Seltsamer Baumfarn hat ein überraschend enormes Genom

Farne sind seltsam. Sie sind grün und blättrig wie andere Waldpflanzen, aber sie vermehren sich eher wie Pilze – indem sie Wolken von Sporen freisetzen. Viele Arten benötigen keinen Partner zur Befruchtung, im Gegensatz zu den meisten ihrer samentragenden Cousins. Jüngste Studien schätzen, dass sich Farne vor etwa 400 Millionen Jahren von samentragenden Pflanzen abgespalten haben.

Und Farngenome sind verblüffend groß. Trotz der einzigartigen Physiologie von Farnen und ihrer Beziehung zu Samenpflanzen wurden diese seltsamen Genome von Forschern jedoch weitgehend vernachlässigt. Bis vor kurzem wurden nur zwei (relativ kleine) Farngenome vollständig sequenziert, verglichen mit mehr als 200 Blütenpflanzengenomen. Jetzt wurde das erste vollständige Genom des Baumfarns erfolgreich sequenziert – das des fliegenden Spinnenaffen-Baumfarns – was darauf hindeutet, wie diese eigentümlichen Pflanzen zu einem so massiven Satz von Genen gekommen sind.

„Wenn Sie den Ursprung von Samen oder Blüten verstehen wollen, sind Farne ein sehr wichtiger Vergleich“, sagt Fay-Wei Li, Farnbiologin am Boyce Thompson Institute der Cornell University und Co-Autorin der neuen veröffentlichten Studie in Natur Pflanzen. „Aber was ich wirklich wissen möchte, ist, warum die Farngenome so verdammt groß sind.“

Lis Team fand heraus, dass der palmenförmige Farn mehr als sechs Milliarden DNA-Basenpaare hat, eine Milliarde mehr als das durchschnittliche Genom von Blütenpflanzen (Menschen haben im Vergleich dazu etwa drei Milliarden Paare). Die neue Analyse deutet darauf hin, dass ein Vorfahre dieses Farns vor mehr als 100 Millionen Jahren sein gesamtes Genom duplizierte – ein Replikationsfehler, der bei Pflanzen häufig vorkommt, sagt Li.

Aber es ist nicht klar, warum Baumfarne so viel genetisches Material enthalten würden; Die meisten Blütenpflanzen kehren nach Duplikationen zu schlankeren Genomen zurück. Diese Spezies könnte Chromosomen horten, sagt Li: „Ich nenne das die Marie-Kondo-Hypothese. Die Chromosomen entfachen Freude für Farne, aber sie entfachen keine Freude für Samenpflanzen.“ Für Pflanzen, die sich asexuell vermehren, sagt er, kann ein großes Genom Möglichkeiten für das Auftreten nützlicher Mutationen bieten, während unerwünschte Mutationen abgepuffert werden. Farne sind auch langlebig, entwickeln sich also langsamer, was möglicherweise zu dem erhaltenen genetischen Material beigetragen hat.

Unter Verwendung des vollständig sequenzierten Genoms fanden die Forscher auch heraus, welche Gene den ungewöhnlichen rüsselartigen Stamm des Farns bilden – ein wertvoller Einblick in die Entwicklung von Schlüsselmerkmalen in Stengelpflanzen, sagt Jan de Vries, ein Pflanzen-Evolutionsbiologe an der Universität Göttingen in Deutschland nicht an der Studie beteiligt. „Die Evolution ist ein Tüftler. Wenn wir aufklären, welche praktikablen molekularen Programme entwickelt wurden, erfahren wir, was biologisch möglich ist und wo die Grenzen liegen“, sagt er. „Mit diesem Wissen können wir anfangen, selbst für synthetisch-biologische Zwecke zu basteln.“

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.