Die Heckenrose (Rosa canina), die Wildrosenart, hat ein pentaploides Genom mit 35 Chromosomen. Obwohl sie eine ungerade Anzahl an Chromosomen hat, kann sie sich dank einer einzigartigen Form von Zellteilung genannt „Canina-Meiose“, bei der nur zwei Chromosomensätze eine reguläre meiotische Teilung durchlaufen, während die restlichen 21 Chromosomen asymmetrisch in der Eizelle verbleiben. Die Befruchtung der tetraploiden Eizelle durch den haploiden Pollen führt zu pentaploiden Nachkommen. Der Mechanismus dieser bei Heckenrosen beobachteten asymmetrischen Meiose war unbekannt. In einer aktuellen Studie haben Forscher herausgefunden, dass die Größe des Centromers eine entscheidende Rolle dabei spielt, ob ein Chromosom bivalent wird oder ungepaart bleibt. Chromosomen mit kleinerer Centromergröße bilden Paare und teilen sich symmetrisch, während Chromosomen mit großer Centromergröße ungepaart bleiben und in der Eizelle verbleiben. Dies ist für die Pflanzenzucht von Bedeutung, da geeignete Veränderungen der Centromergröße die Vererbung eines gewünschten Chromosoms bedeuten würden.
Um die Kontinuität und Integrität des Genpools zu gewährleisten, muss die Chromosomenzahl der Nachkommen mit der ihrer Eltern übereinstimmen. Um dies zu gewährleisten, durchlaufen die Gonaden der meisten höheren Tiere und Pflanzen eine symmetrische meiotische Zellteilung. Dies führt zur Bildung haploider Gameten mit der gleichen Chromosomenzahl (n), sodass nach der Befruchtung der Eizelle durch den männlichen Gameten die ursprüngliche diploide Zahl (2n) in der Zygote wiederhergestellt wird. Der Mensch besitzt beispielsweise 23 Chromosomenpaare (2n=46). Durch die Meiose-Teilung der Gonaden entstehen symmetrisch haploide Eizellen und Spermien mit (n=23), sodass nach der Befruchtung die ursprüngliche diploide Zahl (2n=46) in der Zygote wiederhergestellt wird. Dies ist bei den meisten sich sexuell fortpflanzenden Pflanzen- und Tierarten der Fall. Sie besitzen eine gerade Chromosomenzahl. Die sexuelle Fortpflanzung der Hagebutte ist jedoch einzigartig.
Die Heckenrose (Rosa canina), die häufig vorkommende Kletterrose, besitzt ein pentaploides Genom, d. h. sie besitzt fünf Chromosomensätze mit jeweils sieben Chromosomen. Die Pflanze hat eine ungerade Chromosomenzahl von insgesamt 7, kann sich jedoch dank einer asymmetrischen Form der meiotischen Zellteilung, der sogenannten „Canina-Meiose“, sexuell fortpflanzen. Dabei bilden nur zwei Chromosomensätze (= 35) bivalente Chromosomensätze und durchlaufen eine reguläre meiotische Teilung, während die restlichen Chromosomen (= 14) in der Eizelle verbleiben.
Bei der Canina-Meiose bleiben einige Chromosomen ungepaart (univalent), während andere Paare bilden (bivalent). Die ungepaarten Chromosomen werden bei der Spermatogenese eliminiert, wodurch ein haploides Pollenkorn entsteht, das nur noch die bivalenten Chromosomen enthält. Bei der Oogenese hingegen Zelle erhält einen Satz bivalenter Chromosomen und alle 21 ungepaarten Chromosomen, wodurch die Eizelle tetraploid wird. Die Befruchtung der tetraploiden Eizelle durch den haploiden Pollen (mit den bivalenten Chromosomen) stellt das pentaploide (5n) Genom der Nachkommen wieder her. Somit sind die Heckenrose-Nachkommen größtenteils geklont und teilweise sexuell reproduziert. Diese einzigartige Fortpflanzungsform ist seit einem Jahrhundert bekannt, ihr Mechanismus war jedoch unbekannt.
In einer aktuellen Studie untersuchten Forscher, wie der gezielte Transport ungepaarter Chromosomen in die Eizellen während der Oogenese bei Heckenrosen abläuft. Sie fanden heraus, dass die Zentromergröße der Chromosomen eine Rolle spielt. Größere Zentromere wurden hauptsächlich in ungepaarten Chromosomen gefunden, während Zentromere, die bivalente Chromosomen bilden, mit Retrotransposons angereichert waren. Es gibt Hinweise darauf, dass die Zentromergröße eines Chromosoms bestimmt, ob das Chromosom bivalente Chromosomen bildet oder ungepaart bleibt und bei asymmetrischer Oogenese in der Eizelle verbleibt. Chromosomen mit kleinen Zentromeren bilden bivalente Chromosomen und durchlaufen eine symmetrische Teilung, während Chromosomen mit großen Zentromeren ungepaart bleiben und asymmetrisch in der Eizelle verbleiben. Dies ist für die Pflanzenzüchtung von Bedeutung, da geeignete Veränderungen der Zentromergröße die Vererbung eines gewünschten Chromosoms bedeuten würden.
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Literaturverzeichnis:
- Lunerová J., et al. 2020. Die asymmetrische Meiose der Canina geht mit der Expansion eines perizentromeren Satelliten in nicht rekombinierenden univalenten Chromosomen der Gattung Rosa einher. Annals of Botany, Band 125, Ausgabe 7, 4. Juni 2020, Seiten 1025–1038, Veröffentlicht: 25. Februar 2020. DOI: https://doi.org/10.1093/aob/mcaa028
- Herklotz, V., Zhang, M., Nascimento, T. et al. Bimodale Zentromere in pentaploiden Heckenrosen geben Aufschluss über ihre einzigartige Meiose. Nature (2025). Veröffentlicht am 18. Juni 2025. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09171-z
- Max-Planck-Gesellschaft. Überlebenstrieb: Die scheinbar unmögliche Fortpflanzung von Heckenrosen beruht auf einem Centromeren-Trick. Veröffentlicht am 18. Juni 2025. Verfügbar unter https://www.mpipz.mpg.de/pr-marques-2025-06-en
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