Ein internationales Pflanzenforscherteam hat unter Mitwirkung von PD Dr. Henrik Buschmann und Prof. Dr. Sabine Zachgo, beide von der AG Botanik des Fachbereichs Biologie/Chemie der Universität Osnabrück, die Genomsequenz der Armleuchteralge Chara braunii entschlüsselt, die im führenden internationalen Wissenschaftsjournal CELL veröffentlicht wurde.

152/2018 1.8.2018

Vorfahr der Landpflanzen

Biologen der Uni Osnabrück publizieren mit Kollegen in internationalem Wissenschaftsmagazin CELL

Ein internationales Pflanzenforscherteam hat unter Mitwirkung von PD Dr. Henrik Buschmann und Prof. Dr. Sabine Zachgo, beide von der AG Botanik des Fachbereichs Biologie/Chemie der Universität Osnabrück, die Genomsequenz der Armleuchteralge Chara braunii entschlüsselt, die im führenden internationalen Wissenschaftsjournal CELL veröffentlicht wurde.

Der Einblick in das Genom und in die Genregulation von der im Wasser lebenden Alge enthüllen die molekularen Mechanismen, die dazu führten, dass immer komplexere Baupläne der Landpflanzen evolvierten. Die Daten helfen auch dabei, den lange gesuchten tatsächlichen Vorläufer der Landpflanzen zu rekonstruieren. Da diese Wasserpflanze in ihrem Aufbau bereits den Landpflanzen ähnelt, wurde sie lange als deren direkter Vorfahr gehandelt.

Einige der auffälligsten Neuerungen, die das Autorenteam in den Genen dieser Algen nachweisen konnten, betreffen die Zellteilung. PD Dr. Buschmann erklärt: "Ähnlich wie Landpflanzen führen die Armleuchteralgen eine Zellteilung durch, bei der spezielle Proteine eine Zellplatte zusammensetzen. Diese entwickelt sich anschließend zur neuen Querwand." Demnach besitzt die Alge Chara schon einige wichtige neue Eigenschaften der Landpflanzen.

Die Genomanalyse zeigt überraschenderweise auch, dass andere Ähnlichkeiten der hochentwickelten Alge stattdessen eigenständige Errungenschaften, sogenannte konvergente Entwicklungen, sind. Dies dürfte für die komplexe Morphologie dieser Armleuchteralgen gelten, die den Landpflanzen bereits sehr ähnlich ist. Zusammengenommen werden diese Phänomene auch als "Mosaikevolution" bezeichnet.

Prof. Dr. Sabine Zachgo und die Mitarbeiter Dr. Felix Althoff und Dr. Sarah Kopischke waren kürzlich an einem weiteren Genomprojekt beteiligt, dass neue Einblicke in den Landgang der Pflanzen, einem der wichtigsten Evolutionsereignisse der Erde, ermöglicht. Vor ca. 500 Millionen Jahren war das Land noch nicht besiedelt und besonders die dort auftretende hohe UV-Strahlung stellte für Pflanzen eine neue, große Herausforderung dar. Die Genomanalyse des Lebermooses Marchantia polymorpha, die 2017 ebenfalls in CELL publiziert wurde, ermöglicht es, Anpassungsstrategien an Stressfaktoren zu untersuchen, welches für das Verständnis von Pflanzenanpassungen an den Klimawandel essentiell ist.

Prof. Dr. Zachgo und ihr Team erhielten Fördermittel von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, auch im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 944, und freuen sich über die Unterstützung des Botanischen Gartens der Universität Osnabrück: "Die Expertise im Garten und seine umfangreichen Sammlungen ermöglichen uns die Verknüpfung von organismischer und molekularer Forschung und international dazu beizutragen, neue pflanzliche Modellorganismen für die Forschung zu etablieren."

Publikationen:

Nishiyama T, Sakayama H, de Vries J, Buschmann H, Saint-Marcoux D, Ullrich KK, Haas FB, Vanderstraeten L, Becker D, Lang D, Vosolsob? S, Rombauts S, Wilhelmsson PKI, Janitza P, Kern R, Heyl A, Rümpler F, Calderón Villalobos LIA, Clay JM, Skokan R, Toyoda A, Suzuki Y, Kagoshima H, Schijlen E, Tajeshwar N, Catarino B, Hetherington AJ, Saltykova A, Bonnot C, Breuninger H, Symeonidi A, Radhakrishnan GV, Van Nieuwerburgh F, Deforce D, Chang C, Karol KG, Hedrich R, Ulvskov P, Glöckner G, Delwiche CF, Petrásek J, Van de Peer Y, Friml J, Beilby M, Dolan L, Kohara Y, Sugano S, Fujiyama A, Delaux PM, Quint M, Theißen G, Hagemann M, Harholt J, Dunand C, Zachgo S, Langdale J, Maumus F, Van Der Straeten D, Gould S, Rensing SA (2018) The Chara genome: secondary complexity and implications for plant terrestrialization. Cell 174, 448-464.

Bowman JL, Kohchi T, Yamato KT, Jenkins J, Shu S, Ishizaki K, Yamaoka S, Nishihama R, Nakamura Y, Berger F, Adam C, Aki SS, Althoff F, Araki T, Arteaga-Vazquez MA, Balasubrmanian S, Barry K, Bauer D, Boehm CR, Briginshaw L, Caballero-Perez J, Catarino B, Chen F, Chiyoda S, Chovatia M, Davies KM, Delmans M, Demura T, Dierschke T, Dolan L, Dorantes-Acosta AE, Eklund DM, Florent SN, Flores-Sandoval E, Fujiyama A, Fukuzawa H, Galik B, Grimanelli D, Grimwood J, Grossniklaus U, Hamada T, Haseloff J, Hetherington AJ, Higo A, Hirakawa Y, Hundley HN, Ikeda Y, Inoue K, Inoue SI, Ishida S, Jia Q, Kakita M, Kanazawa T, Kawai Y, Kawashima T, Kennedy M, Kinose K, Kinoshita T, Kohara Y, Koide E, Komatsu K, Kopischke S, Kubo M, Kyozuka J, Lagercrantz U, Lin SS, Lindquist E, Lipzen AM, Lu CW, De Luna E, Martienssen RA, Minamino N, Mizutani M, Mizutani M, Mochizuki N, Monte I, Mosher R, Nagasaki H, Nakagami H, Naramoto S, Nishitani K, Ohtani M, Okamoto T, Okumura M, Phillips J, Pollak B, Reinders A, Rövekamp M, Sano R, Sawa S, Schmid MW, Shirakawa M, Solano R, Spunde A, Suetsugu N, Sugano S, Sugiyama A, Sun R, Suzuki Y, Takenaka M, Takezawa D, Tomogane H, Tsuzuki M, Ueda T, Umeda M, Ward JM, Watanabe Y, Yazaki K, Yokoyama R, Yoshitake Y, Yotsui I, Zachgo S, Schmutz J. (2017) Insights into Land Plant Evolution Garnered from the Marchantia polymorpha Genome. Cell 171, 287-304.

Weitere Informationen für die Redaktionen:

Prof. Dr. Sabine Zachgo, Universität Osnabrück

Fachbereich Biologie/Chemie

Barbarastraße 11, 49076 Osnabrück

Tel.: +49 541 969 2840

E-Mail: sabine.zachgo@uni-osnabrueck.de

Dr. Oliver Schmidt, Universität Osnabrück
Stabsstelle Kommunikation und Marketing
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Tele.: +49 541 969 4516
E-Mail:  oliver.schmidt@uos.de