Zusammenspiel zweier entfernt gelegener Loci
Die Selbstinkompatibilit?t bei Gr?sern basiert im Wesentlichen auf dem Zusammenspiel der beiden Gen-Orte (dem S-Locus und dem Z-Locus), die auf unterschiedlichen Chromosomen liegen.
Die Gene sind der Bauplan f¨¹r drei unterschiedliche Proteine, die eine Art Schl¨¹ssel-Schloss-Mechanismus aufbauen. Dieser erkennt, ob der Pollen, der auf das Narbengewebe gelangt ist, genetisch ?hnlich oder fremd ist. Das l?st ein entsprechendes Signal aus, welches den Befruchtungsvorgang vorzeitig abbricht oder fortsetzt und zu Ende f¨¹hrt.
Wie die Strukturen der beteiligten Proteine aussehen und wie diese zusammenspielen, um fremden von eigenem Pollen zu unterscheiden, erforschen die Pflanzenwissenschaftler:innen um Studer derzeit. Daf¨¹r nutzen die Forschenden spezielle Methoden der k¨¹nstlichen Intelligenz, die aufgrund der Gensequenzen die Struktur der dazugeh?rigen Proteine berechnet, und Modelle, welche die Wechselwirkungen dieser Molek¨¹le simulieren.
Einzigartiger Mechanismus in der Pflanzenevolution
Dar¨¹ber hinaus untersuchten die Forschenden, wie Selbstinkompatibilit?t basierend auf zwei Gen-Orten in der Grasfamilie entstehen konnte. Bisher bekannte Mechanismen aus anderen Pflanzenfamilien beruhen n?mlich lediglich auf einem Genort. So ist es wahrscheinlich, dass sich in der Entwicklungsgeschichte der Gr?ser der Z-Locus zun?chst verdoppelte und sich die Kopie sp?ter diversifizierte, also durch zahlreiche Mutationen ver?nderte.
?Wir haben in der Zwischenzeit diese beiden Gen-Orte von sehr vielen Graspflanzen sequenziert. Wir sehen, dass der S-Locus tendenziell weniger Variationen aufweist und sich noch weiter diversifiziert, der Z-Locus hingegen ver?ndert sich weniger stark. Daraus schliessen wir, dass der Z-Locus entwicklungsgeschichtlich ?lter sein k?nnte?, erkl?rt Studer.
Im Stammbaum der Gr?ser haben die Forschenden zudem zur¨¹ckverfolgt, wann die Locus-Verdoppelung aufgetreten ist und wann sich die Kulturgrasarten voneinander abtrennten. Sie konnten im Stammbaum auch erkennen, welche Gr?ser die Locus-Verdoppelung nicht mitgemacht haben und bei welchen Arten die Selbstinkompatibilit?t verloren ging, etwa durch Mutationen.
Was aber ist der evolution?re Vorteil von Selbstinkompatibilit?t, welche auf zwei Gen-Orten beruht? ?Auf den ersten Blick sieht es danach aus, dass sich dadurch in der Grasfamilie viel mehr M?glichkeiten und Flexibilit?t in der Erkennung von eigenem Pollen er?ffneten?, sagt der ETH-Professor. Dies k?nnte f¨¹r die Grasfamilie wichtig sein: Sie ist mit 16'000 Arten, die auf allen Kontinenten verbreitet sind, eine der gr?ssten und erfolgreichsten Pflanzenfamilien ¨¹berhaupt.