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Mittwoch, 23.04.2014

Fremd-DNA half Moosen bei der Eroberung des Landes

Erst die Gene von Bakterien, Viren und Pilzen machten Pflanzen fit für die neue Umgebung

Erst durch die Hilfe fremder Gene konnten die urzeitlichen Moose das Land besiedeln. Die in ihr Erbgut aufgenommene DNA von Einzellern, Viren und Pilzen half den Pflanzen dabei, sich an die neuen Bedingungen außerhalb des Wassers anzupassen. Das hat ein internationales Forscherteam durch Genvergleiche herausgefunden. Die Wissenschaftler fanden 57 Genfamilien, die ursprünglich nicht zum Moos-Erbgut gehörten. Diese Fremd-DNA habe entscheidend dazu beigetragen, die ersten Landpflanzen gegen schädliche UV-Strahlen, Trockenheit und andere Gefahren zu schützen, berichten die Wissenschaftler im Fachmagazin "Nature Communications".
Aufnahme eines Laubmooses mit Sporenkapseln

Aufnahme eines Laubmooses mit Sporenkapseln

Pflanzen besiedelten vor rund 480 bis 490 Millionen Jahren die damals noch kahlen Landmassen der Erde. Zuvor existierte Leben fast nur in den Meeren unseres Planeten, mit den Moosen begannen die ersten höheren Organismen, das Wasser zu verlassen. Statt gleichmäßiger Temperaturen und reichlich Wasser und Nährstoffen mussten sie nun mit starken Temperaturschwankungen, Trockenheit und kargen Böden zurechtkommen. "Unsere Ergebnisse zeigen, dass der horizontale Gentransfer von Einzellern, Viren und Pilzen eine entscheidende Rolle beim Übergang der Pflanzen aus dem Wasser auf das Land spielte", schreiben Jipei Yue vom Botanik-Institut der chinesischen Akademie der Wissenschaften im Kunming und seine Kollegen.

Erst die Fähigkeit der Moose, hilfreiche Gene von ihren mikrobiellen und viralen Mitbewohnern aufzunehmen, hätte es ihnen ermöglicht, in dieser feindlichen, sich schnell verändernden Umwelt der frühen Kontinente zu überleben. Die fremden Gene stärkten unter anderem die DNA-Reparatur der Moose und lieferten ihnen die Bauanleitung für wichtige Wachstumshormone, wie die Forscher berichten. Sie trugen aber auch zum Aufbau einer schützenden Wachshülle, festen Stängeln und Wurzeln bei.

Spurensuche im Moos-Genom


Für ihre Studie hatten Yue und seine Kollegen das Erbgut des Laubmooses Physcomitrella patens (Kleines Blasenmützenmoos) analysiert. Als einzige Moosart ist von diesem die gesamte Gensequenz bereits entschlüsselt. Mit Hilfe einer speziellen Software durchsuchten die Forscher die rund 500 Millionen Basenpaare umfassende Moos-DNA nach Abschnitten, die mit denen von Viren, Pilzen und Bakterien übereinstimmten und einst direkt von diesen übernommen worden sein mussten.

Die Suche ergab 57 Genfamilien, die von fremden Organismen stammten und in das Moos-Genom eingebaut worden waren. 39 davon müssen Urzeit-Moose direkt bei oder kurz nach ihrem Landgang aufgenommen haben, sagen die Forscher. 18 Genfamilien seien vermutlich schon kurz vorher von Algen übernommen worden. Bisher habe man angenommen, dass ein solcher Austausch von Genmaterial primär bei Bakterien und anderen Einzellern vorkomme, bei höheren Organismen aber sehr selten sei. Jetzt zeige sich, dass zumindest die Moose im Laufe ihrer Evolution von diesem Prozess profitiert hätten. (doi: 10.1038/ncomms2148)

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