Mutationsraten werden als pragmatisches Gleichgewicht zwischen den schädlichen Auswirkungen von Mutationen und den Kosten ihrer Unterdrückung vorgeschlagen; Diese Hypothese sagt voraus, dass langlebigere Körperteile und solche, die zur nächsten Generation beitragen, niedrigere Mutationsraten aufweisen sollten als der Rest des Organismus, aber ist dies in der Natur der Fall? Neue Forschungsergebnisse, die am 9. April in der Open-Access-Zeitschrift PLOS Biology von Long Wang, Dacheng Tian, Sihai Yang und Kollegen von der Nanjing University, China, zusammen mit Laurence Hurst vom Milner Centre for Evolution an der University of Bath, UK, veröffentlicht wurden, liefern nun die erster Test der Allgemeingültigkeit dieser Ideen durch Betrachten von Pflanzen.
Während neue Mutationen in der DNA der Treibstoff für die Evolution sind, sind die meisten von ihnen schlecht für Sie - einige können tatsächlich Krebs oder genetische Krankheiten verursachen. Aus diesem Grund wirkt die natürliche Selektion normalerweise, um die Mutationsrate zu reduzieren. Das Verhindern von Mutationen ist jedoch kostspielig, daher könnte man erwarten, dass das Ausmaß der Mutationsbegrenzung von einem Gleichgewicht zwischen den zukünftigen Auswirkungen einer Mutation und den Kosten für die Verhinderung von Mutationen abhängt.
Diese Hypothese sagt beispielsweise voraus, dass bei Tieren die Zellen, die zu Spermien und Eizellen beitragen (Keimbahnzellen), eine geringere Mutationsrate aufweisen sollten als solche, die dies nicht tun (somatische Zellen), da letztere dies nicht tun haben eine evolutionäre Zukunft, nur eine kurzfristige Zukunft in dem Körper, in dem sie sich befinden. Wir nehmen unsere somatischen Mutationen mit in unser Grab, aber unsere Keimbahnmutationen können in unseren Söhnen und Töchtern weiterleben. In ähnlicher Weise würde man erwarten, dass kurzlebige Organismen eine höhere Mutationsrate in ihren somatischen Zellen aufweisen als langlebigere Organismen. Diese Ideen sind schwer zu testen, aber begrenzte Daten von Tieren sind derzeit unterstützend.
Im Gegensatz zu Tieren haben Pflanzen möglicherweise keine gut definierte Keimbahn, daher argumentierten die Forscher, dass Zellen in Pflanzenstämmen eine geringere Mutationsrate aufweisen sollten als in Wurzeln, da letztere keine Aussicht darauf haben, Samen hervorzubringen. Ebenso könnten Blätter niedrigere Mutationsraten aufweisen als Blütenblätter, da Blütenblätter so kurzlebig sind. Auch Äste, die über eine Vegetationsperiode gewachsen sind, sollten die gleiche Mutationsrate aufweisen. Durch die Sequenzierung von über 750 Genome von 8 verschiedenen Pflanzenarten stellen die Autoren fest, dass alle drei Vorhersagen bestätigt werden.
Eine genauere Untersuchung der Unterschiede zwischen Wurzeln und Sprossen verstärkte diese Schlussfolgerung weiter; Das Team stellte fest, dass das Verhältnis der Anzahl der Mutationen in den Trieben zu der in den Wurzeln bei langlebigen (mehrjährigen) Arten höher war als bei Arten mit nur einer Vegetationsperiode, bevor sie absterben (einjährige). Das ergab durchaus Sinn, als sie auch herausfanden, dass Mutationen in den Trieben einjähriger Pflanzen sehr selten auf die nächste Generation übertragen werden, während dies bei Stauden nicht der Fall ist. Je größer also die Zukunftsaussichten von Mutationen in Stämmen sind, desto geringer ist die relative Mutationsrate.
Eine weitere zunächst seltsam erscheinende Beobachtung entpuppte sich als Ausnahme, die die Regel bestätigte. Erdbeerpflanzen senden Ausläufer aus, aus denen dann neue Pflanzen sprießen können. Auf den ersten Blick könnte man erwarten, dass die Ausläufer eine geringe Mutationsakkumulation aufweisen, da alle neuen Pflanzen – und damit Samen – aus dem Ausläufer stammen. Aber die Forscher fanden heraus, dass Läufer im Vergleich zu den Pflanzen, die aus ihnen sprießen, eine ziemlich hohe Rate haben. Durch die Verfolgung von Mutationen fanden sie heraus, warum das so ist: Die meisten Zellen des Ausläufers entwickeln sich nie zu neuen Pflanzen, was den Großteil des Ausläufers eher zu einer Wurzel als zu einem Spross macht. Wenn wir wissen wollen, ob Pflanzen jemals eine Keimbahn haben – selbst eine umstrittene Frage –, wäre dieses System, so schlagen sie vor, ein großartiger Modellorganismus.
Bevor zu dem Schluss kommt, dass die Theorie funktioniert, warnt das Team auch davor, dass es wahrscheinlich mehr um Mutationsratenvariationen geht als um die potenzielle Langlebigkeit von Mutationen. Frühere Beweise deuteten darauf hin, dass allein das Stressen von Pflanzen die Mutationsrate erhöhen kann. Das Team beobachtete auch, dass Pflanzen, die wir künstlich im Labor anbauen, viel höhere Mutationsraten aufweisen als Vergleichspflanzen aus dem Freiland. Die Mutationsrate, so vermuten sie, ist möglicherweise fragil und wird leicht durch lokale Bedingungen beeinflusst. In der Tat warnen die Autoren davor, dass der Unterschied zwischen Blütenblatt und Blatt nichts anderes widerspiegeln könnte als unterschiedliche Mikroumgebungen und nicht notwendigerweise natürliche Selektion, die die Mutationsrate beeinflusst. In jedem Fall deuten die neuen Beweise auf die Möglichkeit hin, dass Pflanzen nicht eine Mutationsrate haben, sondern viele. Wie diese unterschiedlichen Raten der Mutationsakkumulation in verschiedenen Körperteilen zustande kommen, muss noch geklärt werden.
Professor Hurst kommentierte: „Diese Bestätigung der Theorie hat möglicherweise Relevanz für viele Bereiche, insbesondere aber für das Verständnis von Krebs. Krebs entwickelt sich bei älteren Individuen in allen Säugetieren, aber das bedeutet, dass Mäuse im Alter von 2 Tumoren entwickeln, wir bringen sie herum 50 und Blauwale viel später. Unsere Ergebnisse unterstützen die Idee, dass einer der Gründe für diesen Trend darin besteht, dass verschiedene Arten unterschiedliche Mutationsraten aufweisen, wobei langlebigere Arten mehr investieren, um ihre somatische Mutationsrate niedrig zu h alten. Uns dabei zu helfen, wäre eine sinnvolle Präventivmaßnahme."
