Genom entschlüsselt

Schneckenklee düngt sich selbst dank Gen-Kopie

(Bild: David Hansen/University of Minnesota)

Der Schneckenklee ernährt sich im wahrsten Sinne des Wortes von Luft. Mithilfe bestimmter Bakterien holt er sich den Stickstoff aus der Atomsphäre, um sich so selbst zu düngen. Verantwortlich für diese besondere Fähigkeit ist die Verdoppelung eines bestimmten Genoms, wie Wissenschaftler bei der Entschlüsselung des Erbgutes der Pflanze herausfanden.

Schon seit Langem fragt sich die Wissenschaft, warum die meisten Hülsenfrüchtler, zu denen auch der Schneckenklee (Medicago truncatula) gehört, über Stickstoff bindende Bakterien an der Wurzel verfügen, während die meisten anderen Pflanzenfamilien allein auf die Nährstoffe im Boden angewiesen sind.

Ein internationales Team aus 30 Wissenschaftlern hat deshalb nun das Erbgut des Schneckenklees genauer untersucht. "Bei der Sequenzierung der Gene entdeckten wir etliche Erbgutabschnitte, die sich sehr ähnlich sind und gleich zweifach vorliegen", sagt der Bioinformatiker Heiko Schoof von der Universität Bonn in einer Aussendung. "Wir haben klare Hinweise darauf, dass sich vor etwa 58 Millionen Jahren das Erbgut der Pflanze verdoppelt hat."

"Sicherungskopie" verhilft Schneckenklee zu seinem Dünger
Genomduplikationen werden - nicht nur in Pflanzen - häufiger beobachtet. Wie sie genau entstehen, ist aber noch nicht geklärt. "Was zunächst wie ein Unfall klingt, hat für den Schneckenklee aber klare Vorteile", betont Hoof. Ein Erbgutsatz steht dann der Evolution zur Verfügung und kann durch Veränderung neue Anpassungen an die Umwelt hervorbringen. Der zweite erfüllt dann quasi die Funktion einer Sicherungskopie.

Falls die Veränderung eines Proteins seine ursprüngliche Funktion zerstört, kann diese von der "Sicherungskopie" weiter erfüllt werden. Das veränderte Protein bleibt dann erhalten, falls seine neue Funktion vorteilhaft ist. Mit Hilfe eines solchen verdoppelten Proteins kann der Schneckenklee die Bakterien in seinen Stoffwechsel eingliedern.

Symbiose mit Stickstoff bindenden Bakterien
Solche Dopplungen konnten etwa auch schon bei der Ackerschmalwand festgestellt werden. Im Schneckenklee stehen aber besonders viele doppelt vorliegende Gene im Zusammenhang mit den Stickstoff bindenden Bakterien, die in speziellen Knötchen an der Pflanzenwurzel leben. Diese Bakterien, sogenannte Rhizobien, haben die Fähigkeit, Stickstoff für den Schneckenklee verfügbar zu machen.

Der Schneckenklee und die Rhizobien profitieren übrigens beide von der Lebensgemeinschaft: Die Pflanze erhält den begehrten Stickstoffdünger und kann dadurch auch auf nährstoffarmen Standorten gedeihen, die Bakterien werden durch Ausscheidungen der Kleewurzel angelockt und ernährt.

Bild: David Hansen/University of Minnesota