Polyploidie – Ursachen und Arten
Apomixis, Hybridisierung und Polyploidie sind charakteristische Prozesse, die bei Pflanzen im Vergleich zu Tieren häufiger vorkommen.
Polyploidie bezeichnet das Vorhandensein von drei oder mehr Chromosomensätzen in einem einzigen Organismus. Das Phänomen ist vor allem bei Pflanzen vorhanden und bei Tieren selten. Einige der Tierarten, die Polyploidie aufweisen, sind Regenwürmer, bestimmte Arten von Fischen, Eidechsen, Amphibien und einige Insekten.
Ursachen der Polyploidie
Die Hauptursache der Polyploidie liegt in der Nicht-Disjunktion der Schwesterchromatiden während der meiotischen Rekombination. Vor der Meiose verdoppelt sich die Chromosomenzahl, gefolgt von einer Chromosomentrennung während der Gametenbildung. Autopolyploide resultieren aus dem Versagen der Segregation der Chromosomen während der Gametenbildung. Somatische Verdopplung in apikalen Meristemen ist eine weitere Ursache und resultiert aus mitotischen Teilungen.
Allopolyploide werden gebildet, wenn die Hybridisierung zwischen verschiedenen Genomsätzen stattfindet. Die diploiden Ausgangsprodukte der Hybride mit unterschiedlichen Chromosomensätzen sind meist steril und genetisch instabil. Sie können jedoch eine Meiose durchlaufen, vor der sich die Chromosomen verdoppeln und es besteht die Möglichkeit, eine genetisch stabile Polyploidie zu erzeugen.
Die künstliche Erzeugung von Polyplidie hat sich sowohl in der Forschung als auch für wirtschaftliche Zwecke als nützlich erwiesen. Colchicin, die Chemikalie, die die meiotische Spidelbildung stört, wird häufig verwendet. Dies wurde bei der Entwicklung neuerer Pflanzensorten häufig eingesetzt.
Kreuzungen zwischen ploiden Genotypen haben sterile Nachkommen hervorgebracht, die aufgrund ihrer vegetativen Teile von wirtschaftlichem Wert sind. Kultivare von Bananen, Bermudagras usw. sind aus Kreuzungen zwischen diploiden und tetraploiden Arten entstanden. Die daraus resultierende Nachkommenschaft ist zur Vermehrung auf klonale Vermehrung angewiesen.
Typen der Polyploidie
Es gibt hauptsächlich zwei Arten der Polyploidie – Autopolyploidie und Allo(amphi)polyploidie. Unter jeder dieser Hauptabteilungen gibt es verschiedene Typen.
1.Autopolyploidie ist das Vorhandensein von mehreren Chromosomensätzen, die von einem einzigen Genotyp abgeleitet sind. Dieser Typ entsteht meist durch somatische Verdopplung entweder in Zygoten oder in der apikalen Meristemregion von Zellen. Da es sich dabei um eine Verdopplung der vorhandenen Chromosomenzahl handelt, ist die resultierende Ploidie immer gleichmäßig. Die Chromosomen sind ähnlich und können daher bei der Meiose zu einer multivalenten Paarung führen. Das Allelverhältnis ist schwer zu entschlüsseln, was die genetische Analyse etwas kompliziert macht.
a.Strenge Autopolyploide entstehen durch Genomverdopplung innerhalb desselben Individuums
b.Interrassische Autopolyploide sind das Ergebnis einer Kreuzung zwischen verschiedenen Individuen mit ähnlichem Genotyp.
Beispiele:
Kartoffel, Luzerne (4x), Zuckerrübe (3x), Maniok (4x), etc.
2. Allopolyploidie ist das Ergebnis von unterschiedlichen Genotypen. Dies ist hauptsächlich auf meiotische Rekombinationsereignisse zurückzuführen. Die Genotypen können unterschiedlich sein und die resultierende Menge kann entweder gerade oder ungerade sein. Der Typ der Ploidie kann durch die Analyse des Musters der meiotischen Rekombination und der Segregation der Chromosomen unterschieden werden. Multivalente finden sich bei Autoploidie, während Bivalente bei Allopolyploidie zu finden sind. Diese Bedingung der bivalenten Paarung erhöht die Rate der fruchtbaren Nachkommen in Allopolyploiden.
a.Segmentale Allopolyploidie entsteht durch Hybridisierung zwischen verschiedenen Ökospezies innerhalb derselben Cenospezies. Cenospecies sind Organismen verschiedener Arten, die sich untereinander noch kreuzen können. Die Genome haben eine partielle oder segmentale Homologie, die ausreicht, um Sterilität in den resultierenden Nachkommen zu verursachen.
b.Komplette Allopolyploide entstehen durch Hybridisierung zwischen verschiedenen Genotypen und haben einen kompletten Chromosomensatz von jedem Elternteil.
c.Echte oder genomische Polyploide entstehen aus der Hybridisierung von Eltern mit unterschiedlichen Genomsätzen.
d.Autoallopolyploide sind Polyloide, die sowohl die Eigenschaften von Autopolyploiden als auch von Allopolyploiden aufweisen. Sie haben duplizierte Arten einer Art zusammen mit mindestens einem Genomsatz einer anderen Art. In der Regel sind mindestens 2 Genomsätze beteiligt, was zur Bildung von Tetraploiden führt.
e.Aneuploide werden durch Gewinn oder Verlust eines einzelnen Chromosoms gebildet.
3.Paläodiploide sind die alten polyploiden Arten, die im Laufe der Evolutionsgeschichte diploid geworden sind. Sie zeichnen sich durch eine große Anzahl von Chromosomen aus und sind nützlich bei der Entschlüsselung der Evolutionsgeschichte.
4.Neopolyploide sind die neu entstandenen allo- und autopolyploiden Arten.
Eine Ploidieserie ist eine Serie mit mehreren Stufen innerhalb derselben Art. Die Serie kann entweder ungerade oder gerade sein, was die Anzahl der Chromosomensätze betrifft, die sie besitzt. Eine aneuploide Serie ist eine solche Abfolge von Allopolyploiden mit unterschiedlicher Chromosomenzahl. Manchmal verlieren Polyploide ein oder mehrere ihrer Chromosomen, was zu einer modifizierten polyploiden Serie führt, die als Polyploidieabfall bezeichnet wird.
Beispiele
Baumwolle (6x), Hafer (6x), Weizen (4x oder 6x), Sojabohne (4x), Tabak (4x) und Kaffee (4x).
Bedeutung der Polyploidie
-Polyploidie gilt als eine der Hauptursachen für Evolution/Speziesbildung.
Erhöht die Vitalität und Größe von Nutzpflanzen. Das Phänomen ist ähnlich der Heterosis und ist phänomenal bei der Entwicklung von wirtschaftlich wichtigen Nutz- und Blütenpflanzen.
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