pünktlich zum Darwin-Jahr ist es uns gelungen, das Geheimnis des Ursprungs eines großen Teils der Artenvielfalt bei Pflanzen zu erklären."

Die Studie zeigt auch, dass Pflanzen, die einen vervielfältigten Chromosomensatz haben, nicht mehr neue Arten hervorbringen als ihre engen Verwandten mit einem einfachen oder weniger stark vervielfältigten Chromosomensatz. Wood sagt dazu: "Das ist auch ein wichtiges Ergebnis. Viele Botaniker sehen in dem Auftreten von Polyploidie eine Anpassung, die mit einem evolutionären Vorteil verbunden ist. Unsere Untersuchung legt nahe, dass dies nicht unbedingt der Fall sein muss."

Ihre neuen Erkenntnisse zur Evolution der Pflanzen haben die Forscher in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift "Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA" (PNAS, "Early Edition") veröffentlicht.

Quelle: Westfaelische Wilhelms-Universität Münster