Saftfrüchte haben im Laufe der Evolution mehrere Mechanismen entwickelt, um die Reifung zu regulieren. Jetzt haben Pflanzenforscher die molekularen Grundlagen entschlüsselt. Sie umfassen Genomverdoppelungen und Einflüsse des Epigenoms.
Bedecktsamer bilden die größte Gruppe der Pflanzen. Innerhalb dieser Gruppe war es ein großer evolutionärer Fortschritt, als sogenannte Saftfrüchte entstanden: Wurden Samenkörner von Trockenfrüchten zuvor nur durch einen mechanischen Ausstoß, Wind oder den Kontakt mit Tieren verbreitet, vergrößerte sich nun der Radius der Verbreitung deutlich: Tiere, die die Früchte der Saftfrüchte verzehren, scheiden die unverdauten Samen nach einiger Zeit wieder aus – und das dann oft an weit entfernten Orten. Das verringert Konkurrenz zwischen Pflanzeneltern und ihren Nachkommen und verbesserte den Fortpflanzungs- und Verbreitungserfolg der Saftfrüchte.
Von zentraler Bedeutung ist für die Saftfrüchte dabei die Regulation der Reifung. Verschiedene klimakterische (nachreifende) Saftfrüchte haben trotz unabhängiger Evolution das Pflanzenhormon Ethylen als Reifungssignal. Es löst den Prozess aus, der Farbe, Textur, Geschmack und Nährwert der Frucht verändert. In zu großer Menge bewirkt Ethylen jedoch den Verfall der Frucht. Ein internationales Forschungsteam hat nun herausgefunden, wie Pflanzen die Synthese von Ethylen und die mit der Reifung verbundenen Signale steuern.
Umfangreiche Datenbasis durch „fruitENCODE“
Als Grundlage dienten den Pflanzenforschern um Silin Zhong von der Chinese University of Hong Kong die Daten aus dem Projekt „fruitENCODE“, das ähnlich wie das humane „ENCODE“-Projekt nicht nur Gene, sondern umfassend die DNA-Informationen analysiert. Dazu gehören die Genexpression, die DNA-Methylierung, Veränderungen der Histone, die Zugänglichkeit der Chromatinregionen und Bindungsstellen für die Interaktion von Proteinen mit der DNA.
Insgesamt umfassen die Daten 361 Transkriptome, 71 Chromatin-, 147 Histon- und 45 DNA-Methylierungsprofile, die mittels verschiedener Sequenzierungsmethoden gewonnen wurden (whole genome bisulfite sequencing, ChIP-Seq, Dnase I-Seq und RNA-Seq).
In den Daten entdeckten die Wissenschaftler drei unterschiedliche transkriptionelle Regelkreise für die Fruchtreifung in klimakterischen Saftfrüchten:
1. Eudikotyledonen wie Tomate, Apfel und Birne, die in ihrer Evolution eine Genomduplikation erfahren haben, nutzen die duplizierten MADS-Transkriptionsfaktoren.
2. Arten ohne Genomduplikation wie Pfirsich, Papaya und Melone verwenden die eigentlich für die Seneszenz relevanten NAC-Transkriptionsfaktoren.
3. Einen dritten Fall bildet die monokotyledone Banane, bei der eine Genomverdoppelung vorliegt und die beide regulatorischen Kreise miteinander verbindet. So kann sie nach Beginn der Reifung Ethylen-Inhibitoren umgehen.
Außerdem stellte sich heraus, dass die beteiligten Gene und ihre epigenetische Regulation auch in nichtklimakterischen und sogar in Trockenfrüchten existieren. Das lässt auf einen gemeinsamen Ursprung in Regulationsprozessen mit anderer Funktion in evolutionär älteren Bedecktsamern schließen.
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Quelle: Pflanzenforschung.de