Tausch ohne Grenzen

Auch Schmarotzer können ihre Gene auf den Wirt übertragen.

Schmarotzer – das klingt hässlich, nach nichtsnutzig und völlig überflüssig. Doch es gibt auch Fälle, in denen Schmarotzer sich nicht nur egoistisch bei ihrem Wirt bedienen, sondern auch etwas zurückgeben: Gene, zum Beispiel. Im aktuellen Nature berichtet ein amerikanisches Biologenteam über solche Schnorrer: über zwei parasitär lebende Pflanzen, die im Genom ihres Wirts Spuren hinterlassen haben.

Gentransfer: vertikal oder horizontal

Bekanntermaßen werden Gene von den Eltern an die Nachkommen vererbt (vertikaler Gentransfer oder Kreuzung). Jedenfalls gilt das für die Eukaryoten, also jene Organismen, die über hoch entwickelte, mit einem Kern ausgestattete Zellen verfügen. Hierzu gehören nicht nur Menschen und Tiere, sondern auch Pflanzen. Besonders bei einfacheren Lebewesen wie Bakterien gibt es hier aber eine Variante: Bei dieser wird Erbmaterial von einem Organismus in einen anderen direkt, außerhalb der sexuellen Fortpflanzungswege, weitergegeben (horizontaler Gentransfer).

Anfangs hat man den Eukaryoten den horizontalen Transfer gewöhnlicher Gene nicht recht zugetraut. Doch zwischenzeitlich hat die Analyse des Genoms der Mitochondrien verschiedener Pflanzen ergeben, dass die DNS der Organellen erstaunlich mobil ist. Nur über den Mechanismus, der dabei im Spiel ist, weiß man so gut wie nichts. Bereits im vergangenen Jahr (vgl. Nature, 424, 2003) berichteten Biologen, dass Wirtspflanzen Gene auf ihre Parasiten übertragen können. Jetzt haben Jeffrey D. Palmer und ein Team der Abteilung für Biologie der Universität Indiana in Bloomington erstmals zwei Beispiele für einen horizontalen Gentransfer vom Schmarotzer auf den Wirt dokumentiert.

Genkopie vom Schmarotzer

Palmer und sein Team untersuchten das Genom von 43 Wegerich-Arten (Plantago). Dabei stellten sie fest, dass bei den Pflanzen zwei verschiedene Versionen eines Parasitengens vorhanden waren. Neben dem zu erwartenden intakten atp1 Gen –nach allgemeiner Einschätzung ein Produkt des vertikalen Gentransfers – enthielten einige Wegerich-Arten zusätzlich die Kopie eines zweiten atp1-Gens. Es stellte sich als dem entsprechenden Gen der weitläufig verwandten Nesselseide (Cuscuta) ähnlich heraus. Cuscuta ist eine große Pflanzengattung, die in der Wahl ihrer Wirte nicht zimperlich ist und sich auf ungewöhnlich vielen Wirtspflanzen einnistet.

Bei den Wegerich-Arten Plantago rigida und P. tubulosa fanden Palmer und Kollegen ebenfalls ein zweites atp1-Gen, das jedoch aus einer anderen Quelle stammte. Als "Spender" identifizierten die Forscher die Bartschie (Bartsia) aus der Familie der Sommerwurzgewächse (Orobanchaceae). In beiden Fällen ließ sich der Gentransfer auch biogeographisch untermauern: P. rigida, P. tubulosa und die meisten Bartsia-Arten kommen ausschließlich in den Höhen der nördlichen Anden vor, das Cuscuta-Gen stammte von Arten, die in Europa und Nordamerika heimisch sind, demselben Lebensraum wie der der betroffenen Wirtspflanzen.

Gentransfer ist keine Einbahnstraße

Die genetischen wie die biogeographischen Spuren zeigen, dass der Gentransfer bei Pflanzen nicht nur in eine Richtung verlaufen muss. Beide atp1-Gene wurde laut Palmer mit ziemlicher Sicherheit über horizontalen Gentausch übertragen. Die Forscher schätzen, dass der Transfer recht jung ist und nicht weiter als eine Million Jahre zurückliegt. Die "Genspende" ist ihrer Meinung Resultat des engen physischen Kontaktes der betroffenen Pflanzen: Schmarotzer wie die Nesselseide dringen in die Zellen ihrer Wirte und damit in deren Lebenszyklus ein. Da bekannt ist, dass unter solchen Bedingungen Makromoleküle, Viren und Phytoplasma ausgetauscht werden, glauben die Biologen, dass auch der Wechsel von Genen recht lebhaft ist.

Wie Palmer schreibt, hat sich das Schmarotzertum bei Blütenpflanzen im Verlauf der Evolution rund ein Dutzend Mal entwickelt. Es gibt mehr als 4.000 parasitär lebender Arten – viele Gelegenheiten für einen Gentransfer und noch mehr, wenn er in beide Richtungen verläuft. Nicht nur Gentechniker verpflanzen also Gene, auch in der Natur lässt sich die Wanderung von Genen verfolgen, sowohl zwischen Organismen der gleichen Art wie auch zwischen weniger verwandten und sogar zwischen nicht verwandten Arten, wie die Beispiele zeigten. Der horizontale Transfer von Erbmaterial, zusätzlich zur klassischen elterlichen Vererbung, ist offenbar ein wichtiger Bestandteil des Lebens.