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Wenn ein Baum stirbt, wird er zur Grundlage f\u00fcr neues Leben: In einem langsamen, unsichtbaren Prozess werden Bl\u00e4tter, Holz und Wurzeln nach und nach zersetzt \u2013 nicht von Wind und Wetter, sondern von Abermillionen kleinster Lebewesen. Pilze durchziehen das Totholz mit feinen F\u00e4den und bauen Zellw\u00e4nde ab. Winzige Tiere wie Insektenlarven oder Milben nagen sich durch das Gewebe. Und dabei geschieht etwas Entscheidendes: Der in der Pflanze gespeicherte Kohlenstoff wird freigesetzt und steht letztlich wieder Pflanzen zur Photosynthese zur Verf\u00fcgung. Doch wer genau \u00fcbernimmt diese Aufgabe im globalen Kohlenstoffkreislauf? Und welche molekularen Werkzeuge nutzen die Organismen daf\u00fcr? Um diese Fragen beantworten zu k\u00f6nnen, haben die Forschenden eine neue bioinformatische Methode entwickelt, \u00fcber die sie jetzt in Molecular Biology and Evolution<\/em> berichten.<\/p>\n\n\n\n Diese Methode namens fDOG (Feature architecture-aware directed ortholog search<\/em>) erm\u00f6glicht es, die Erbsubstanz verschiedener Organismen nach Genen zu durchsuchen, die aus demselben Vorl\u00e4ufergen hervorgegangen sind. Bei diesen so genannten \u201eOrthologen\u201c geht man davon aus, dass sie Proteine \u00e4hnlicher Funktion kodieren. F\u00fcr die aktuelle Studie suchten die Wissenschaftler*innen nach Genen f\u00fcr Enzyme, die pflanzliche Zellw\u00e4nde abbauen k\u00f6nnen, sogenannte Plant Cell Wall-Degrading Enzymes<\/em> (PCDs). Anders als bisherige Verfahren durchsucht fDOG nicht nur gro\u00dfe Mengen an Genomdaten, sondern analysiert zus\u00e4tzlich die Architektur der gefundenen Proteine \u2013 also den strukturellen Aufbau, der viel \u00fcber die Funktion eines Enzyms verr\u00e4t.<\/p>\n\n\n\n \u201eWir starten mit einem Gen einer Art, dem sogenannten Seed, und k\u00f6nnen dann zehntausende Arten nach orthologen Genen durchforsten\u201c, erkl\u00e4rt Ingo Ebersberger, Professor f\u00fcr angewandte Bioinformatik an der Goethe-Universit\u00e4t. \u201eDabei behalten wir stets im Blick, ob sich die gefundenen Gene m\u00f6glicherweise in Funktion und Struktur von dem Seed unterscheiden \u2013 etwa durch den Verlust einzelner Bereiche, die die f\u00fcr Funktion bedeutsam sind.\u201c<\/p>\n\n\n\n Mit dieser Methode durchsuchte das Forschungsteam mehr als 18.000 Arten aus allen drei Dom\u00e4nen des Lebens \u2013 also Bakterien, Archaeen und Eukaryoten (Pflanzen, Tiere Pilze) \u2013 nach \u00fcber 200 potenziellen PCD-Kandidaten. Das Ergebnis: Eine detaillierte globale Karte der F\u00e4higkeit zum Abbau der pflanzlichen Zellwand \u2013 mit bisher unerreichter Genauigkeit.<\/p>\n\n\n\n Die Forschenden entwickelten spezielle Visualisierungsverfahren ein, um die gro\u00dfen Datenmengen auszuwerten und Muster sichtbar zu machen. Im Reich der Pilze zeigten sich dabei charakteristische Ver\u00e4nderungen im Enzym-Repertoire, die darauf hindeuten, wie sich der Lebensstil bestimmter Pilzarten ver\u00e4ndert hat: Von einem zersetzenden Lebensstil \u2013 also dem Abbau toter Pflanzen \u2013 zu einem parasitischen Lebensstil, bei dem sie lebende Tiere befallen. Solche evolution\u00e4ren \u00dcberg\u00e4nge spiegeln sich in charakteristischen Mustern des Enzymverlusts und -gewinns wider.<\/p>\n\n\n\n Im Tierreich gab es eine besondere \u00dcberraschung: Einige Gliederf\u00fc\u00dfer besitzen ein unerwartet breites Spektrum an zellwandabbauenden Enzymen. Diese Enzyme stammen wahrscheinlich urspr\u00fcnglich von Pilzen und Bakterien und gelangten durch die direkte \u00dcbertragung von Genen zwischen verschiedenen Organismen \u2013 also horizontalen Gentransfer \u2013 in das Erbgut der Wirbellosen. Das deutet darauf hin, dass sie m\u00f6glicherweise eigenst\u00e4ndig pflanzliches Material abbauen k\u00f6nnen \u2013 und nicht auf die Bakterien in ihrem Darm angewiesen sind, wie bisher angenommen. In einem weiteren Fall stellte sich allerdings heraus, dass die potenziellen PCD-Gene in der analysierten Sequenz auf eine mikrobielle Kontamination zur\u00fcckzuf\u00fchren waren \u2013 ein wichtiger Hinweis darauf, wie sorgf\u00e4ltig solche Daten gepr\u00fcft werden m\u00fcssen.<\/p>\n\n\n\n18.000 Arten unter der Lupe<\/h2>\n\n\n\n
\u00dcberraschende Entdeckungen bei Pilzen und Tieren<\/h2>\n\n\n\n