Als sich vor mehr als einer Milliarde Jahre die Vorläufer der heutigen Tier- und Pflanzenzellen entwickelten, entstand eine bis heute erfolgreiche Symbiose: Ehemals selbstständige Einzeller mit nützlichen Eigenschaften wurden in andere Zellen aufgenommen und integrierten sich in deren Zellstoffwechsel. Aus solchen Einzellern entstanden die Mitochondrien, die Kraftwerke von Tier- und Pflanzenzellen, sowie die Chloroplasten, die es den Pflanzenzellen ermöglichen, Photosynthese zu betreiben. Bisherigen Annahmen zufolge werden diese Zellorganellen aber nur von der Mutter an die Nachkommen weitergegeben. Bei Pflanzen, so die Überzeugung, kommen die Chloroplasten entweder gar nicht erst ins Pollenkorn hinein, oder sie werden abgebaut, bevor der Pollen eine weibliche Eizelle befruchtet. Eine Rekombination von mütterlichem und väterlichem Chloroplasten-Erbgut schien daher ausgeschlossen.
Pollen unter Stress
Dem widerspricht nun eine Studie von einem Team um Kin Pan Chung vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam. Demnach ist die Vererbung von väterlichen Chloroplasten zwar selten, kommt aber unter bestimmten Bedingungen verstärkt vor. „Da davon auszugehen ist, dass die Vererbung durch beide Eltern die Stabilität und Evolution des Genoms der Organellen stark beeinflusst, haben wir untersucht, welche Umwelt- und genetischen Faktoren bestimmen, wie Chloroplasten vererbt werden“, berichten die Forscher.
Über vier Millionen Tabakpflanzen haben Chung und sein Team dafür unter verschiedenen Umweltbedingungen untersucht. Um väterliche Chloroplasten von mütterlichen unterscheiden zu können, züchteten die Forscher zunächst Vaterpflanzen, deren Chloroplasten resistent gegen ein Antibiotikum sind. Anschließend setzten sie diese Pflanzen während der Pollenreife verschiedenen Stressoren wie Hitze, Kälte, Trockenheit und Starklicht aus. Mit den auf diese Weise behandelten Pollen bestäubten sie anschließend unbehandelte Mutterpflanzen.
Grüne Flecken in der Keimlingskultur
Die aus dieser Kreuzung hervorgegangen Samen ließen Chung und seine Kollegen auf einem Nährmedium wachsen, dass mit dem entsprechenden Antibiotikum versetzt war. Da die mütterlichen Chloroplasten durch das Antibiotikum zugrunde gingen, blieben Keimlinge, die nur die Chloroplasten der Mutterpflanze erhalten hatten, farblos. War ein Keimling grün, musste er hingegen Chloroplasten von der Vaterpflanze geerbt haben. „Es ist nicht leicht motiviert zu bleiben, wenn man tausende Pflänzchen anschaut, immer auf der Suche nach dem einen grünen Fleck. Entsprechend begeistert waren wir, als sich bei den Kälteexperimenten tatsächlich ein Effekt abzeichnete“, erzählt Chungs Kollegin Stephanie Ruf.
