EU-Forscher entdecken, wie die Venusfliegenfalle zum Fleischfresser wurde
Die Venusfliegenfalle fasziniert Biologen schon seit Jahrhunderten – unter anderem aus dem Grund, dass die molekularen Prozesse, die ihrer Entwicklung zum Fleischfresser zugrunde liegen, noch weitgehend unbekannt sind. In einer Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Genome Research(öffnet in neuem Fenster) konnten die Wissenschaftler des CARNIVOROM-Projekts dieses ungelöste Rätsel der Biologie näher erklären. Die Venusfliegenfalle ist mitnichten die einzige fleischfressende Pflanze – der Sonnentau fängt seine Beute mit klebrigen Tentakeln, und die Kannenpflanze lockt ihre nächste Mahlzeit mit enzymgefüllten Fallen an und sperrt sie darin ein. Mit ihrer aggressiven Ernährungsweise können fleischfressende Pflanzen auf nährstoffarmem Boden überleben, indem sie sich eine neue Quelle für Stickstoff und weitere Nährstoffe erschließen. Viele Biologen vermuten schon seit langem, dass sich diese Überlebensstrategie entwickelte, als die Vorfahren der heutigen fleischfressenden Pflanzen ihre natürlichen Abwehrmechanismen gegen schädliche Insekten zu offensiven Waffen ausprägten. Diese Hypothese wird nun durch eine umfassende genetische Studie zur Venusfliegenfalle unterstützt, die vom CARNIVORUM-Team unter der Leitung des Biophysikers Prof. Rainer Hedrich und des Bioinformatikers Prof. Jörg Schulz von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg durchgeführt wurde. Venusfliegenfallen erkennen ihre Beute mithilfe berührungsempfindlicher Auslöserborsten, die sich auf der Innenseite der Falle befinden. Werden diese stimuliert, senden sie ein elektrisches Signal an die Pflanze. Beim ersten Stimulus registriert die Pflanze das Signal, schließt sich jedoch noch nicht. Erst bei der zweiten Berührung der Borsten schnappt die Falle zu. Gefangene Beute berührt die Borsten häufiger, wodurch wiederholt elektrische Signale entstehen, welche die Pflanze jedoch nicht mehr registriert. Bis heute wurden keine für Fleischfresser spezifischen Gene im Genom der Venusfliegenfalle identifiziert. Um die molekularen Prozesse zu verstehen, die beim Verdauen von Insekten ablaufen, erstellten die Forscher aus Deutschland gemeinsam mit ihren saudi-arabischen Partnern genomweite Transkriptionsprofile der Fallen. Ein erstes Profil wurde angelegt, bevor die Pflanzen gefüttert wurden, und ein weiteres, nachdem sie eine lebende Heuschrecke gefangen und mit der Verdauung begonnen hatten. Diese Genomprofile wurden dann mit dem Gewebe anderer Pflanzen verglichen. Nicht stimulierte Fallen weisen Genexpressionsmuster auf, die Blättern ähnlich sind, was die Vermutung bestätigt, dass sich diese Fallen aus Blättern entwickelten. Die Drüsen innerhalb der Fallen, welche die Verdauung von Insekten ermöglichen und nach einigen Stunden aktiv werden, sodass die Pflanze Nährstoffe aus der Beute gewinnen kann, ähneln hinsichtlich ihres Genexpressionsmusters jedoch eher Wurzeln. Und Wurzeln spielen wiederum auch bei nicht-fleischfressenden Pflanzen bei der Nährstoffaufnahme eine wesentliche Rolle. Für den außergewöhnlichen Entwicklungsweg der Venusfliegenfalle war offenbar ein Enzym namens Chitinase entscheidend, mit dem das Chitin im Exoskelett von Insekten zersetzt werden kann. „Der Kontakt mit Chitin bedeutet für eine Pflanze normalerweise Gefahr, da sie von Insekten gefressen werden könnte“, kommentierte Prof. Hedrich. „Die Abwehrmechanismen der Venusfliegenfalle haben sich im Lauf der Evolution grundlegend verändert. Die Pflanze setzt sie nun ein, im Insekten zu fressen.“ Die Forscher untersuchten darüber hinaus die Ultrastruktur der Drüsen mithilfe von Elektronenmikroskopie und fanden spezialisierte Zellschichten, die für die aktive Sekretion, den Nährstofftransport, Lipid-Energiespeicher und die Protein-Biosynthese für die Funktion der Falle wichtig sind. Das CARNIVORUM-Projekt wurde vom Europäischen Forschungsrat (ERC) teilfinanziert, im Februar 2016 offiziell abgeschlossen und erhielt knapp 2,5 Millionen Euro an EU-Fördermitteln. Weitere Informationen finden Sie auf: Projektseite auf CORDIS(öffnet in neuem Fenster)
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