Genomische Studie enthüllt evolutionäre Geheimnisse des Banyan-Baums und einer Wespe, die sich mit ihm zusammen entwickelt hat

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Der Banyan-Feigenbaum Ficus microcarpa ist berühmt für seine Luftwurzeln, die aus den Ästen sprießen und schließlich den Boden erreichen.

Der Baum hat auch eine einzigartige Beziehung zu einer Wespe, die sich mit ihm koevolviert hat und das einzige Insekt ist, das ihn bestäuben kann.
In einer neuen Studie identifizieren Forscher Regionen im Genom der Banyan-Feige, die die Entwicklung ihrer ungewöhnlichen Luftwurzeln fördern und ihre Fähigkeit verbessern, ihrem Wespenbestäuber Signale zu geben.
Die Studie, die in der Zeitschrift Cell veröffentlicht wurde, identifiziert auch eine geschlechtsbestimmende Region in einem verwandten Feigenbaum, Ficus hispida. Im Gegensatz zu F. microcarpa, die Luftwurzeln produziert und männliche und weibliche Blüten auf demselben Baum trägt, produziert F. hispida unterschiedliche männliche und weibliche Bäume und keine Luftwurzeln.

Das Verständnis der Evolutionsgeschichte der Ficus-Arten und ihrer Wespenbestäuber ist wichtig, weil ihre Fähigkeit, große Früchte in einer Vielzahl von Lebensräumen zu produzieren, sie zu einer Schlüsselart in den meisten tropischen Wäldern macht, sagte Ray Ming, ein Professor für Pflanzenbiologie an der University of Illinois, Urbana-Champaign, der die Studie zusammen mit Jin Chen von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften leitete.

Es ist bekannt, dass Feigenbäume mindestens 1.200 Vogel- und Säugetierarten beherbergen.

Feigenbäume gehörten zu den frühesten domestizierten Nutzpflanzen und erscheinen als heilige Symbole im Hinduismus, Buddhismus und anderen spirituellen Traditionen.

Die Beziehung zwischen Feigen und Wespen stellt auch eine faszinierende wissenschaftliche Herausforderung dar.

Die Körperformen und Größen der Wespen entsprechen genau denen der Feigenfrüchte, und jede Feigenart produziert einen einzigartigen Duft, um ihren spezifischen Wespenbestäuber anzulocken.
Um diese evolutionären Entwicklungen besser zu verstehen, analysierten Ming und seine Kollegen die Genome der beiden Feigenarten sowie das einer Wespe, die den Banyanbaum bestäubt.
“Als wir die Genome der Bäume sequenzierten, fanden wir mehr segmentale Duplikationen im Genom des Banyanbaums als in F. hispida, der Feige ohne Luftwurzeln”, so Ming. “Diese duplizierten Regionen machen etwa 27 % des Genoms aus.”
Die Verdoppelungen erhöhten die Anzahl der Gene, die an der Synthese und dem Transport von Auxinen beteiligt sind, einer Klasse von Hormonen, die das Pflanzenwachstum fördern.

Die duplizierten Regionen enthielten auch Gene, die an der Pflanzenimmunität, der Ernährung und der Produktion von flüchtigen organischen Verbindungen beteiligt sind, die Bestäubern Signale geben.
“Der Auxinspiegel in den Luftwurzeln ist fünfmal höher als in den Blättern von Bäumen mit oder ohne Luftwurzeln”, sagte Ming.

Die erhöhten Auxinwerte scheinen die Luftwurzelproduktion ausgelöst zu haben.

Die duplizierten Regionen enthalten auch Gene, die für einen Lichtrezeptor kodieren, der die Auxin-Produktion beschleunigt.
Als sie das Genom der Feigenwespe untersuchten und mit dem anderer verwandter Wespen verglichen, stellten die Forscher fest, dass die Wespen Gene für Geruchsrezeptoren behalten und bewahren, die die gleichen stinkenden Verbindungen erkennen, die die Feigenbäume produzieren.

Diese genomischen Signaturen sind ein Signal der Koevolution zwischen den Feigenbäumen und den Wespen, berichten die Forscher.
Ming und seine Kollegen entdeckten auch ein Y-Chromosom-spezifisches Gen, das nur in männlichen Pflanzen von F. hispida und drei anderen Feigenarten exprimiert wird, die getrennte männliche und weibliche Pflanzen produzieren, ein Zustand, der als Dioezie bekannt ist.
“Dieses Gen war in den zweihäusigen Genomen zweimal dupliziert worden, was den Pflanzen drei Kopien des Gens gab.

Aber Ficus-Arten, die männliche und weibliche Blüten zusammen auf einer Pflanze haben, haben nur eine Kopie dieses Gens”, sagte Ming. “Das deutet stark darauf hin, dass dieses Gen ein dominanter Faktor ist, der die Geschlechtsbestimmung beeinflusst.”
Referenz: “Genomes of the Banyan Tree and Pollinator Wasp Provide Insights into Fig-Wasp Coevolution” von Xingtan Zhang, Gang Wang, Shengcheng Zhang, Shuai Chen, Yibin Wang, Ping Wen, Xiaokai Ma, Yan Shi, Rui Qi, Yang Yang, Zhenyang Liao, Jing Lin, Jishan Lin, Xiuming Xu, Xuequn Chen, Xindan Xu, Fang Deng, Lihua Zhao, Yi-lun Lee, Rong Wang, Xiao-Yong Chen, Yann-rong Lin, Jisen Zhang, Haibao Tang, Jin Chen und Ray Ming, 8 October 2020, Cell. DOI: 10.1016/j.cell.2020. .09.043
Ming ist ein Mitarbeiter des Carl R.

Woese Institute for Genomic Biology an der U. of I.

Die Fujian Agriculture and Forestry University, National Science Foundation und die National Natural Science Foundation of China unterstützten diese Forschung.

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