Die kleine, unscheinbare, aber extrem anpassungsfähige Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) hat im Verhältnis mehr genetische Varianten als der Mensch. Das ist eines der Ergebnisse einer Studie unter Beteiligung des GMI – Gregor Mendel Instituts für Molekulare Pflanzenbiologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW), die nun im Fachjournal „Cell“ erscheint. Die Forscher/innen haben bei mehr als tausend genetischen Varianten dieser Pflanzenart das Erbgut entziffert und verglichen. Dabei entdeckten sie auch, dass die kosmopolitische Ackerschmalwand die Nordhalbkugel mit ihrer Hauptpopulation besiedelt. In anderen Teilen der Welt kommt sie in mehreren verstreuten – aber für die Wissenschaft höchst aufschlussreichen – Varianten vor.

Die Ackerschmalwand ist eines der beliebtesten Forschungsobjekte der modernen Pflanzenbiologie. Seit dem Jahr 2000 ist ihr Genom in den Grundzügen bekannt. Seit 2008 arbeiten internationale Labors im Rahmen des „1001 Genome Project“ zusammen, um die genetische Variabilität und die Anpassungsfähigkeit von Arabidopsis-Gruppen besser zu verstehen. 

Überlebenskünstler durch genetische Anpassung

Die aktuelle Studie legt nahe, dass es die hohe genetische Vielfalt ist, die der oftmals als „Unkraut“ bezeichneten Pflanze das Überleben unter vielfältigsten Bedingungen sichert. Denn anders als Menschen und Tiere können Pflanzen Veränderungen in ihrer Umwelt nicht einfach ausweichen. Sie müssen ihren Stoffwechsel vor Ort anpassen.

Aufbauend auf den aktuellen Erkenntnissen kann nun erforscht werden, welche Gene tatsächlich für die hohe Anpassungsfähigkeit der Pflanzen an ihre Umwelt verantwortlich sind. Auch über die Evolutionsgeschichte dieses Modellorganismus der Forschung geben die 1.135 Genome Auskunft. Durch den Vergleich der sequenzierten Linien untereinander konnten Magnus Nordborg, wissenschaftlicher Direktor des GMI, und sein Team sechs genetisch unterschiedliche Gruppen moderner Arabidopsis-Pflanzen identifizieren. „Die große Mehrheit der Exemplare zählt zu einer Gruppe, die nach der letzten Eiszeit entstanden ist und sich dann rasch auf der Welt verbreitet hat – so wie der moderne Mensch“, so die Forscher/innen. Neben der auf der Nordhalbkugel der Erde verbreiteten Population gibt es noch fünf weitere Gruppen, die auf den Kanarischen und Kapverdischen Inseln, auf Sizilien, im Libanon sowie auf der Iberischen Halbinsel überlebt haben.

„Die Entdeckung dieser Relikt-Populationen wird für zukünftige Studien äußerst nützlich sein, da sie sich von der Hauptgruppe genetisch extrem unterscheidet“, sagt ÖAW-Pflanzenbiologe Nordborg. Durch diese deutlichen Unterschiede lasse sich nun klarer ermitteln, welche Gene etwa festlegen, wann die Pflanzen blühen, wie tief ihre Wurzeln wachsen und wie sie auf Krankheitserreger reagieren.