München, Germany
July 20, 2010
Der geografische Ursprung und die Region der Domestizierung sind selbst bei wichtigen kultivierten Pflanzen noch unklar. So wurde lange vermutet, dass die botanische Gattung Cucumis, zu der auch Gurke (Cucumis sativus) und Melone (Cucumis melo) gehören, aus Afrika stammt, weil es dort zahlreiche wilde Cucumis-Arten gibt. „Eine genetische Analyse hat uns nun aber gezeigt, dass Melone und Gurke ursprünglich aus Asien stammen“, sagt die Ludwig-Maximilians-Universität München-Botanikerin Professor Susanne Renner. „Wir haben zudem eine Reihe verwandter und noch nicht beschriebener Arten nachgewiesen, die aus Australien oder aus Gegenden rund um den Indischen Ozean stammen.“ Diese Ergebnisse sind so wichtig, weil die Gurke weltweit eines der am häufigsten angebauten Gemüse ist und zu den wenigen Blütenpflanzen gehört, deren Genom bereits ganz sequenziert wurde. Genetische Studien an dieser und verwandten Arten sollten sich demnach künftig auf Asien und Australien konzentrieren. „Die Ressourcen der Botanischen Staatssammlung und des Botanischen Gartens haben diesen Fund ermöglicht“, betont Renner. „Ein großer Teil der von uns sequenzierten Pflanzen wurde im 19. Jahrhundert in Indien, Vietnam oder Australien gesammelt und vergessen. Viele der Fundorte gibt es mittlerweile nicht mehr, weil sie etwa in Vororten von Hanoi oder anderen expandierenden Großstädten liegen.“(PNAS online, Juli 2010)
Die Gurke gehört zu den „Top Ten“ der weltweit angebauten Gemüsesorten und auch der Umsatz der Honigmelone boomt. Selbst in der Forschung sind Cucumis-Arten beliebt. So ist die Gurke – neben Berühmtheiten wie dem Reis oder dem Wein - eine von nur sechs Blütenpflanzen, deren Genom vollständig entziffert wurde. In den letzten zehn Jahren wurden mehrere Tausend wissenschaftliche Arbeiten veröffentlicht, in denen es um Gurke oder Melone ging, etwa als Modellpflanzen für die Geschlechtsbestimmung bei Blüten. Dafür ist vergleichsweise wenig über die Verwandtschaft der Cucumis-Arten bekannt. So konnte bislang nur vermutet werden, dass etwa die Melone aus Afrika stammt, weil man irrtümlich glaubte, dort wilde Verwandte erkannt zu haben.
„Wir haben Teile des genetischen Materials von mehreren 100 Cucumis-Herbarbelegen analysiert, die aus Afrika, Australien und Asien stammen“, berichtet Patrizia Sebastian, die Erstautorin der Studie „Dabei hat sich gezeigt, dass die wilde Schwesternart der Melone aus Australien stammt, von der sie sich vor etwa drei Millionen Jahren abspaltete. Beide Spezies trennten sich von ihren verbleibenden asiatischen und australischen Verwandten vor etwa zehn Millionen Jahren.“ Die Zahl der Cucumis-Arten in Asien und Australien umfasst nun mindestens 25 Arten, die sich vor rund 12 Millionen Jahren von ihren afrikanischen Verwandten trennten.
Neun dieser Spezies wurden in der vorliegenden Studie erstmals genetisch nachgewiesen. Die Beschreibung und lateinische Benennung werden Renner und ihr Team zu einem späteren Zeitpunkt veröffentlichen. Insgesamt sprechen die Daten für Asien als die Ursprungsregion des gemeinsamen Vorfahren von Gurke und Melone: Für beide Spezies lassen sich Vorgängerpopulationen im Himalaya nachweisen. In Indien und China finden sich genetisch besonders diverse Rassen von Cucumis melo. „Unsere Daten belegen auch eindeutig, dass die der Gurke nächste verwandte Art die Spezies Cucumis hystrix aus dem Östlichen Himalaya ist“, sagt Renner. „Untersuchungen dieser wilden Arten sollten sich künftig also auf Asien und Australien konzentrieren.“
Diese Ergebnisse unterstreichen einmal mehr, welche Bedeutung jahrhundertealte Bestände wie die Botanische Staatssammlung mit dem Staatsherbar und dem LMU-Herbar auch für die moderne Forschung haben können. „Ein großer Teil der Pflanzen, die wir jetzt genetisch untersucht haben, wurden im 19. Jahrhundert gesammelt – und in vielen Fällen dann wieder vergessen“, sagt Renner, die auch Direktorin der Botanischen Staatssammlung und des Botanischen Gartens in München ist. „Heute könnten diese Schätze kaum mehr gesammelt werden: Manche Fundorte gibt es nicht mehr, weil dort, wo früher Cucumis debilis wuchs, inzwischen ein Vorort von Hanoi entstanden ist.“ (suwe)
Publikation:
Cucumber (Cucumis sativus) and melon (C. melo) have numerous wild relatives in Asia and Australia, and the sister species of melon is from Australia
Patrizia Sebastian, Hanno Schaefer, Ian R. H. Telford, and Susanne S. Renner
PNAS online, Juli 2010
Where the wild veggies are - Cultivated cucumber and melon originated in Asia and Australia
Sites of origin and regions of domestication of many of our most important cultivated plants are still unknown. The botanical genus Cucumis, to which both the cucumber (Cucumis sativus) and the honeydew melon (C. melo) belong, was long thought to have originated and diversified in Africa, because many wild species of Cucumis are found there. “A molecular genetic analysis has now shown that the wild populations that gave rise to melons and cucumbers originated in Asia”, says LMU botanist Professor Susanne Renner. “In addition, we have found that 25 related species which have never been formally described are found in Asia, Australia and regions around the Indian Ocean.” Future genetic studies on C. sativus and its wild relatives should therefore focus on Asia and Australia. The new results are important because the garden cucumber is one of the most widely cultivated vegetable crops, and the species is among the few flowering plants whose genomes have been fully sequenced. According to Renner, “Our study would not have been possible without the resources of the Munich herbarium and Botanical Garden. A large fraction of the plants we have been able to sequence was collected in India, Vietnam and Australia during the 19th century, and most were then forgotten in herbaria, that is, collections of dried plant specimens. Many of these come from locations that no longer have natural vegetation, for example, because they were collected at sites that now lie in built-up areas of cities like Hanoi.” (PNAS online, 19 July 2010)
The family Cucurbitaceae includes crop plants, such cucumbers, melons, loofah, and pumpkins. In terms of its economic importance, the cucumber is among the top ten crop plants cultivated worldwide, and the related honeydew melon is also of considerable agronomic significance. Species that belong to the genus Cucumis are also popular with botanical researchers. Indeed, the domestic cucumber was the seventh species of flowering plant to have its genome sequenced completely, being preceded by such agricultural heavyweights as rice and grapevine. Over the past 10 years, thousands of scientific papers on the biology of cucumbers and melons have appeared. Many of these studies have used these species as model systems to investigate the mechanism of sex determination during floral development. The question of the genetic origins of the genus Cucumis, on the other hand, has received comparatively little attention (the business about the Romans cultivating cucumber is wrong; I can send you a paper on this topic if you are interested). The general consensus among botanists has been that the melon originated in Africa, because putative wild ancestors of the cultivated variety had been identified there. It now turns out that none of these forms is ancestral to the melons we find in our markets and shops.
“We analyzed specific segments of the genetic material from herbarium specimens of more than 100 Cucumis species. The samples we used had been collected at various locations in Africa, Australia and Asia”, reports Patrizia Sebastian, who is the first author on the new study. “It turned out that the closest living wild relative of the cultivated melon is a native of Australia. The two lines diverged about 3 million years ago, and they last shared a common ancestor with their more distant relatives in Asia and Australia about 10 million years ago.“ The total number of Cucumis species found in Asia and Australia is now around 25, and they branched off from their African relatives some 12 million years ago.
Nine of the 25 species were identified for the first time in the new study. Renner and her colleagues are preparing formal systematic descriptions of the new species for a specialized journal. Taken together, the results argue that the common ancestor of cucumber and melon originated on the continent of Asia. Possible ancestral populations from which the domesticated forms derive have been localized in the Himalayas. The genetic diversity of the varieties of C. melo that occur in India and China is particularly striking. “Our data also prove that the closest living relative of our garden cucumber is the species C. hystrix, which is found in the Eastern Himalayas“, says Renner. “Future investigations of the phylogeny of Cucumis should therefore focus on Asia and Australia.“
The new findings once again emphasize the great significance for modern botanical research of the herbarium materials that have been assembled over centuries and are now held in institutions like herbarium of the Bavarian Natural History Collections and the LMU’s own herbarium. “Many of the plants we examined in this study were collected in the course of the 19th century, and most were then ignored and forgotten“, says Renner, who is Director of these herbaria and the Munich Botanic Garden. “In many ways, this material represents an irreplaceable treasure, because the habitats in which much of it was collected no longer exist. Cucumis debilis, for instance, no longer grows at the location from which it was last collected in 1931. The site is now a suburb of Hanoi.“ (suwe)
Publication:
Cucumber (Cucumis sativus) and melon (C. melo) have numerous wild relatives in Asia and Australia, and the sister species of melon is from Australia
Patrizia Sebastian, Hanno Schaefer, Ian R. H. Telford, and Susanne S. Renner
PNAS online, 19 July 2010
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Species
