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Aug 07, 2023

Leuchtend orangefarbene Flechten können ihre Pigmente als „Sonnenschutz“ verwenden.

Pilze in orangefarbenen Flechten können die toxischen Wirkungen heller Pigmente vermeiden und ermöglichen so

Pilze in orangefarbenen Flechten können die toxischen Wirkungen heller Pigmente vermeiden und so hohen UV-Belastungen standhalten.

Flechten sind seltsame pflanzenähnliche Organismen, die aus einer Pilzart und mindestens einer Alge oder Cyanobakterie bestehen, die in einer symbiotischen Beziehung leben. Eine Familie von Flechten, bekannt als Teloschistaceae, ist oft leuchtend orange gefärbt – ein seltenes Merkmal im Vergleich zu eng verwandten Arten. Die für den intensiven Farbton verantwortlichen Pigmente haben oft toxische Wirkungen auf den Organismus selbst, sodass Wissenschaftler sich fragen, wie er sich bei der Synthese seiner orangen Färbung schützte.

Untersuchungen haben gezeigt, dass Pilze in orangefarbenen Flechten die toxischen Wirkungen heller Pigmente umgehen können, indem sie diese aus ihren Zellen transportieren und so einen „Sonnenschutzeffekt“ erzeugen. Eine neue Meta-Genomik-Studie, die von Forschern des Imperial College London und der Royal Botanic Gardens in Kew veröffentlicht wurde, zeigt nun, wie Flechten ihren orangefarbenen Farbton nutzen können, um Sonnenlicht zu reflektieren und gleichzeitig ihre toxischen Wirkungen zu vermeiden.

Die in Genome Biology and Evolution veröffentlichte Studie zeigt, dass die Pilze dieser Flechtenklasse über ein Gen verfügen, das für den Transport der orangefarbenen Pigmente aus der Zelle kurz nach ihrer Entstehung verantwortlich ist.

Der Hauptautor Theo Llewellyn, ein Doktorand aus der Abteilung für Biowissenschaften am Imperial College, sagt, dass die unerwartete Entdeckung aus einer Genuntersuchung stammte, bei der Sequenzen aus den Algen und Pilzen isoliert wurden, aus denen Flechten bestehen. Die Pilze in orangefarbenen Flechten hätten sich entwickelt, um mit giftigen Pigmenten umzugehen, sagt er: „Was uns wirklich begeisterte und überraschte, war, dass wir sahen, dass es direkt neben dem Gen, das für die Herstellung dieser Pigmente verantwortlich ist, ein zweites Gen gibt, das spezialisiert ist.“ um in der Lage zu sein, dieses Pigment zu transportieren und aus der Zelle zu befördern.“

Diese Transportergene ermöglichten es den Pilzen, das Pigment loszuwerden, bevor es sich ansammeln und giftig werden konnte, erklären Forscher. Das Transportergen wurde in nicht-orangen Abstammungslinien/Flechtengruppen nicht gefunden.

Die Studie wurde von einem RBG-Kew-Projekt konzipiert, geleitet und teilweise finanziert. Dr. Ester Gaya, leitende Forschungsleiterin für Mykologie am RBG Kew und Teloschistaceae-Expertin, sagt, dass sie mit den Ergebnissen der Gruppe zufrieden ist. Sie sagt: „Wir hatten jahrelang an dieser Gruppe von Flechten gearbeitet, und nachdem ich herausgefunden hatte, dass diese orangefarbenen Pigmente eine adaptive Strahlung in trockene Lebensräume vermittelt hatten, habe ich mich immer gefragt, warum. Warum haben sie sich so entwickelt, dass sie so giftige Pigmente produzieren, die töten können.“ sich?"

Pigmente, die für die Färbung von Flechten von Goldgelb zu Purpurrot verantwortlich sind, werden als „Anthrachinone“ bezeichnet und haben auch UV-schützende Eigenschaften.

Der Naturstoffforscher Dr. Tom Prescott von RBG Kew, der auch Co-Autor der Studie ist, stimmte dem zu und fügte hinzu: „Anthrachinone sind seit langem als ziemlich giftig bekannt, auch für Pilze, daher war es immer ein Rätsel, wie sie diese herstellen.“ Verbindungen, ohne sich selbst zu vergiften. Diese Studie hilft, dies zu erklären.

„Diese von ihnen produzierten Pigmente sind in Wasser unlöslich“, sagt Llewellyn. „Sobald die Flechte sie produziert, beginnen sie zu kristallisieren und bilden eine Schicht auf der Flechte.“

Dadurch kann die Flechte UV- und sichtbares blaues Licht reflektieren. Die Wissenschaftler sagen, dass zwar noch nicht klar sei, welche Organismen in den Flechten am meisten von dieser Sonnenschutzwirkung profitieren, sie spekulieren jedoch, dass sowohl die Pilze als auch die Algen geschützt werden. Die Algen nutzen Sonnenlicht zur Photosynthese und produzieren Zucker für das Flechtensystem. Zu viel davon kann jedoch schädlich sein, da es DNA-Schäden verursachen kann.

Die dicke Kristallschicht kann schädliche Strahlung reflektieren und dennoch einen Teil der Sonnenstrahlung für die Photosynthese durchlassen.

Co-Autor Professor Timothy Barraclough, Professor am Fachbereich Biologie der Universität Oxford und Gastprofessor am Fachbereich Biowissenschaften am Imperial College, sagt, dass das Verständnis dieser Mechanismen dazu beitragen kann, Aufschluss darüber zu geben, wie es diesen orangefarbenen Flechten ergeht verschiedene Lebensräume.

„Diese spezielle Gruppe war besonders erfolgreich und hat sich in anspruchsvolle Lebensräume mit hoher UV-Belastung ausgebreitet“, sagt Professor Barraclough – und weist darauf hin, dass die Familie mehr als 1000 Arten umfasst und in Ländern wie Südafrika, Namibia und Australien zu finden ist.

Professor Barraclough weist auf die einzigartige Struktur von Flechten hin, die ihre Untersuchung erschwert: „Es handelt sich um weitverbreitete, aber etwas ungewöhnliche Lebensformen, die aus einer Zusammenarbeit zwischen Pilzen und Algen und möglicherweise vielen weiteren Partnern entstehen. In Anwesenheit aller.“ dieser Partner macht es sehr kompliziert, Informationen über Gene zu extrahieren.“

Die von der Gruppe durchgeführte metagenomische Studie sequenzierte kleine DNA-Fragmente aus der Flechte und kartierte sie in Datenbanken bekannter Organismen. Durch die Analyse, welche DNA-Sequenzen denen in Pilzen und Algen am ähnlichsten sind, konnten die Forscher identifizieren, welche Sequenzen zu den einzelnen Partnern gehörten.

Llewellyn sagt, dass in der nächsten Forschungsphase versucht wird, die anderen Eigenschaften von Anthrachinonen zu untersuchen, beispielsweise ihre potenziellen antimikrobiellen Eigenschaften, die es Flechten ermöglichen, andere Pilze und Mikroben zu übertreffen.

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Llewellyn, T., Nowell, RW, Aptroot, A., Temina, M., Prescott, TAK, Barraclough, TG, Gaya, E., 2023. Metagenomik beleuchtet die Entwicklung des „Sonnenschutz“-Pigmentstoffwechsels in den Teloschistales ( flechtenbildende Ascomykoten). Genome Biology and Evolution, 15(2), DOI: 10.1093/gbe/evad002