Wissenschaftler identifizieren "Barcode"-Gen in Pflanzen

Ein internationales Team von Wissenschaftlern hat ein "Barcode"-Gen in Pflanzen entdeckt, das genutzt werden kann, um die meisten Pflanzenarten auf der Welt unterscheiden zu können. Das Gen könnte Forschern helfen, Pflanzen in artenreichen Gegenden zu katalogisieren und den Ha...

Ein internationales Team von Wissenschaftlern hat ein "Barcode"-Gen in Pflanzen entdeckt, das genutzt werden kann, um die meisten Pflanzenarten auf der Welt unterscheiden zu können. Das Gen könnte Forschern helfen, Pflanzen in artenreichen Gegenden zu katalogisieren und den Handel von bedrohten Pflanzenarten zu überwachen.

Die teilweise von der EU geförderte Arbeit wurde von dem Magazin Proceedings of the National Academies of Science (PNAS) online veröffentlicht.

DNA-Barcodes sind eine Technik, mit der Unterschiede in spezifischen Abschnitten des Genoms genutzt werden, um unterschiedliche Spezies zu identifizieren. Während die Technik bei Tieren gut etabliert ist, gibt es derzeit keinen allgemein akzeptierten Barcode für Pflanzen. Die Herausforderung für die Forscher besteht darin, einen Abschnitt des Genoms zu finden, der zwischen verschiedenen Spezies stark variiert, innerhalb einer Art aber nur geringe Abweichungen zeigt.

In dieser jüngsten Forschungsarbeit testeten Wissenschaftler aus dem Vereinigten Königreich, Südafrika und Costa Rica acht potenzielle Barcodes in über 1.600 Pflanzenarten aus zwei besonders artenreichen Gegenden: Mittelamerika und Südafrika. Costa Rica kann sich einer der reichsten Orchideenfloren der Welt rühmen; weil manche Orchideenarten mit dem bloßen Auge häufig schwer zu unterscheiden sind, stellen sie ideale Kandidaten für das Testen von DNA-Barcodes dar. Orchideen werden außerdem durch Entwaldung und illegalen Handel bedroht und werden so wahrscheinlich von der arterhaltenden Anwendung von DNA-Barcodes profitieren.

Der Kruger Nationalpark in Südafrika ist vor allem für sein Großwild bekannt. Allerdings ist er auch die Heimat von rund 600 Baum- und Straucharten und die ihn umgebende Region weißt die höchste Baumvielfalt aller gemäßigten Regionen der Welt auf.

Die Analysen enthüllten, dass ein Abschnitt des "matK"-Gens alle Anforderungen eines potenziellen DNA-Barcodes besitzt. Die Sequenz unterscheidet sich von Art zu Art, ist aber bei Pflanzen derselben Spezies nahezu identisch. Der Barcode ist so genau, dass die Wissenschaftler mit ihm sogar ein lange ungelöstes Rätsel lösen konnten.

Vielen Orchideen-Experten hatten angenommen, dass sich eine offiziell als einzelne Spezies eingestufte Orchidee aus Costa Rica eigentlich in zwei Arten aufteilt. Untersuchungen des matK-Gens zeigten, dass der Verdacht der Experten tatsächlich begründet war: die Orchideen gehörten wirklich zu zwei unterschiedlichen Arten.

Letztendlich hoffen die Forscher, eine genetische Datenbank der matK-Gensequenz von so vielen Arten wie möglich zu erstellen, sodass Proben anhand der Datenbank verglichen werden und genau identifiziert werden können.

"Für die Zukunft wünschen wir uns, dass die Idee, den genetischen Barcode von Pflanzen zu lesen, in ein tragbares Gerät umgesetzt wird, das in jeder Umgebung schnell und einfach eingesetzt werden kann. Damit soll die matK-DNA jeder beliebigen Pflanzenprobe analysiert und mit einer riesigen Datenbank von Informationen verglichen werden können, was eine sofortige Identifikation ermöglichen würde", kommentierte Dr. Vincent Savolainen vom Imperial College London und den Königlichen Botanischen Gärten in Kew im Vereinigten Königreich.

Obwohl ein solches Gerät wahrscheinlich erst in einigen Jahren zur Verfügung stehen wird, könnte es zahlreiche Anwendungen haben. "Es gibt so viele Situationen, in denen eine herkömmliche taxonomische Identifikation von Pflanzenarten umständlich ist - ob nun an Häfen oder Flughäfen überprüft werden soll, ob Spezies illegal transportiert werden, oder in Ländern wie Costa Rica, wo ein solcher Reichtum einer Pflanzengruppe, wie bei den Orchideen, die genaue Katalogisierung erschwert ", erklärte Dr. Savolainen.

Alle Orchideen werden im Anhang 2 von CITES (dem Abkommen zum internationalen Handel von bedrohten Arten) aufgeführt, was bedeutet, dass für ihren Handel eine besondere Erlaubnis benötigt wird. Die meisten bedrohten Arten, wie beispielsweise die Frauenschuh-Orchideen in Mittelamerika, werden in Anhang 1 gelistet, was bedeutet, dass ihr Handel verboten ist.

Die Forscher konnten erfolgreich demonstrieren, dass ihr Barcode zwischen den beiden Gruppen unterscheidet.

Allerdings merken die Wissenschaftler an, dass das volle Potenzial von DNA-Barcodes nur erreicht wird, wenn sie in allen Ländern verfügbar sein werden. "Wenn diese Ziele mit DNA-Barcodes erreicht werden sollen, müssen sie dringend in artenreichen aber ressourcenarmen Ländern durch effizienten Kapazitätenaufbau und vernünftige Förderprogramme verfügbar gemacht werden", sagen die Forscher.

Die EU-Förderung für die Arbeit stammt aus dem HOTSPOTS-Projekt ("Understanding and conserving the Earth's biodiversity hotspots"), das unter dem Marie-Curie-Maßnahmenbereich "Humanressourcen und Mobilität" des Sechsten Rahmenprogramms (RP6) finanziert wird.

Länder

Costa Rica, Vereinigtes Königreich, Südafrika