In einer neuen internationalen Studie mit Beteiligung der Universität Salzburg haben Forscherinnen und Forscher herausgefunden, dass große Genommutationen im Zusammenspiel mit der durch die Bestäuber ausgeübte natürlichen Selektion, einen Einfluss auf das Aussehen von Blüten haben. Die Studie wurde im renommierten Fachjournal "Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)" veröffentlicht. Um ein umfassendes Bild zu erhalten, analysierten die Forschenden über 1.800 Pflanzen von 40 Standorten aus dem gesamten Verbreitungsgebiet der Art.

Einige Pflanzenarten sind sehr vielfältig im Aussehen ihrer Blüten über ihr Verbreitungsgebiet hinweg oder sogar innerhalb von einem Standort. Eine solche Art ist das kalifornische Steinbrechgewächs mit dem wissenschaftlichen Namen Lithophragma bolanderi. Zwei kleine Falterarten sind wichtige Bestäuber dieser Art. Eine Falterart bestäubt die Blüten sehr effektiv, während sie Eier in die Blüte hineinlegt. Wenn die Larven geschlüpft sind, fressen sie einen kleinen Anteil der Samen. Die Koevolution der Pflanze mit den beiden Bestäubern über Jahrmillionen hat die Vielfalt im Aussehen der Blüten geformt, aber sie kann nicht die ganze Blütenvielfalt erklären.

Polyploide Pflanzen

"Mit einer groß angelegten Untersuchung, die vor acht Jahren begonnen hat, ist es uns nun gelungen zu zeigen, dass große Genommutationen für die große Blütenvielfalt mitverantwortlich sind", berichtet Magne Friberg, Dozent an der Lund Universität in Schweden und Letztautor der Studie. Diese Genommutationen verdoppeln oder vervielfachen die ganzen Chromosomensätze des Genoms. Es entstehen polyploide Pflanzen. "Viele Pflanzenarten, darunter viele Nutzpflanzen wie Weizen, Zuckerrohr, Raps oder Erdbeere, sind polyploid", sagt Karin Gross, Forscherin an der Universität Salzburg und Erstautorin der Studie.

Mit modernen genomischen Analysen konnte die Forschungsgruppe aufdecken, dass in der evolutiven Geschichte der Studienart mehrere Genomverdopplungen stattgefunden haben. Pflanzen mit doppeltem, vierfachem und sechsfachem Chromosomensatz sind in einem mosaikartigen, geografischen Muster über das Verbreitungsgebiet der Pflanze verteilt. "Pflanzen mit vierfachem und sechsfachem Chromosomensatz haben grössere Blüten und Blüten mit einer anderen Form als Pflanzen mit doppeltem Chromosomensatz", erklärt Karin Gross und ergänzt: "Wir haben künstlich Pflanzen mit vierfachem Chromosomensatz erzeugt. Das ermöglichte es uns den Einfluss der Bestäuber vom Einfluss der Genommutationen auf das Aussehen der Blüten auseinanderzuhalten." Magne Friberg fügt hinzu: "Die Genomverdopplung hat vor allem eine Vergrößerung der Blüten zur Folge, während die natürliche Selektion der Bestäuber dann vor allem die Form der Blüten beeinflusst."

Für diese Studie war eine Kombination aus Gewächshausexperimenten, Feldbeobachtungen und modernsten genomischen Analysen notwendig. Sie trägt zum besseren Verständnis bei, wie die fantastische Blütenvielfalt in der Natur entsteht. Solche Forschungsprojekte sind wichtig, um zu verstehen, wie Biodiversität entsteht und erhalten werden kann.

Originalstudie

Gross, Yazdi, Schlager, Lilley, Romero-Bravo, Runemark, Thompson, Friberg (2025) Repeated polyploidization shapes divergence in floral morphology in Lithophragma bolanderi (Saxifragaceae). PNAS.

Kontakt:
Universität Salzburg
Dr. Karin Gross
Fachbereich für Umwelt und Biodiversität
Hellbrunner Straße 34, 5020 Salzburg
E-Mail: karin.gross@plus.ac.at
Tel.: +43 662 8044 5546

Lund University
Magne Friberg, universitetslektor, Biologiska institutionen
E-Mail: magne.friberg@biol.lu.se
Tel.: +46 46 222 89 68; +46 73 529 33 73