Chinesische Wissenschaftler haben eine Mutation identifiziert, die Eisbergsalat bei der Bildung von Kohlköpfen unterstützt. Es stellte sich heraus, dass es sich um die Insertion eines Transposons in das LsKN1-Gen handelt, das für die Blattentwicklung auf dem siebten Chromosom verantwortlich ist. Offenbar erschien er nach der Domestikation des Salats, aber vor seiner Teilung in Blatt- und Kopfformen vor etwa zweitausend Jahren. Wie in einem Artikel für die Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences erwähnt, wird die Entdeckung helfen zu verstehen, wie Kohlköpfe nicht nur im "Eisberg", sondern auch in anderen Blattgemüsen wie Kohl entstehen. Allerdings räumen die Autoren der Studie ein, dass eine Mutation in LsKN1 eine notwendige, aber unzureichende Bedingung für die Bildung von Kohlköpfen ist.
Aussaatsalat (Lactuca sativa) ist eines der beliebtesten Blattgemüse der Welt. In Russland wird es oft einfach "Salat" genannt. Die Menschen haben den Salat bereits im alten Ägypten domestiziert und seitdem viele Sorten davon entwickelt, die in zwei Hauptgruppen unterteilt sind - Blatt- und Kopfsalat (eine der berühmtesten Sorten von Kopfsalat ist "Eisberg").
Ein Forscherteam unter der Leitung von Hanhui Kuang von der Central China Agricultural University beschloss herauszufinden, wie Eisbergsalat seine Köpfe bildet. Die genetischen Mechanismen, die diesem Prozess zugrunde liegen, sind noch wenig verstanden, und dies gilt nicht nur für Salat, sondern auch für andere Kohlpflanzen, zum Beispiel Kohl (Brassica oleracea), Rübe (B. rapa) (deren Kohlsorten sind als Pekingkohl bekannt ") Und Chicorée-Salat (Cichorium endivia).
Beim Vergleich der Blätter des "Eisbergs" mit den Blättern des Salats "Romaine" (eine Salatsorte, die keine Kohlköpfe bildet), stellten die Autoren fest, dass erstere durch eine konkave Hauptader gekennzeichnet sind, wodurch die Blätter werden in einem Kohlkopf gesammelt. Die Anordnung der Zellen darin ist frei, ohne offensichtliche Unterschiede zwischen dem adaxialen (dh zur Sprossachse gerichteten) und dem abaxialen (gegen die Sprossachse gerichteten) Ende. Im Gegensatz dazu sind bei der Romen-Variante die Zellen am adaxialen Ende der Hauptvene dichter gepackt als am abaxialen Ende.
Anschließend überquerten die Forscher den „Eisberg“mit dem „Romaine“-Salat und erhielten in der zweiten Generation eine Reihe von Formen, vom Kopf bis zum Blatt. Dies deutet darauf hin, dass die Fähigkeit, Kohlköpfe zu bilden, ein quantitatives Merkmal ist. Nach Auswahl von zwanzig Kopf- und Blattexemplaren der zweiten Generation und anschließender Isolierung und Analyse ihrer RNA fanden die Autoren heraus, dass die Gene, die für die Entwicklung von Kohlköpfen verantwortlich sind, auf dem vierten (LHL1-Locus) und siebten (LHL2-Locus) Chromosom lokalisiert sind.
Nachfolgende Experimente zielten darauf ab, LHL2 zu untersuchen. Nach Auswahl von Salatproben, die heterozygot für diesen Locus und homozygot für LHL1 waren, bestäubten die Teammitglieder diese selbst und wählten 577 Pflanzen aus den resultierenden Nachkommen aus. Die Analyse dieser Proben ermöglichte es, auf dem siebten Chromosom eine Region von elf Genen zu identifizieren, die für die Bildung von Kohlköpfen verantwortlich ist. Darunter befand sich ein Gen, das für ein Homolog des Mais-KN1-Proteins kodiert und mit der Blattentwicklung assoziiert ist. Die Autoren gaben ihm den Namen LsKN1. Sie fanden heraus, dass der "Eisberg" ein Transposon-Insert enthielt, das bei Salat fehlte.
Um die Rolle von LsKN1 bei der Bildung von Kohlköpfen zu bestätigen, legten die Forscher für die Loci LHL1 und LHL2 homozygote Blattexemplare zugrunde und führten in sie das für den "Eisberg" charakteristische LsKN1-Allel ein. Als Ergebnis bildeten die Versuchspflanzen Kohlköpfe. Umgekehrt führte die Entfernung von LsKN1 zu belaubten Nachkommen in LHL2-homozygoten Exemplaren.
Dank zusätzlicher Analysen fanden die Autoren heraus, dass das im Salat vorhandene Transposon die Expression des LsKN1-Gens verstärkt (was ziemlich ungewöhnlich ist, da Transposons meistens die Arbeit von Genen blockieren). Außerdem war dieses Gen im Salat immer weniger aktiv als im "Eisberg". Als die Forscher die Expression von LsKN1 im Salat künstlich erhöhten, bildeten die resultierenden Pflanzen Kohlköpfe.
Bei der Anwendung der Ergebnisse auf eine frühere groß angelegte Analyse von 175 Salat-Genotypen fanden die Forscher heraus, dass 51 Genotypen, die allen 22 untersuchten Eisbergsorten entsprechen, eine erhöhte LsKN1-Expression aufwiesen und ein Allel mit Transposon-Insertion hatten. Bei einigen der verbleibenden Genotypen ist jedoch selbst in Gegenwart des "Kopf"-Allels LsKN1 seine Expression gering, und es werden keine Kohlköpfe gebildet. Das bedeutet, dass das Vorhandensein eines Transposons in einem bestimmten Gen eine Voraussetzung, aber keine hinreichende Bedingung für die Bildung eines Kohlkopfes ist.
Neben dem Eisberg wurde das Head-Allel in mehreren Salatsorten, einschließlich Romana, beschrieben. Die Autoren beschlossen, herauszufinden, ob diese Variante von den wilden Vorfahren dieses Gemüses geerbt wurde. Dazu untersuchten sie 451 Exemplare wilder Salatarten (darunter L. serriola, L. saligna und L. virosa). Wir haben für keinen von ihnen ein Transposon in LsKN1 gefunden. Das bedeutet, dass er nach seiner Domestikation, aber vor der Divergenz von Blatt und Kopf vor etwa zweitausend Jahren, in das Genom des Saatsalats integriert wurde.
Anscheinend beeinflusst die "Kopf"-Form von LsKN1 eine Reihe von Genen und löst die Transformation der Hauptader des Blattes aus. Den Forschern gelang es, eines davon zu identifizieren - das LsAS1-Gen, das für die Anordnung der Gewebe im Blatt verantwortlich ist. Die Überexpression von LsKN1 unterdrückt seine Arbeit, was zur Bildung des Kohlkopfes beiträgt.
Die Autoren geben zu, dass sie noch weit davon entfernt sind, ein vollständiges Bild von der Bildung von Kohlköpfen in der Nähe des "Eisbergs" zu erstellen. Insbesondere müssen sie noch die Rolle des LHL1-Locus sowie des LsKN2-Gens untersuchen, das ein Homolog von LsKN1 ist und hauptsächlich für die Bildung des Meristems verantwortlich ist, aber bei Überexpression auch Kohlköpfe bilden kann. Diese Arbeit ist jedoch ein wichtiger Schritt, um zu verstehen, wie viele beliebte Blattgemüse entstanden sind, darunter Salat und Kohl.
Salat kann nicht nur auf der Erde angebaut werden. Experimente an Bord der ISS haben gezeigt, dass dieses Gemüse auch im Weltraum gut wächst und seine positiven Eigenschaften nicht verliert. Das bedeutet, dass im Weltraum angebautes Grün in Zukunft nicht nur dazu beiträgt, die Ernährung der Astronauten mit frischen Produkten zu diversifizieren, sondern auch ein sehr gesundes Lebensmittel ist.
