Volle Blütenpracht dank Gendefekt

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Rosen, die scheinbar nur aus den farbigen Kronenblättern bestehen, sind besonders hübsch anzuschauen – eine Genveränderung macht es möglich. Quelle: Anne Günther / FSU Jena

20.09.2012  - 

Eine Veränderung im Erbgut führt bei bestimmten Pflanzenarten zu besonders eindrucksvollen Blüten. Sie bilden dann zusätzliche bunt gefärbte Kronenblätter aus. Ein Forscherteam um Günther Theißen von der Friedrich-Schiller-Universität Jena hat nun die genetischen Ursachen für die übermäßige Blumenpracht untersucht. In der Fachzeitschrift PNAS (2012, Online-Vorabveröffentlichung) lüften die Wissenschaftler das Geheimnis um die gefüllten Blüten.

Vielen Leuten gilt ein gemütlicher Sommerspaziergang als perfekte Möglichkeit, um einfach mal abzuschalten und die Seele baumeln zu lassen. Bei Günther Theißen ist das etwas anders: Immer wenn der Genetiker von der Universität Jena zu einer Wanderung durch das nahe Rautal aufbricht, trifft er auf ein Rätsel. Das dort verbreitete Kleine Immergrün (Vinca minor) dürfte es streng genommen eigentlich gar nicht geben. Haben die Blüten des weit verbreiteten Halbstrauchs normalerweise genau fünf dunkelblau-violette Kronblätter, so strecken sich Theißen bei seinen Sparziergängen in schöner Regelmäßigkeit Exemplare mit viel mehr Blütenblättern entgegen. „Stattdessen fehlen ihnen die zur Vermehrung notwendigen Staubblätter, was in der Evolution eigentlich einem Todesurteil gleichkommt“, so der Inhaber des Lehrstuhls für Genetik. Trotzdem sind die gefüllten Blüten des Kleinen Immergrün seit mehr als 160 Jahren im Rautal gut dokumentiert.  

Doch wie entsteht diese Blütenpracht? Gemeinsam mit seinem Kollegen Rainer Melzer von der Universität Washington in Seattle begab er sich auf Spurensuche. Klar ist, dass es sich bei dem beobachteten Effekt nicht nur um eine Laune der Natur handeln kann. Denn: „Jeder Gartenmarkt und Blumenladen ist voll von sogenannten gefüllten Blüten“, sagt Günter Theißen. Gefüllte Rosen, Narzissen oder Tulpen werden wegen ihrer auffälligen und besonders attraktiven Blüten geschätzt und eigens gezüchtet. Der Blumenpracht muss also eine Veränderung auf genetischer Ebene zugrunde liegen.

Staubblätter zu Kronblättern umgewandelt

„Wir haben uns angeschaut, welche Gene für die Ausbildung der einzelnen Blütenorgane verantwortlich sind und wie sich deren Aktivität ändert, wenn sich die Blütenform ändert“, erläutert Melzer. Für Modellpflanzen wie die Ackerschmalwand oder das Löwenmäulchen sind diese Mechanismen zwar gut bekannt. Bislang war aber unklar, inwieweit diese Ergebnisse sich auf andere Blütenpflanzen anwenden lassen. Die Genetiker haben deshalb das Erbgut der Wiesenraute (Thalictrum thalictroides) untersucht, einer entfernten Verwandten der beiden anderen Gewächse. „Was gefüllte Blüten von den Wildtyp-Blüten unterscheidet ist, dass ihre Staubblätter und Fruchtblätter in zusätzliche Kronblätter beziehungsweise Kelchblätter umgewandelt sind“, so Melzer.

Das eher unscheinbare Kleine Immergrün hat normalerweise genau fünf Kronblätter – im Rautal in Jena ist eine Variante mit deutlich mehr Kronblättern verbreitet.Quelle: wiki commons

Normalerweise dienen die Staub- und Fruchtblätter der Vermehrung. An den ersten hängen die Säcke mit den Blütenpollen, die dann durch Wind oder Insekten auf den aus Fruchtblättern gebildeten Stempel übertragen werden. Nicht so bei den gefüllten Blüten. Wie die Forscher beobachten konnten werden die beiden Blattsorten dort durch die bunt gefärbten Kron- und Kelchblätter ersetzt.

Zu diesem Wandel kommt es immer dann wenn das Gen, dessen Aktivität die Ausbildung der Organanlagen zu Staub- und Fruchtblättern reguliert, defekt ist. „Dann übernimmt ein anderes Gen die Kontrolle, das normalerweise die Ausbildung von Kelch- und Kronblättern steuert“, weiß der Genetiker Theißen zu berichten. Das defekte Gen ist das gleiche, das auch in Löwenmäulchen und Ackerschmalwand für gefüllte Blüten sorgt. „Das zeigt, wie hoch konserviert die genetischen Mechanismen der Blütenentwicklung sind“, so Theißen. Die Forscher fanden außerdem heraus, dass bei der Wiesenraute ein sogenanntes mobiles Element – ein zusätzliches Stück DNA – Ursache des Gendefekts ist. Das mobile Element baute sich in das intakte Gen ein, wodurch dieses nicht mehr korrekt abgelesen werden konnte.

Geheimnis um gefüllte Blüten im Rautal gelüftet

Den Beweis für die Richtigkeit ihrer Hypothese lieferten die Wissenschaftler auf eindrückliche Weise: Sie schalteten bei einem Wildtyp der Wiesenraute gezielt das zur Staub- und Fruchtblattentwicklung notwendige Gen aus. Während die Pflanzen normalerweise fünf bis zwölf kronblattartige Kelch- und 40 bis 80 Staubblätter haben, entwickelten sich in den genetisch veränderten Pflanzen stattdessen prächtig gefüllte Blüten mit über 70 Kelchblättern – und ganz ohne Staubblätter. Wohl nirgends sonst sind Gendefekte so schön anzusehen.

Übrigens: Auch das Geheimnis um die besonders prächtigen Blüten im Rautal ist geklärt. Weil bei gefüllten Einzelblüten meist nur die Staubblätter von der Veränderung betroffen sind, bleiben die weiblichen Blütenorgane funktionsfähig. Dadurch verlieren sie zwar die Fähigkeit sich selbst zu bestäuben, so lange sich aber in ihrer Nähe ein unauffälliges – also genetisch unverändertes – Gewächs befindet, können sie von ihm bestäubt werden. Im Rautal dürfte die Blütenpracht also auch in den nächsten Jahren noch erhalten bleiben.

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