Bei der geschlechtlichen Fortpflanzung wird das Erbgut von zwei unterschiedlichen Individuen kombiniert. Diese Mischung bildet die Grundlage der genetischen Vielfalt, erhöht die Anpassungsfähigkeit der Nachkommen und hilft dabei, eine Anhäufung schädlicher Mutationen zu vermeiden. Dafür müssen sich Individuen aber mit anderen fortpflanzen und sich nicht selbst befruchten. Ähnlich wie die meisten Tiere haben deshalb auch einige Blühpflanzen unterschiedliche Geschlechter entwickelt. Andere Pflanzen dagegen bringen sowohl männliche als auch weibliche Blüten hervor, haben diese aber so gestaltet, dass eine Selbstbestäubung erschwert wird.
Eine Sonderform dieser Lösung haben Bäume aus der Familie der Walnüsse entwickelt: „Walnüsse und Pekannüsse weisen einen zeitlichen Dimorphismus auf, bei dem sich männliche und weibliche Blüten im Laufe der Saison abwechseln“, erklärt Jeffrey Groh von der University of California in Davis. Einige Walnussbäume entwickeln zuerst männliche Blüten, andere zuerst weibliche. Später in der Saison tauschen sie die Rollen, wobei das Verhältnis zwischen erst-männlichen und erst-weiblichen Bäumen ausgeglichen ist. „Dies ist seit den 1800er Jahren bekannt, wurde aber bisher nicht auf molekularer Ebene verstanden.“
Wechsel der Geschlechter seit 40 Millionen Jahren
Groh und sein Team haben nun die Genome zahlreicher Walnussbäume verschiedener Arten sequenziert, darunter sowohl domestizierte Sorten als auch wilde Verwandte wie die nordkalifornische Schwarznuss (Juglans hindsii). Dabei ordneten die Biologen jeweils ein, welche Bäume erst männlich oder erst weiblich blühten, und identifizierten die DNA-Sequenzen, die mit diesem Merkmal in Verbindung stehen.
„Unsere Untersuchung zeigt, dass eine kleine genomische Region mit rund zwanzig Kilobasen die Blühtypen der nordkalifornischen Schwarznuss steuert“, berichtet das Team. Auch bei acht weiteren wilden und domestizierten Arten von Walnussbäumen, die Groh und seine Kollegen untersucht haben, bestimmt diese genomische Region darüber, ob eine Pflanze zuerst männlich oder weiblich blüht. Das deutet den Forschenden zufolge darauf hin, dass sich dieses Merkmal bereits beim gemeinsamen Vorfahren der heutigen Arten entwickelt hat und seit rund 40 Millionen Jahren stabil ist.
In der identifizierten Region befindet sich ein Gen namens TPPD1, das reguliert, wann sich welche Blüten entwickeln, wie das Forschungsteam feststellte. Dieses Gen liegt in zwei Varianten vor, wobei das dominante Allel die Entwicklung der männlichen Blüten verzögert, sodass Bäume, die dieses Allel tragen, zuerst weiblich blühen. Bäume, die nur das rezessive Allel tragen, blühen dagegen zuerst männlich. Ein simpler Mechanismus sorgt dabei dafür, dass das Geschlechterverhältnis ausgeglichen bleibt: Kommt ein Blühtyp seltener vor, stehen ihm Befruchtungspartner im Überschuss zur Verfügung, sodass er einen Paarungsvorteil hat und wieder häufiger wird.
