Wenn Gene Organismengrenzen überspringen

Die Seeschnecke Elysia chlorotica interessiert WissenschaftlerInnen schon lange: Sie ergrünt, wenn sie Algen der Art Vaucheria litorea frisst. In in diesem Zustand ist sie lange Zeit unabhängig von Nahrungsaufnahme, solange sie ausreichend Licht bekommt.

Meeresschnecke lebt von Photosynthese

In der Tat macht sich die Schnecke die Plastiden als Organellen der Alge zu Nutze, indem sie sie nicht verdaut, sondern in die Darm-Epithelienzellen aufnimmt. Dort teilen sich die Plastiden weiter und versorgen die vier Zentimeter große Schnecke mit photosynthetisch gebildetem Sauerstoff und Kohlenhydraten. Beendet man die Fütterung der Schnecken mit Vaucheria, bleiben diese bis zu 10 Monate grün, bis die Plastiden die Funktion einstellen. Die Plastiden müssen also von den adulten Tieren immer wieder neu aufgenommen werden; sie werden nicht an die Schnecken-Nachkommenschaft weitergegeben.

Photosynthese ohne Zellkern?

Bislang war allerdings völlig unklar, wie die Plastiden am Leben gehalten werden, da ihr eigenes Genom zu klein ist, um deren Weiterleben sicher zu stellen: Die meisten Gene für Plastidenproteine sind in Vaucheria - wie auch allen anderen Algen und Pflanzen - im Kern kodiert. Es gibt bislang keine Hinweise, dass der Algen-Kern ebenfalls in den Schnecken konserviert wird. Photosynthese beansprucht die Photosysteme aber stark, so dass eigentlich ständig einige der kern-kodierten Untereinheiten erneuert werden müssen, aber wie?

Gen gelangte ins Schnecken-Genom

Mary Rumpho von der University of Maine ist es gemeinsam mit Kollegen erstmalig gelungen zu zeigen, dass im Laufe der Evolution ein Gen der Alge in das Genom der Schnecke gelangen konnte und von dort an die Nachkommen weitergegeben wird. Intrazellulärer Gentransfer zwischen Organellen sind hinlänglich bekannt, wie etwa bei der endosymbiotischen Entstehung von Organellen. Horizontaler Gentransfer - also von einem auf einen völlig anderen Organismus - dagegen kaum. Dass es sich bei dem untersuchten PsbO-Gen um ein Gen handelt, das ein Protein des photosynthetischen Wasserspaltungs-Apparates kodiert, macht den Fund sogar noch spannender.

Weitere Fragen keimen

Es bleiben natürlich noch eine Reihe ungeklärter Fragen:

• Wie viele weitere Gene sind kopiert worden und in das Genom der Schnecke gelangt?
• Wie wurden die Promotoren modifiziert, so dass sie in der Schnecke funktionieren?
• Wie gelangt das Genprodukt in die Plastiden?

Schnecke kontrolliert Photosynthese

Die Arbeiten von Rumpho und Kollegen zeigen aber, dass prinzipiell ein temporärer Wirtsorganismus durch horizontalen Gentransfer in die Lage gelangen konnte, endosymbiontische Organellen zu kontrollieren und deren Photosynthese zu unterstützen, eine Eigenschaft, die sie auch an ihre eigenen Nachfahren weiter gibt.

Vorgestellt von
Prof. Dr. Peter Kroth,
Fachbereich Biologie
Universität Konstanz
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