Grüne Mutationsmaschinen: In vielen langlebigen Bäumen treten gehäuft sogenannte somatische Mutationen auf. Wie stark diese bei Wachstumsprozessen entstehenden Veränderungen die Genetik der Pflanzen beeinflussen, zeigt nun das Beispiel der Sitka-Fichten. Demnach unterscheidet sich die DNA in der Stammbasis bei alten Bäumen in bis zu 100.000 Stellen von der in der Baumkrone. Diese unglaubliche Mutationsrate könnte eine entscheidende Überlebensstrategie der Bäume sein, wie Forscher berichten.
Die in Nordamerika heimische Sitka-Fichte (Picea sitchensis) ist die größte Art ihrer Gattung und kann mehrere hundert Jahre alt werden. Wie alle langlebigen Bäume stehen diese Fichten vor einer evolutionären Herausforderung: Sie müssen auf sich verändernde Umweltbedingungen reagieren – trotz Generationszeiten von Jahrzehnten bis Jahrhunderten. Lebewesen, bei denen zwischen zwei Generationen nur eine kurze Zeitspanne liegt, haben es da einfacher. Sie können sich schneller an neue Bedingungen anpassen.
„Paradoxerweise sind Populationen langlebiger Bäume häufig sehr gut an lokale Klimaverhältnisse angepasst und entwickeln effektive Reaktionen auf Stressoren wie Schädlingsinsekten“, erklären Vincent Hanlon von der University of British Columbia in Vancouver und seine Kollegen. Wie machen die Pflanzen das? „Eine mögliche Erklärung ist, dass die Bäume ganz viele Mutationen auch in nicht reproduktiven Zellen produzieren“, sagen die Wissenschaftler.
Uralte Baumriesen
Solche sogenannten somatischen Mutationen treten während des normalen Wachstums auf und können bei Bäumen auch an die nachfolgende Generation vererbt werden. Veränderungen wie diese könnten einer gängigen Theorie nach zur genetischen Vielfalt langlebiger Spezies beitragen und so zu deren Anpassungsfähigkeit. Wie häufig somatische Mutationen bei Bäumen wie den Sitka-Fichten vorkommen, ist bisher allerdings weitestgehend unbekannt.
Um mehr darüber herauszufinden, hat das Forscherteam nun 20 Sitka-Fichten im Carmanah Walbran Provincial Park an der Westküste von Vancouver Island untersucht und dafür Rinde vom unteren Teil des Stammes sowie Nadeln aus der oberen Baumkrone gesammelt. „Die Bäume waren zwischen 220 und 500 Jahre alt und im Schnitt 76 Meter hoch“, berichtet Hanlon. Was würde der Blick ins Genom über die Mutationsrate in den Körperzellen der Fichten verraten?
100.000 genetische Unterschiede
Die Analysen offenbarten: Die Basis der Bäume und ihre Spitze unterschieden sich in Bezug auf die DNA-Sequenzen deutlich. Bei einem einzigen alten Baum konnte es zwischen oben und unten bis zu 100.000 genetische Unterschiede geben, wie die Wissenschaftler berichten. Ihren Ergebnissen zufolge liegt die Mutationsrate innerhalb einer Fichtengeneration bei 2,7 × 10−8 pro Basenpaar.
„Die somatische Mutationsrate ist aufs Jahr betrachtet relativ gering, aber pro Generation sehr hoch. Es handelt sich um die höchste jemals für einen Eukaryoten berechnete Mutationsrate innerhalb einer Generation“, konstatiert das Team. Inwiefern die Sitka-Fichten von dieser Vielzahl an angesammelten Mutationen profitieren, müssen weitere Studien zwar erst noch zeigen. Die Forscher halten einen Nutzen aber für denkbar. „Manche Mutationen könnten durch ihren Beitrag zur Genvielfalt Evolutions- und Anpassungsprozesse fördern“, sagt Hanlons Kollegin Sally Aitken.
Effektive Überlebensstrategie?
Wie die Wissenschaftler betonen, könnte die Erforschung somatischer Mutationen in Zukunft neue Einblicke in die Überlebensstrategien zahlreicher Baumarten geben. „Bäume können sich wegen ihrer langen Lebensspanne nicht so schnell weiterentwickeln wie beispielsweise Tiere, aber trotzdem überleben sie und sind äußerst erfolgreich. Unsere Studie zeigt einen genetischen Mechanismus auf, der den Pflanzen dabei helfen könnte“, schließt Aitken. (Evolution Letters, 2019; doi: 10.1002/evl3.121)
Quelle: University of British Columbia
