Wie Pflanzen die Erde bevölkerten

Nr. 35 • 1. April 2021

Landpflanzen haben im Laufe der Evolution eine ganze Reihe an Innovationen in der Fortpflanzung entwickelt: Sie bilden Sporen oder Pollen, die unbewegliche Spermazellen transportieren, oder Samen, die bereits multizelluläre Embryonen enthalten. Bisher sind jedoch die zugrundeliegenden molekularbiologischen Mechanismen dieser Prozesse nur ansatzweise verstanden. Forscherinnen und Forscher aus den Bereichen Molekular-, Entwicklungs-, Zell- und Evolutionsbiologie sowie der Bioinformatik werden im Rahmen einer nun von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) bewilligten Forschungsgruppe die Neuerungen in der Evolution pflanzlicher Reproduktion eingehender analysieren. Die DFG fördert die Forschungsgruppe „Innovation und Koevolution in der sexuellen Reproduktion von Pflanzen – ICIPS“ (FOR 5098) für zunächst vier Jahre mit rund drei Millionen Euro, davon erhält die JLU rund 1,3 Millionen Euro. Sprecherin ist Prof. Dr. Annette Becker vom Institut für Botanik der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU).

Beteiligt an der Forschungsgruppe sind zudem der Bioinformatiker Prof. Dr. Alexander Goesmann (JLU) sowie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Bonn, Jena, Osnabrück und Regensburg. „Pflanzen haben beeindruckende Innovationen entwickelt, um die Erde zu bevölkern“, so JLU-Präsident Prof. Dr. Joybrato Mukherjee. „In der neuen interdisziplinären Forschergruppe werden wichtige evolutionäre Mechanismen erforscht, die diesen Innovationen zugrunde liegen. Ich gratuliere allen Beteiligten herzlich zu diesem Erfolg.“

Als die frühen Landpflanzen ihr Verbreitungsgebiet ausdehnten, setzten sie sich dem Risiko der Austrocknung aus. Daher veränderte sich die sexuelle Reproduktion der Pflanzen, so dass sie von Wasser unabhängiger wurden. „Bei der sexuellen Fortpflanzung der Landpflanzen finden sich viele bemerkenswerte Beispiele für ganz essenzielle biologischen Konzepte der Innovation – wie der Ursprung der Samenanlage und Blüten – und der Koevolution, wie sie beispielsweise bei für die Befruchtung wichtigen Signalpeptiden und deren Rezeptoren stattgefunden hat“, so Prof. Becker. „In der ICIPS-Forschungsgruppe werden wir gemeinsam an der Aufklärung von molekularen Schlüsselmechanismen und Innovationen arbeiten, die zu neuartigen morphologischen Strukturen während der Pflanzenevolution führten und damit sexuelle Fortpflanzung an Land ermöglichen.“

Die Forscherinnen und Forscher untersuchen genetische Modellorganismen aus den frühesten Verzweigungslinien der Landpflanzen bis hin zu den Blütenpflanzen, was leistungsfähige vergleichende Analysen auf genetischer Ebene ermöglicht. Das Ziel ist es, den Ursprung wichtiger evolutionärer Innovationen auf verschiedenen Ebenen zu erforschen – Signalpeptide, Transkriptionsfaktoren, Signalwirkung reaktiver Sauerstoffspezies und in genregulatorischen Netzwerken –, um die Entstehung von neuartigen reproduktiven Geweben und Organen zu verstehen.

Die neue Forschungsgruppe kooperiert mit dem DFG-Schwerpunktprogramm MAdLand – Molekulare Adaptation an das Land: Evolutionäre Anpassung der Pflanzen an Veränderung (Sprecher: Prof. Dr. Stefan Rensing, Philipps-Universität Marburg) und der „Open Green Genomes Initiative“ (University of Georgia, Athens GA, USA).

• Kontakt

Prof. Dr. Annette Becker
Institut für Botanik
AG Entwicklungsbiologie der Pflanzen
Telefon: 0641 99-35200

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