Farne geh?ren zu den Organismen mit dem umfangreichsten Erbgut, bis zu 720 Chromosomenpaare kann das Genom einer Farnpflanze aufweisen. Diese überbordende Gr??e und Komplexit?t der meisten Farngenome hat es Forschenden bislang erschwert, grundlegende Aspekte der Farnbiologie und der Evolution der Landpflanzen durch genomgestützte Forschung zu kl?ren. In der Fachzeitschrift ?Nature Plants“Externer Link hat jetzt jedoch ein internationales Forschungsteam eines der ersten Farngenome in voller L?nge ver?ffentlicht. Unter den Autoren sind auch Forschende der Universit?t Jena.

Die Sequenzierung des Genoms von ?Ceratopteris richardii“ war eine wahre Mammutaufgabe: ?ber acht Jahre haben Forschende von insgesamt 28 Institutionen auf der ganzen Welt gebraucht, um das riesige Genom des Farns zu entschlüsseln, das mit 7,46 Gigabasenpaaren mehr als doppelt so gro? wie das des Menschen ist. ?Ceratopteris richardii“ geh?rt als Farn zu den Monilophyten, den n?chsten lebenden Verwandten aller Samenpflanzen, zu denen neben den Farnen insbesondere auch die Schachtelhalme geh?ren. ?Die kleine Pflanze l?sst sich leicht kultivieren und w?chst sehr schnell, so dass sich innerhalb weniger Wochen an ihr der gesamte Lebenszyklus einer Farnpflanze untersuchen l?sst“, sagt Prof. Dr. Günter Thei?en von der Friedrich-Schiller-Universit?t Jena. Das mache diesen Farn zum idealen Modellorganismus für die Forschung, erkl?rt Thei?en die Bedeutung des für Laien eher unscheinbaren, aber fast jedem Aquarianer als ?Hornfarn“ bekannten Gew?chses. Der Professor für Genetik ist ebenso wie seine Kollegin Dr. Lydia Gramzow Teil des Autorenteams der Publikation.

Die Analyse des ?Ceratopteris“-Genoms liefert den Forschenden nun erste Hinweise darauf, warum Farne so viel DNA enthalten. Seit den 1960er Jahren ging man davon aus, dass dies durch mehrfache Verdoppelung des Genoms passiert ist, bei der versehentlich ein zus?tzlicher Chromosomensatz an die Nachkommen weitergegeben wird. Solche Verdopplungen des gesamten Genoms sind von vielen Pflanzen und sogar Tieren bekannt – für die Gr??e des Genoms von ?Ceratopteris“ sind sie aber nicht allein verantwortlich, wie sich jetzt zeigt. Denn h?tte ?Ceratopteris“ seine DNA durch wiederholte Genomverdopplungen angeh?uft, h?tten gro?e Teile seines Erbguts charakteristische ?hnlichkeiten zeigen müssen. Das ist nicht der Fall. Stattdessen fanden die Forschenden ein Sammelsurium von sich wiederholenden Sequenzen und Millionen kurzer Genschnipsel, die zusammen 85 Prozent der DNA des Farns ausmachten. Statt mehrerer Genomkopien enth?lt ?Ceratopteris“ also vor allem genetischen ?Schrott“, der sich über Millionen von Jahren angesammelt hat. Dieser ?Schrott“ ist insbesondere das Ergebnis der Aktivit?t von Transposons und Retrotransposons, das sind sogenannte ?springende Gene“, die in allen h?heren Lebewesen vorkommen, sich aber in Farngenomen offenbar besonders wohl fühlen.