In einer umfassenden Studie untersuchten Nancy Choudhary, Marie Hagedorn und Prof. Boas Pucker vom Institut für Zelluläre und Molekulare Botanik (IZMB) die Erbinformationen von 183 Arten aus allen 15 Stämmen der Kürbisgewächse – also von Pflanzen, zu denen auch Kürbis, Gurke, Zucchini und Melone gehören. Ihre Daten legen nahe: Den Kürbisgewächsen fehlen durchweg die zentralen Gene, mit denen die meisten Blütenpflanzen sogenannte Anthocyanine herstellen.
Die Rolle der Anthocyanine
Anthocyanine sind natürliche Pigmente, die Blüten und Früchten vieler Pflanzen ihre kräftigen Pink-, Rot- und Blautöne verleihen. Doch sie sind weit mehr als ein optisches Extra: Sie schützen Pflanzen vor UV-Strahlung, helfen bei der Abwehr von Krankheitserregern und locken Bestäuber an. Die Studie zeigt, dass Kürbisgewächse diese Farbstoffe im Laufe ihrer Evolution vollständig aufgegeben haben. Das betrifft nicht nur die Enzyme, die für die Farbstoffbildung nötig sind, sondern auch die Schaltergene, die den gesamten Prozess steuern.
Carotinoide als Alternative
Stattdessen setzen Kürbisgewächse auf andere Pigmente, insbesondere Carotinoide. Diese sorgen für gelbe, orange und rote Farbtöne und sind bereits seit Langem mit der typischen Färbung vieler Kürbisse verbunden. Die Forschenden fanden in ihren Genanalysen deutlich höhere Aktivitäten der Carotinoid-Gene als bei verwandten Pflanzenfamilien – ein Hinweis darauf, dass Kürbisgewächse diesen alternativen Weg im Laufe der Evolution aktiv ausgebaut haben.
Schrittweiser Verlust der Farbe
Spannend ist auch, dass sich der Verlust der Anthocyanine offenbar über einen längeren Zeitraum erstreckte. In einigen sehr frühen Vertretern der Familie, wie Bayabusua clarkie, konnten die Forschenden noch Reste der alten Gene nachweisen. Das spricht für einen schrittweisen Rückzug der Farbe – zunächst verschwanden die Steuerungsgene, dann die eigentlichen Farbstoff-Gene.
Evolutionäre Bedeutung des Genverlusts
Dass eine ganze Pflanzenfamilie einen kompletten Farbstoffweg verliert, gilt als außergewöhnlich. In der Evolution kommt es selten vor, dass so zentrale Funktionen vollständig aufgegeben werden – noch dazu in einer derart großen und vielfältigen Familie. Die Studie legt nahe, dass auch der Verlust komplexer Merkmale ein erfolgreicher Anpassungsweg sein kann.
Das Preprint liefert neue Einblicke in die Entstehung und Veränderung pflanzlicher Farbsysteme – und erklärt ganz nebenbei, warum Kürbisse wohl für immer orange bleiben werden.