13.07.18 09:30

Internationales Forschungsteam identifiziert Landpflanzen-Gene bei Armleuchteralgen

Wie eine Alge das Land eroberte und für immer veränderte

Von: Redaktion

Der Ursprung der Landpflanzen geht auf eine einzige Algenart zurück. Diese trug in ihren Erbanlagen die nötigen Gene um den Landgang zu bewältigen und sich auf dem Trockenen breit zu machen. Ein internationales Konsortium hat nun den Genbestand von „Brauns Armleuchteralge“ entschlüsselt und mit dem von Landpflanzen verglichen.

Eine Schönheit ist die Armleuchteralge, hier Chara braunii in Kultur, mit zwei ovalen Oogonien (weibliche Gametangien) mit assoziierten kleineren und rundlichen Antheridien (männliche Gametangien). Coverfoto Cell 2018, Foto: T. Nishiyama und S. Rensing

Insbesondere für die Bildung der Zellwand greift die Alge auf Erbanlagen zurück, wie sie auch bei Landpflanzen vorkommen, schreiben der Evolutionäre Zellbiologe PD Dr. Sven B. Gould und ein Team unter der Leitung des Marburger Zellbiologen Professor Stefan Rensing und des japanischen Genetikers Professor Nishiyama, im Fachblatt „Cell“.

Landpflanzen bilden eine außerordentlich vielfältige Gruppe von Lebewesen, die eine Fülle von Anpassungen an ganz unterschiedliche Lebensräume aufweisen – mächtige Baumriesen gehören ebenso dazu wie zarte Kräuter, Moose genauso wie Blütenpflanzen. „Alle Landpflanzen gehen auf eine Alge zurück, die mit den heutigen Armleuchteralgen verwandt sind“, erklärt Sven Gould von der HHU Düsseldorf. Die beiden Linien trennten sich vor mehr als 500 Millionen Jahren.

Als die ersten Pflanzen an Land gingen, waren sie mit veränderten Umweltbedingungen konfrontiert. So mussten sich die Pioniere unter anderem gegen Austrocknung schützen. „Es gibt mehrere Algengruppen, die das Land besiedelt haben, aber nur eine davon hat sich zur Großgruppe der Landpflanzen weiterentwickelt“, erläutert Rensing. Aber welche Anpassungen waren erforderlich?

Um das herauszufinden, präsentiert die internationale erstmals das Genom der Armleuchteralgenart Chara braunii, um es mit dem von Landpflanzen zu vergleichen. „Unsere vergleichende Analyse deckt Gene auf, die im gemeinsamen Vorfahren der Armleuchteralgen und Landpflanzen entstanden“, führt der Studienleiter Rensing aus – Gene, die über Hunderte von Millionen von Jahren erhalten blieben. „Diese Gene stehen für evolutionäre Veränderungen, die mit der Entstehung einer vielfältigen morphologischen Komplexität einhergingen, wie wir sie von Landpflanzen kennen.“

Eine der auffälligsten Neuerungen, die das Autorenteam in den Genen dieser Algen und Landpflanzen nachweisen kann, betrifft die Zellteilung und den Aufbau der Zellwand – kein Wunder, wenn man an die Bedeutung denkt, die der Schutz vor Austrocknung für den Landgang hatte. „Ähnlich wie Landpflanzen führen die Armleuchteralgen eine Zellteilung durch, bei der spezielle Proteine eine Zellplatte zusammensetzen. Diese entwickelt sich anschließend zur neuen Querwand“, schreiben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler.

„Unsere Daten zeigen: Eine Reihe von Genen, die in der wissenschaftlichen Literatur bisher als Landpflanzen-typisch galten, finden sich schon bei den Armleuchteralgen“, legt Rensing dar. Daneben gibt es bei „Brauns Armleuchteralge“ aber auch Neuerungen, die bei den ältesten Landpflanzen wieder verloren gingen.

Originalpublikation: Tomoaki Nishiyama, Hidetoshi Sakayama & al.: The Chara genome: secondary complexity and implications for plant terrestrialization, Cell 2018, DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.06.033

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