Germany
June 23, 2022
Bahnbrechende Arbeit darüber, wie genetische Variation das Überleben von Pflanzenpopulationen beeinflusst
Die Max-Planck-Gesellschaft verleiht Cristina Barragán die Otto-Hahn-Medaille und würdigt damit ihre Arbeit über Vor- und Nachteile genetischer Variation. Barragán hat am Max-Planck-Institut für Biologie Tübingen die Ursachen genetischer Inkompatibilitäten an der Pflanze Arabidopsis aufgedeckt. Damit hat sie wichtige Grundlagen für weitere Studien gelegt, die unser Verständnis des Immunsystems von Pflanzen vorangebracht haben. Die Preisverleihung findet online auf der jährlichen Generalversammlung der Max-Planck-Gesellschaft im Juni statt.
Genetische Vielfalt kann ein zweischneidiges Schwert sein: Einerseits ist sie essentiell für die Anpassung an wechselnde Umweltbedingungen. Andererseits kann bei übermäßiger genetischer Variation ein Individuum Gene aus verschiedenen Abstammungslinien erben, die nicht aufeinander angepasst sind und so die Fitness des Individuums beeinträchtigen. Somit stellt sich die Frage, wie zu geringe oder zu große genetische Variation das Überleben von Pflanzenpopulationen beeinflusst.
Diese Frage ist das übergreifende Thema von Cristina Barragáns Arbeit in der Abteilung Molekularbiologie, die am Max-Planck-Institut für Biologie in Tübingen von Detlef Weigel geleitet wird. In ihrer Doktorarbeit untersuchte sie die genetische Vielfalt im Immunsystem von Arabidopsis thaliana. Dieses kleine Unkraut, vielen bekannt als Ackerschmalwand, bestäubt sich normalerweise selbst. Dadurch werden während der Fortpflanzung seine Gene nicht neu kombiniert; folglich konnten die verschiedenen Komponenten des Immunsystems in jedem Individuum sich über lange Zeit gemeinsam entwickeln und sind perfekt aufeinander abgestimmt.
Vor- und Nachteile genetischer Diversität
Arabidopsis-Pflanzen kommen in vielen geographischen Regionen vor: von den Bergen Afrikas bis hin zum Nordpol, vom Atlantik bis nach Ostasien. „Wir haben uns gefragt: was, wenn wir dafür sorgen, dass Arabidopsis-Pflanzen aus sehr unterschiedlichen Regionen sich miteinander fortpflanzen?“, berichtet Barragán. Dabei stellte sich heraus, dass manche der Nachkommen an Hybridnekrose litten, einer Autoimmunkrankheit. Barragán analysierte die Wirkungsmechanismen der Hybridnekrose auf molekularer Ebene. Ihre Ergebnisse stützen die Hypothese, dass diese Autoimmunkrankheit entstehen kann, wenn ein Immunrezeptor aus der einen elterlichen Abstammungslinie fälschlicherweise annimmt, dass ein Protein aus der anderen Abstammungslinie von einem Krankheitserreger verändert wurde.
Detlef Weigel, der Barragáns Doktorarbeit betreute, hatte diese Vermutung vor einiger Zeit aufgestellt, aber bislang nicht belegen können. „Cristinas Arbeit ist der krönende Abschluss für den Vorstoß meiner Forschungsabteilung in das Gebiet immunabhängiger genetischer Inkompatibilitäten – seit fast zwei Jahrzehnten der Schwerpunkt unserer Arbeit“, so Weigel. „Ich bin begeistert, dass Cristinas Doktorarbeit die Grundlage dafür geschaffen hat, unsere ursprüngliche Hypothese zu untermauern.“
Im Rahmen eines weiteren Projekts erforschte Barragán an der verwandten Art Sand-Schaumkresse, oder Arabidopsis arenosa, welchen Einfluss das Ausmaß genetischer Diversität auf das Überleben von Pflanzenpopulationen haben kann. Sie stellte fest, dass nachteilige Merkmale relativ häufig in natürlichen Populationen vorkommen. „Wahrscheinlich ist der Grund dafür Inzucht – und das, obwohl Sand-Schaumkresse sich nicht selbst befruchten kann, sondern einen Partner für die Fortpflanzung braucht“, erläutert Barragán. Weigel erwartet, dass „diese wichtige Entdeckung völlig neue Wege für genetische und genomische Studien an Wildpopulationen eröffnen wird.“
Erhebliche Auswirkungen auf unser Verständnis des pflanzlichen Immunsystems
Durch ihre Originalität, Ausdauer, experimentelle Expertise und genetischen Fähigkeiten konnte Barragán das Auswahlkomittee für die Otto-Hahn-Medaille überzeugen. Die Jury erklärte, ihre Arbeit über fundamentale Fragen der Evolutionsbiologie habe „den Grundstein gelegt für mechanistische Studien, die unser Verständnis des pflanzlichen Immunsystems maßgeblich beeinflusst haben.“The jury declared that her work on fundamental questions in evolutionary biology “provided the foundation for mechanistic studies that have greatly impacted our view of the plant immune system.”
Die Otto-Hahn-Medaille wird seit 1978 jährlich an Nachwuchsforscher für herausragende wissenschaftliche Leistungen vergeben, meist in Verbindung mit ihrer Promotion. Ziel der Auszeichnung ist es, besonders talentierte Personen zu ermutigen, eine wissenschaftliche Laufbahn zu verfolgen. Sie ist mit 7 500 Euro dotiert.
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