Wie Avocados im Laufe des Tages das Geschlecht wechseln
Um Selbstbestäubung zu vermeiden, öffnen Avocadobäume ihre männlichen und weiblichen Blüten abwechselnd zu unterschiedlichen Tageszeiten, so die University of California.
Manche Avocadobäume sind morgens weiblich und nachmittags männlich, während bei anderen der Rhythmus umgekehrt ist. Wie Avocadobäume dies bewerkstelligen, war bislang unklar – bis jetzt.
In einer neuen Studie hat ein Team unter der Leitung von Forschern der University of California, Davis, aufgezeigt, dass dieser Rhythmus durch eine Variation in einem einzigen Gen bestimmt wird, das sich vor etwa 42 Mio Jahren entwickelt hat. Diese Erkenntnis könnte Avocado-Züchtern und Forschern helfen, Sämlinge schnell zu sortieren, um den Ertrag zu maximieren und neue Sorten zu entwickeln.
„Unsere Studie liefert eine genetische Erklärung für ein jahrhundertealtes Rätsel der Avocado-Bestäubung“, sagte Erstautor Jeffrey Groh, der das Projekt als Doktorand an der UC Davis leitete und nun als Postdoktorand an der UC Berkeley tätig ist. „Blüten sind nicht nur statische Dekorationen; sie sind hochentwickelte und dynamische Strukturen. Das zeigt sich im pulsierenden Rhythmus, mit dem sich Avocadoblüten im Laufe des Tages öffnen und schließen. Mithilfe der Genetik können wir Spuren dieses Rhythmus bis weit in die ferne Vergangenheit zurückverfolgen.“
Mechanismus hinter Tagesrhythmus identifizieren
Alle Avocadobäume sind zwittrig, doch zu jedem Zeitpunkt fungieren ihre Blüten entweder als männlich, indem sie Pollen freisetzen, oder als weiblich, indem sie Pollen aufnehmen. Etwa die Hälfte aller Avocadobäume (Pflanzen vom „Typ A“) öffnet morgens weibliche Blüten und nachmittags männliche, während die andere Hälfte (Pflanzen vom „Typ B“) dem umgekehrten Muster folgt. Diese Aufteilung minimiert das Risiko der Selbstbestäubung, die zu Inzucht führen kann. Avocado-Züchter wissen dies seit über 100 Jahren, und da sich diese beiden Typen leicht gegenseitig bestäuben, versuchen Avocado-Bauern in der Regel, eine Mischung aus A- und B-Typ-Bäumen anzupflanzen.
„Wenn jede Pflanze zur gleichen Zeit männlich und dann zur gleichen Zeit weiblich wäre, gäbe es keinen Pollenaustausch“, sagte Graham Coop, Professor für Evolution und Ökologie an der UC Davis und leitender Autor der Studie. „Da diese beiden Typen abwechselnd und synchron männliche und weibliche Blüten bilden, können Avocados den ganzen Tag über Pollen austauschen und nutzen.“
Um den genetischen Mechanismus hinter diesem Tagesrhythmus zu identifizieren, analysierte das Team die Genome von Hunderten von Avocadobäumen, die von kooperierenden Forschern an der UC Riverside gezüchtet wurden. Durch den Vergleich der Genome der Bäume im Zusammenhang mit ihrem Blühverhalten konnten sie ein einzelnes Gen namens SDMYB ausmachen, das mit dem A- oder B-Typ-Blüherhythmus des Baumes in Verbindung stand.
SDMYB reguliere den Zeitpunkt der Blütenöffnung, und sein Expressionsniveau schwanke im Laufe des Tages. Bei Avocados gibt es zwei alternative Varianten oder „Allele“ des Gens, ähnlich wie viele Arten zwei alternative Geschlechtschromosomen aufweisen. Während Pflanzen vom Typ A jeweils eine Kopie jeder Variante tragen, tragen Pflanzen vom Typ B zwei Kopien der rezessiven Variante.
„Ein Allel dieses Gens ist dominant und weist ein einzigartiges Muster der zeitlichen Regulation auf, das eng mit dem Unterschied im Zeitpunkt des Öffnens und Schließens der Blüten zwischen A- und B-Typen verbunden ist“, sagte Groh.
Blühverhalten regulieren, Inzucht verhindern
Durch den Vergleich der Avocado-Genome mit denen verwandter Baumarten zeigte das Team, dass dieselben beiden Varianten von SDMYB bei mindestens 26 verwandten Baumarten vorkommen. Dies deute darauf hin, dass dieser genetische Mechanismus das Blühverhalten reguliere und Inzucht weit über Avocados hinaus verhindere.
„Wir waren überwältigt von der Vorstellung, dass diese Pflanzen seit über 40 Millionen Jahren im Laufe eines Tages zwischen männlicher und weiblicher Aktivität wechseln – und das möglicherweise bei Hunderten von Arten“, sagte Coop.
Die Studie liefere einen genetischen Rahmen für die einfache Einordnung von Pflanzen des A- und B-Typs bereits im Keimlingsstadium – etwas, das bisher nur bei ausgewachsenen, blühenden Pflanzen möglich war.
„Diese genetischen Marker werden die Avocado-Züchtung und -Forschung erheblich beschleunigen“, sagte Coop. „Dies war bisher ein großes Hindernis für Avocado-Züchter. Früher konnte man erst bei der Blüte erkennen, ob es sich um eine Pflanze vom Typ A oder B handelte, und es kann bis zu zehn oder 15 Jahre dauern, bis Avocadopflanzen überhaupt zum ersten Mal blühen.“
