Wenn sich Hybridsamen nicht entwickeln, liegt der Grund oft im Endosperm - einem Gewebe in Pflanzensamen, das den heranwachsenden Embryo mit Nährstoffen versorgt, ähnlich wie die Plazenta den Embryo von Säugetieren ernährt. Ohne eine korrekte Entwicklung des Endosperms können die Samen nicht überleben. Eine neue Studie unter der Leitung der Forschungsgruppe von Prof. Dr. Claudia Köhler hat bei der Erforschung der Familie der Kreuzblütler, zu der Senf, Brokkoli, Raps und andere wichtige Nutzpflanzen gehören, eine entscheidende Entdeckung gemacht. Die Studie zeigt einen engen Zusammenhang zwischen der Überlebensfähigkeit von Hybridsamen und einem Mangel an mütterlichen kleinen RNA. Diese kleinen Moleküle werden von der Mutterpflanze auf das Endosperm übertragen und steuern die Genaktivität im Endosperm. Wenn die Genexpression in einem Samen abnormal ist, kommt die Entwicklung des Samens zum Stillstand, was schließlich zu seinem Absterben führt.
„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Dosierung der mütterlicherseits bereitgestellten kleinen RNA darüber entscheiden kann, ob ein Hybridsamen wächst oder nicht“, erklärt Dr. Katarzyna Dziasek, die Hauptautorin der Studie. „Indem wir die Menge dieser RNA-Moleküle kontrollieren, können wir möglicherweise die Überlebenschancen von Hybridsamen verbessern und die Barrieren überwinden, die lange Zeit eine erfolgreiche Kreuzung zwischen zwei verschiedenen Pflanzenarten verhindert haben.“
Interessanterweise ist dieser Mechanismus nicht nur bei Pflanzen zu finden. Ein ähnliches Phänomen, bekannt als Hybriddysgenese, tritt bei Fruchtfliegen auf. In diesem Fall schützen kleine RNAs der Mutter vor genetischen Störungen, die auftreten können, wenn das genetische Material des Vaters zu stark abweicht. Sowohl bei Pflanzen als auch bei Tieren spielen die mütterlichen kleinen RNAs also eine zentrale Rolle bei der Bestimmung der Artenkompatibilität bei der Hybridisierung. Wie diese kleinen RNAs entstehen und von der Mutterpflanze auf das Endosperm übertragen werden, sind Schlüsselfragen, die derzeit im Labor von Claudia Köhler am Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie untersucht werden.
Diese Forschung eröffnet neue Ansätze für Pflanzenzüchter, die Überlebenschancen von Hybridsamen und damit auch die Übertragung nützlicher Eigenschaften zwischen Arten zu verbessern. Durch das Verständnis der molekularen Mechanismen, die dem Absterben von Hybridsamen zugrunde liegen, können Züchter möglicherweise widerstandsfähigere Pflanzen entwickeln, die Umweltbelastungen besser standhalten, den Ertrag steigern und die Erhaltung der Artenvielfalt unterstützen.
Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie
Originalpublikation:
Dziasek, K., Santos-González, J., Wang, K. et al. Dosage-sensitive maternal siRNAs determine hybridization success in Capsella. Nat. Plants (2024). doi.org/10.1038/s41477-024-01844-3
