Evolution der Pflanzen

Zieralgen sind die nächsten Verwandten der Landpflanzen

Ein internationales Konsortium von Wissenschaftlern aus Nordamerika, China und Europa hat in einer groß angelegten Studie neue Einblicke in die Evolution der Pflanzen gewonnen, die jetzt in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A.“ veröffentlicht wurden. Die Wissenschaftler konnten nachweisen, dass die meist einzelligen, seltener fädigen Zieralgen die nächsten Verwandten der Landpflanzen sind. Die Forschungen waren Teil des „Eintausend Pflanzen-Transkriptomprojekt (1KP)“ und wurden in Köln durch die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Michael Melkonian koordiniert.

Das „Eintausend Pflanzen-Transkriptomprojekt (1KP)“ hat sich zum Ziel gesetzt, von 1000 Pflanzenarten, darunter etwa 200 Algenarten, Millionen von Gensequenzen zu ermitteln, um mittels Stammbaumanalysen und bioinformatischen Methoden Einblicke in wesentliche Evolutionsprozesse, die zur Entstehung der heutigen Landflora geführt haben, zu erhalten.

Eine bislang ungelöste Frage war zum Beispiel die nach den nächsten Verwandten der heutigen Landpflanzen (Moose, Farne und Samenpflanzen). Während bis vor wenigen Jahren komplex gebaute Grünalgen, wie etwa die im Süßwasser beheimateten Armleuchteralgen, als nächste Verwandte der Landpflanzen favorisiert wurden, konnte jetzt nachgewiesen werden, dass die strukturell einfacheren, einzelligen oder fädigen Zieralgen diese Position einnehmen. Dieser überraschende Befund wird durch eine sekundär stattgefundene strukturelle „Vereinfachung“ der Zieralgen erklärt, die möglicherweise im Zusammenhang mit dem Übergang dieser Algen zu einer terrestrischen Lebensweise steht.

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Das Algen-Teilprojekt dieser Studie wurde am Botanischen Institut der Universität zu Köln in der Arbeitsgruppe von Prof. Michael Melkonian koordiniert und durchgeführt. Dabei konnte auf die Kölner Algensammlung zurückgegriffen werden, eine der weltweit größten Lebendsammlungen von Mikroalgen. Ribonukleinsäuren wurden schonend aus den Algen isoliert und dann in gefrorenem Zustand per Express nach China in das BGI-Shenzen übersandt, eines der weltweit größten Sequenzier-Zentren, wo die Gensequenzierungen durchgeführt wurden. Die bioinformatische Analyse der massiven Datenmengen fand dann wiederum an mehreren Universitäten in den U.S.A. und Kanada statt. Eine Begleitveröffentlichung in der Zeitschrift GigaScience erläutert das methodische Vorgehen beim Umgang und der Auswertung der astronomisch großen Datensätze.

Das 1KP-Projekt hat nicht nur Verwandtschaftsverhältnisse zwischen Pflanzen aufgeklärt und die in Datenbanken gespeicherte Zahl von Gensequenzen von Pflanzen vervielfacht, sondern auch Fortschritte in anderen Bereichen der modernen Pflanzenbiologie befördert, wie zum Beispiel Erkenntnisse über die Evolution bestimmter Genfamilien oder die Bedeutung von neuartigen Algen-Photorezeptoren als Werkzeuge für die Aufklärung von Gehirnfunktionen im rapide wachsenden Arbeitsgebiet der Optogenetik. Durch das 1KP-Projekt wurden „scheinbar obskure Algen in das Zentrum moderner biologischer Forschung gerückt“, stellt Prof. Melkonian befriedigt fest.

Für Rückfragen:
Prof. Dr. Michael Melkonian
Botanisches Institut, Biozentrum Köln
Universität zu Köln
Zülpicher Str. 47 b
50674 Köln, Germany
michael.melkonian@uni-koeln.de
http://www.melkonian.uni-koeln.de

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