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Gewürze: Standort entscheidet über Senfschärfe

Jeder Senf schmeckt anders. Das liegt nicht nur an seiner Zubereitung, sondern auch an minimalen Unterschieden im Stoffwechsel der Pflanzen. Forscher haben Senfpflanzen aus den Rocky Mountains verglichen - und Genomabschnitte identifiziert, die den Schärfegrad steuern.

Es gibt einen Grund, warum Menschen mit Senf sparsamer umgehen als mit Ketchup: seine Schärfe! Doch diese variiert selbst zwischen Senfpflanzen der gleichen Art. Abhängig von ihrem Standort bilden die Pflanzen unterschiedliche Schärfemoleküle, um Fressfeinde zu vertreiben. Ein internationales Forscherteam hat nun jene Genabschnitte entdeckt, die den Schärfegrad des Senfs bestimmen. Die Studie zeigt, wie sich die Pflanzen in der Evolution an ihre Umgebung angepasst haben.

In den US-Bundesstaaten Montana und Colorado untersuchten Thomas Mitchell-Olds von der Duke University und seine Kollegen die Senfspezies Boechera stricta. Im Erbgut der Pflanzen fanden sie eine Region, deren Gene abhängig von Umweltfaktoren bestimmen, welche Senföle die Pflanzen herstellen, wenn sie angefressen werden. "Vorher hatten wir keine Idee, wie das funktioniert", sagt Mitchell-Olds.

Wichtig bei der Herstellung der Schärfemoleküle sind Enzyme, die sich in den Zellen gesunder Senfpflanzenblätter räumlich getrennt von Vorstufen der Schärfemoleküle, sogenannter Glucosinolate, befinden. Beißt ein Insekt in eine Senfpflanze, treffen Enzyme und Senfölvorstufen aufeinander. Die Enzyme bauen die Glycosinolate zu scharfen Senfölen um. Je nach Standort der Pflanzen unterscheiden sich die Enzyme, die sie herstellen, und damit auch die Schärfemoleküle.

So auch in Colorado und Montana. Dass die Pflanzen der beiden Standorte verschiedene Schärfemoleküle herstellen, liege daran, dass sich ihre Enzyme in zwei Aminosäuren unterscheiden, berichten die Forscher im Fachmagazin "Science". Diese winzige Abweichung in der chemischen Struktur der Enzyme sichert den Senfpflanzen offenbar das Überleben: Denn als die Forscher etwa Individuen aus Colorado nach Montana brachten, wurden deren Blätter von Insekten zerfressen. Offenbar schreckten die Senföle der Pflanzen aus Colorado Fressfeinde aus Montana nicht ab.

Die Ergebnisse der Studie könnten auch interessant für die Landwirtschaft sein. Mitchell-Olds kann sich aber vor allem für die Kräfte der Evolution begeistern, welche die Pflanzen veränderten. Seit etwa 3000 Jahren lebt Boechera stricta in Montana und Colorado an den gleichen naturbelassenen Orten. "Wir können die Evolution von den Pflanzen bis hin zu einzelnen Aminosäuren verfolgen und erklären, welchen Einfluss Gene auf deren Physiologie haben", sagt er. "Die Veränderungen, die wir sehen, spiegeln die Vergangenheit der Art wider."

jme

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Hintergrund
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Evolution
Die Veränderung des Erbguts und damit des Phänotyps von Individuen von Generation zu Generation.
Population
Eine Gruppe von Organismen einer Art oder auch verschiedener Arten (Mischpopulation) an einer bestimmten Örtlichkeit.
Phänotyp
Das Erscheinungsbild eines Individuums ist die Gesamtheit der durch die Erbanlagen (Genotyp) und die Einflüsse der Umwelt sich ausprägenden Merkmale eines Lebewesens.
genetische Variabilität
Die einzelnen Individuen einer Art besitzen genetische Unterschiede.
natürliche Selektion
Das Erbgut von Individuen einer Art wird nicht mit gleicher Wahrscheinlichkeit weiter gegeben. Manche Individuen einer Population vermehren sich stärker als andere - je nachdem wie überlebenstüchtig sie in einer bestimmten Umwelt sind. Selektionsfaktoren der Umwelt üben eine natürliche Selektion aus.
sexuelle Selektion
Ein Individuum bevorzugt bei seiner Partnerwahl bestimmte Merkmale. Dadurch haben nicht alle potentiellen Sexualpartner die gleichen Chancen zur Fortpflanzung, es findet somit eine Selektion statt. Die Erbanlagen, die die Merkmale hervorbringen, die fr die Partnerwahl entscheidend waren, werden dadurch weiter gegeben.
künstliche Selektion
Vom Mensch gewünschte Eigenschaften werden durch Selektion und Zucht einzelner Individuen gezielt vermehrt.
genetische Drift
Auch Gendrift genannt. Vorgang bei der Evolution, der zu einer Veränderung im Genbestand kleiner Teilpopulationen gegenüber der Ausgangspopulation führt. Je kleiner eine Population ist, umso leichter kann der Zufall eine vom allgemeinen Durchschnitt abweichende Kombination von Genen zusammenführen. Gelangen beispielsweise nur wenige Individuen einer Art in ein isoliertes Gebiet (Insel, abgeschnittenes Gebirgstal), so können sich nun von ihrem Selektionswert unabhängige Mutationen aufgrund des Zufalls durchsetzen oder verlorengehen. Dies kann zu Formen führen, die in einzelnen Merkmalen nicht angepasst sind (beispielsweise auffällige Färbung, die sie als Beutetiere mehr gefährdet). Der Wirkungsgrad der Gendrift kann durch die mathematische Statistik erfasst werden.


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