Den Forschenden gelang es nachzuweisen, dass in Wachendorfia-Arten ein „Supergen“ darüber entscheidet, ob die Pflanzen dauerhaft links- oder rechtsseitig verbogene Griffel und Staubblätter ausbilden. In diesem Supergen liegen zwei Schlüsselfaktoren, die jeweils die Ausrichtung von Staubblättern und Griffeln steuern und so eine präzise, spiegelbildliche Platzierung der Geschlechtsorgane ermöglichen.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass zwei eng gekoppelte Gene gemeinsam dafür sorgen, dass Pollen genau dort auf dem Körper von Bestäubern platziert wird, wo er von der jeweils spiegelbildlichen Blütenform wieder aufgenommen werden kann“, erklärt Erstautor Dr. Haoran Xue, Bioinformatiker am Institut für Biochemie und Biologie der Universität Potsdam. „Dieses Supergen koppelt die Ausrichtung von Griffel und Staubblatt so eng, dass die Pflanzen zuverlässig auf Fremdbestäubung angewiesen bleiben – ein eleganter Mechanismus zur Förderung genetischer Vielfalt.“
Das Team konnte zeigen, dass sich die Griffel während der Knospenentwicklung drehen und anschließend durch die Schwerkraft gesteuert asymmetrisch nach links oder rechts der Blütenmitte weiterwachsen. Biomechanische Modelle und Kulturversuche belegen, dass beide Komponenten – Drehung und schwerkraftgesteuertes Wachstum – notwendig sind, um die beobachtete starke Abweichung von der Blütenmittelachse zu erzeugen. „Besonders spannend ist, dass Links und Rechts hier nicht wie bei vielen Tieren relativ zu inneren Körperachsen festgelegt werden, sondern relativ zu einem äußeren Signal – der Schwerkraft“, sagt Xue.
Für die zellbiologischen Untersuchungen nutzte das Team Pflanzen der Art Wachendorfia thyrsiflora, die im Botanischen Garten der Universität Potsdam kultiviert werden. „Ohne die lebenden Bestände im Botanischen Garten hätten wir viele der mikroskopischen und entwicklungsbiologischen Analysen gar nicht durchführen können“, betont Xue. „Die enge Verzahnung von Botanischem Garten, experimenteller Pflanzenbiologie und moderner Genomik ist ein echter Standortvorteil der Universität Potsdam.“
Die jetzt publizierte Arbeit ist das Ergebnis einer langjährigen Kooperation: Forschende aus Kapstadt brachten ihre Expertise in Feldarbeiten und molekularen Analysen in südafrikanischen Populationen von Wachendorfia ein, während das Team in Wageningen mathematische und biomechanische Modelle zur Erklärung der Organbewegungen entwickelte. „Die Kombination aus Feldarbeit und Laborexperimenten in Südafrika, theoretischer Modellierung in Wageningen und genomischer sowie zellbiologischer Analyse in Potsdam war entscheidend dafür, das Rätsel der spiegelbildlichen Blüten umfassend zu lösen“, sagt Seniorautor Prof. Michael Lenhard von der Universität Potsdam.
„Unsere Ergebnisse unterstreichen außerdem, dass Supergene ein wiederkehrendes Prinzip sind, wenn mehrere Merkmale perfekt aufeinander abgestimmt werden müssen – hier die Ausrichtung von Griffel und Staubblatt“, resümiert Xue. „Das hilft uns besser zu verstehen, wie Pflanzen ihre Bestäuber präzise ‚programmieren‘ und damit Artenbildung und ökologische Anpassung vorantreiben.“
Universität Potsdam
Originalpublikation:
Haoran Xue, Marco Saltini, Nicola Illing, Kelly Shepherd, Olivia Page-Macdonald, Oliver Marketos, Caroline Robertson, Anand Shankar, Sarah Süß, Christian Kappel, Saleh Alseekh, Eva E. Deinum, Robert A. Ingle, Michael Lenhard: Supergene control of chiral development in mirror-image flowers, Science, https://doi.org/10.1126/science.aeb1157
