Klosterneuburg – Viele kennen Löwenmäulchen ausschließlich als farbenfrohe Gartenzierden. Tatsächlich aber gedeihen die Wegerichgewächse der Gattung Antirrhinum in ebenso bunten Varianten auch in der freien Natur. In Europa findet man sie im westlichen Mittelmeerraum. Dort sorgten zwei benachbarte Löwenmäulchen-Populationen langer Zeit für ein Rätsel: Entlang einer Straße von Barcelona in die Pyrenäen wächst das Große Löwenmaul (Antirrhinum majus) in großer Zahl. Zu Beginn der Straße blüht es in Magenta, dann gewinnt eine Population gelb blühender Löwenmäulchen die Oberhand – getrennt nur durch einen zwei Kilometer langen Abschnitt, in dem sich die Blütenfarben vermischen.

Seltene Hybridzonen

Solche Hybridzonen sind bei Löwenmäulchen recht selten. Aber warum mischen sich die Blumen nicht? Immerhin handelt es sich um die selbe Spezies, sodass die gelben und magentafarbenen Blüten durchaus auf größeren Flächen gemeinsam wachsen könnten. Tom Ellis und Nick Barton vom Institute of Science and Technology Austria (IST Austria) haben gemeinsam mit Kollegen die Ursachen dieses ungewöhnlichen Phänomens untersucht und sind dabei auf eine verblüffende Lösung gestoßen.

Wie die Forscher bei Beobachtungen sowohl im Feld als auch in Experimenten herausfanden, ist die Schuldige am scharfen Unterschied zwischen magentafarbenen und gelben Populationen die Biene. Die Insekten ziehen es offenbar vor, die häufigste Blütenfarbe zu bestäuben: In magentafarbenen Populationen bestäuben Bienen hauptsächlich magentafarbene Blüten, in gelben Populationen bestäuben Bienen hauptsächlich gelbe Blüten. Diese Auswahl zugunsten der häufigsten Blütenfarbe führt bald zu einer scharfen Trennung der Population und verhindert den Austausch von Genen, die sich in der Nähe der Blütenfarbe-Gene befinden.

Gene für die Farben lokalisiert

In einer weiteren, nun im Fachjournal "Pnas" veröffentlichten Arbeit wollten die Forscher wissen, wie der Unterschied zwischen den Löwenmäulchen-Populationen entstand. "In dieser Studie haben wir Sequenzdaten von Antirrhinum-Pflanzen verwendet und daraus die einzelnen Gene lokalisiert, die für den Unterschied in der Blütenfarbe entlang der Hybridzone verantwortlich sind", erklärt Barton. Die Forscher verglichen die Genomsequenz von 50 Löwenmäulchen jeder Farbe und maßen, wie stark sich die Sequenzen zwischen den magentafarbenen und gelben Löwenmäulchen-Populationen unterschieden.

Indem sie ein statistisches Maß für die Divergenz zwischen den beiden Populationen auswerteten, fanden sie "Inseln" im Genom, an denen die magentafarbenen und gelben Löwenmäulchen sich stärker voneinander unterschieden als im restlichen Genom. Diese Inseln entsprachen den Genen, die für die Blütenfarbe verantwortlich sind. Die aktuelle Studie konzentriert sich auf zwei dieser Gene, die das Magenta-Pigment bestimmen und im Genom nahe bei einander liegen.

Barrieren für den Genaustausch

Dabei fanden die Wissenschafter zwei Gründe, warum die Gene für Blütenfarbe zwischen den Populationen divergieren. Erstens begünstigte die Selektion neue Varianten der Blütengene, die die Blüten für Bienen attraktiver machten – so dass sich diese Gene in der Population rasch vermehrten, was ein scharfes Signal in den DNA-Sequenzen hinterließ. Zweitens werden die Blütengene zu Barrieren für den Genaustausch. "Alle Gene, die sich in der Nähe oder zwischen den Blütengenen befinden, können nicht einfach zwischen den Populationen ausgetauscht werden, so dass die Region des Genoms um die Gene, die die Blütenfarbe bestimmen, divergent wird", so die Wissenschafter. (red, 10.10.2018)