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Genetik: Wurzelsymbiose

Die Symbiose mit stickstofffixierenden Bakterien kann Pflanzen einen ökologischen Vorteil verschaffen. Trotzdem ging diese Symbiose im Lauf der Evolution mehrfach wieder verloren, darunter auch in den Vorfahren von Kulturpflanzen wie Erdbeeren, Brombeeren oder Äpfeln.

25.05.2018

Auszug aus der LMU-Pressemeldung vom 25.05.2018:

Brüchige Zweisamkeit

Alle Pflanzen benötigen für ihr Wachstum eine ausreichende Versorgung mit Nährstoffen wie Stickstoff. Eine Symbiose mit stickstofffixierenden Bakterien kann ihnen daher einen ökologischen Vorteil verschaffen: Die Bakterien werden von den Pflanzen in speziellen Wurzelknöllchen beherbergt und mit Kohlenstoffquellen versorgt. Dafür gewinnen sie den begehrten Stickstoff aus der Luft und stellen ihn den Pflanzen zur Verfügung. Trotzdem ging im Lauf der Evolution die Fähigkeit zu dieser Partnerschaft mehrfach wieder verloren. Dies zeigt ein Vergleich von 37 Pflanzengenomen, die Wissenschaftler der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) und des Helmholtz Zentrums München (HMGU) in Kooperation mit französischen und chinesischen Kollegen durchführten. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher im renommierten Fachmagazin Science.

Die zur Wurzelknöllchensymbiose fähigen Arten stammen aus insgesamt vier verwandten Blütenpflanzen-Ordnungen (Fabales, Fagales, Cucurbitales, und Rosales), zu denen viele landwirtschaftlich wichtige Arten gehören, beispielsweise Bohnen, Erbsen und Soja. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass genetische Veränderungen bei einem gemeinsamen Vorfahren die Evolution dieser Symbiose innerhalb dieser Verwandtschaftsgruppe grundsätzlich möglich gemacht haben. „Trotzdem können nur zehn der insgesamt 28 Pflanzenfamilien der Gruppe stickstofffixierende Wurzelknöllchen ausbilden. Und sogar in neun dieser zehn Familien leben die meisten Gattungen nicht symbiontisch“, sagt der LMU-Genetiker Professor Martin Parniske, der die internationale Kooperation initiierte.
Science 2018

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