Ein Forschungsteam unter der Leitung von Makoto Shirakawa vom Nara Institute of Science and Technology (NAIST) hat eine bemerkenswerte genetische Anpassung in der Pflanzenordnung Brassicales entdeckt, zu der Kreuzblütler wie Kohl, Senf und Wasabi gehören. Die Ergebnisse, veröffentlicht am 1. März 2025 in Nature Plants, zeigen, dass Gene, die ursprünglich für den Gasaustausch zuständig waren, evolutionär für Verteidigungsmechanismen umfunktioniert wurden.
Das Protein FAMA, bekannt für die Regulierung stomatärer Wächterzellen, übernimmt bei Brassicales eine zusätzliche Rolle: Es steuert die Bildung von Myrosin-Zellen. Diese spezialisierten Strukturen speichern Senfölverbindungen, die bei Beschädigung der Pflanze einen scharfen Geschmack erzeugen und Pflanzenfresser abschrecken. Das Gen Wasabi Maker (WSB), direkt durch FAMA aktiviert, wurde als Schlüsselfaktor für die Entwicklung dieser Abwehrzellen identifiziert. Ohne WSB können Myrosin-Zellen nicht entstehen.
Ein weiteres Gen namens STOMATAL CARPENTER 1 (SCAP1) unterstützt die Regulierung der Wächterzellenentwicklung, spielt jedoch eine untergeordnete Rolle bei der Myrosin-Zellbildung.
Die genetischen Pfade, ursprünglich für den Gasaustausch entwickelt, wurden evolutionär zur Verteidigung umfunktioniert. Diese Entdeckung zeigt, wie Pflanzen bestehende Gene adaptieren können, um neue Überlebensstrategien zu entwickeln. Dies könnte genutzt werden, um die chemische Abwehr von Nutzpflanzen zu verbessern und Schädlingsbefall zu reduzieren. Zudem bietet FAMA Potenzial zur Optimierung des Kohlendioxid-Austauschs in Pflanzen.
Die Forscher planen weitere Untersuchungen zur Vielfalt spezialisierter Zellen und hoffen, grundlegende Fragen zur genetischen Anpassung von Pflanzen zu beantworten. Dr. Shirakawa betont: „Unsere Arbeit könnte nicht nur Kulturpflanzen verbessern, sondern auch erklären, wie Pflanzen mit begrenzten Genen eine enorme Vielfalt erreichen.“
Originalpublikation
Makoto Shirakawa, Tomoki Oguro, Shigeo S. Sugano, Shohei Yamaoka, Mayu Sagara, Mai Tanida, Kyoko Sunuma, Takuya Iwami, Tatsuyoshi Nakanishi, Keita Horiuchi, Kie Kumaishi, Soma Yoshida, Mutsumi Watanabe, Takayuki Tohge, Takamasa Suzuki, Yasunori Ichihashi, Atsushi Takemiya, Nobutoshi Yamaguchi, Takayuki Kohchi, und Toshiro Ito. „Kooperation und Neufunktionalisierung stomatärer Exekutoren zur Verteidigung gegen Herbivoren bei Brassicales“. Nature plants
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