APOMIXIS: TYPEN, MECHANISMUS, BEDEUTUNG UND BEISPIELE - WISSENSCHAFT - 2025

Die Apomixis ist eine Form der asexuellen Vermehrung bestimmter Arten durch Samen. Das Ergebnis ist eine genetisch identische Generation zur Mutterpflanze. Die etymologische Bedeutung der Apomixis kommt vom griechischen "apo", was "Mangel oder Abwesenheit" bedeutet, und "mixis", was "Mischung" oder "Vereinigung" bedeutet. Tatsächlich tritt bei der Apomixis die Vereinigung der männlichen und weiblichen Gameten für die Bildung des Embryos nicht auf.

Apomiktische Pflanzen drücken nicht die adaptiven Vorteile aus, die die sexuelle Fortpflanzung aus evolutionärer Sicht bietet. Apomixis ist jedoch ein Mechanismus, der die Aufrechterhaltung von Genotypen ermöglicht, die an bestimmte Umweltbedingungen angepasst sind.

Löwenzahn (Taraxacum officinalis) ist eine der wichtigsten apomiktischen Arten. Quelle: pixabay.com

Bei der Apomixis umgeht der Fortpflanzungsmechanismus den sexuellen Prozess und ermöglicht es der Pflanze, sich durch Samen zu vermehren. In diesem Prozess tritt keine Meiose auf, die Bildung von Embryonen aus der Befruchtung und die Bildung eines lebensfähigen Endosperms.

Die Samen apomiktischer Pflanzen werden aus dem mütterlichen Gewebe der Eizelle gebildet, wobei Meiose und Befruchtung umgangen werden. Diese Art der Fortpflanzung ist bei den meisten Arten der Poaceae-Familie sowie bei den Gattungen Asteraceae, Rosaceae und Rutaceae häufig.

Wenn diese Kapazität auf Kulturen von agronomischem Interesse wie Mais und Weizen übertragen werden könnte, wäre dies eine nützliche genetische Verbesserung, da ihre Verwendung die Menge und Qualität von Lebensmitteln begünstigen würde, die aus überlegenen Genotypen gewonnen werden.

Typen

Es sind drei verschiedene Mechanismen bekannt, durch die sich Pflanzen durch Apomixis vermehren. Gametophytische Apomixis aufgrund von Diplosporie und Aposporie sowie sporophytische Apomixis oder zufälliger Embryo.

Diplosporia

Diplosporia ist ein asexueller Fortpflanzungsmechanismus oder eine Apomixis, bei der der Embryo aus einem nicht reduzierten Embryosack stammt. Infolgedessen hat der neue Embryo die gleiche Chromosomenzahl wie die Mutterpflanze.

Es ist ein Prozess, der auftritt, wenn sich die Mutterzelle des Embryosacks oder des weiblichen Gametophyten direkt aus dem Embryo entwickelt. Es wird auch als diploide Parthenogenese bezeichnet und ist durch das Vorhandensein eines diploiden Embryos gekennzeichnet.

Aposporia

Aposporia ist ein apomiktischer oder asexueller Fortpflanzungsmechanismus, bei dem der Embryosack aus somatischen Zellen stammt. Der Embryosack stammt von einer somatischen Zelle im Integument oder der Nucela, die die Stammzelle des Embryosacks umgibt.

In diesem Fall entwickelt sich ein Gametophyt, aber es tritt keine Meiose auf; Der Embryo ist auch diploid. Bei diesem Verfahren tritt keine Verringerung der Chromosomenzahl auf, was durch die Parthenogenese oder apomiktische Entwicklung der Eizelle ergänzt wird.

Das Paspalum dilatatum, eine aposporische Art. Quelle: Jebulon

Zufälliger Embryo

Nucellarer Embryo oder sporophytische Apomixis genannt, ist es eine Art der asexuellen Vermehrung durch Samen oder Apomixis, die bei Zitrusfrüchten häufig vorkommt. In diesem Fall wird keine Bildung eines Embryosacks beobachtet, da sich der Embryo aus einem diploiden Sporophyten entwickelt.

Tatsächlich stammt der Embryo aus einer somatischen Zelle in Höhe der Eizelle der Mutterpflanze. Später entwickelt es sich durch aufeinanderfolgende mitotische Teilungen, weder der Meioseprozess noch die Bildung des weiblichen Gametophyten.

Mechanismus

Apomixis ist das Ergebnis der Veränderung bestimmter Stadien embryonaler Prozesse, die für die sexuelle Fortpflanzung von grundlegender Bedeutung sind. In diesem Fall die Reduktion der Chromosomenzahl und der meiotische Prozess, einschließlich der zufälligen Vereinigung und der Fusion von Gameten.

Während der Apomixis können diese embryonalen Veränderungen den meiotischen Prozess und seine Produkte deaktivieren. Ebenso vermeiden oder ersetzen sie den Befruchtungsprozess durch parthenogenetische Entwicklung.

Bei der Apomixis gibt es vier embryonale Prozesse, die sie von der sexuellen Fortpflanzung unterscheiden:

Apomeiose

Es ist ein Prozess, der auftritt, wenn sporophytische Strukturen ohne meiotische Reduktion oder Degeneration der Makrospora-Megaspore gebildet werden. Es stellt die Vereinfachung des meiotischen Prozesses dar und tritt sowohl in der Diplosporia als auch in der Aposporia auf.

Entwicklung des Embryosacks

Bei der Apomixis haben zytologisch nicht reduzierte Zellen (2 ⁿ ) die Fähigkeit, den Embryosack zu entwickeln. Bei aposporischen apomiktischen Arten entwickelt sich der Embryosack aus dem inneren Teil des Samenprimordiums oder der Nucela.

Parthenogenese

Embryonaler Prozess, der zur Bildung des Embryos direkt aus der Eizelle ohne vorherige Befruchtung führt. Das heißt, die apomiktische Entwicklung der Eizelle zur Bildung einer neuen Pflanze aus einer unbefruchteten Eizelle.

Der zufällige Embryo-Prozess ist bei Zitrusfrüchten üblich. Quelle: pixabay

Pseudogamie

Prozess im Zusammenhang mit jenen apomiktischen Pflanzen, die bestäubt werden müssen, obwohl sie sich ohne Befruchtung der Mutterzelle entwickeln. Das Endosperm entsteht aus der Fusion des männlichen Gameten mit den polaren Zellkernen des Embryosacks.

Tatsächlich wird bei gametophytischen Apomixis-Prozessen die Fusion der weiblichen und männlichen Gameten oder die doppelte Befruchtung unterdrückt. Obwohl die Befruchtung der polaren Kerne aufgehoben wird, entwickelt sich das Endosperm unabhängig.

Bedeutung

Apomixis ist eine effiziente Technik, um in kurzer Zeit Samen und neue Arten zu produzieren. Tatsächlich ermöglicht es die Schaffung neuer Hybridsorten mit besseren Erträgen und höherer phänotypischer Qualität.

Durch Apomixis wird der Verlust bestimmter spezifischer Charaktere in Hybriden verhindert. Ein funktioneller Mechanismus für die Produktion krankheitsfreier Pflanzen sein und höhere Erträge und Produktivität von Pflanzen erzielen.

Beispiele

Taraxacum officinalis (Löwenzahn) ist eines der häufigsten Beispiele für apomiktische Pflanzen. In dieser Hinsicht tritt Apomixis häufig in Pflanzen der Familien Poaceae-Gräser-, Rosaceae und Composite-Masteraceae- auf.

In den Kompositen oder Asteraceae ist Apomixis die unausweichliche Form der Reproduktion der meisten Arten. Im Gegenteil, bei Poaceae und Rosaceae wechselt die Apomixis mit der sexuellen Fortpflanzung - apomixis fakultativ -.

Insbesondere tritt Apomixis in mehreren Gattungen auf; Achillea, Arnika, Brachycome, Crepis, Conyza, Erigeron, Eupatorium, Hieracium, Parthenium und Taraxacum.

Bei Poaceae wurde Apomixis zunächst in der Gattung Poa identifiziert, später in verschiedenen Paniceas und Andropogoneas. Unter den Gattungen von Poaceae können Bothriochloa, Capillipedium, Cenchrus, Dichanthium, Heteropogon, Paspalum, Setaria, Sorghum und Themeda festgestellt werden.

Weinendes Gras (Eragrostis curvula). Quelle: USDA NRCS Tucson PMC

Weinendes Gras (Eragrostis curvula) ist eine Nahrungsquelle, mit der die Rindfleischproduktion gesteigert werden kann. Eine seiner Fortpflanzungsformen ist die diplosporische Apomixis, die obligatorisch oder fakultativ sein kann.

Andere Beispiele für apomiktische Pflanzen befinden sich in den Gattungen Sorbus-Serbales- und Crataegus-Dorn der Familie der Rosaceae. Sowie die Art Rubus fruticosus (Brombeere) und die Gattung der Blütenpflanzen Hieracium aus der Familie der Asteraceae.

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