05.08.2020

Titan Arum- The Genome of the World's Biggest Flower to be Sequenced

Salzburg biologists Anja Hörger and Stephanie Socher receive 150,000 Euros in funding for their courageous project idea within the framework of the new “1000 ideas program” from the Austrian Science Fund FWF. Over the next two years the young scientists “Immortal Titans”, will analyze the huge genome of the Titan Arum, the largest flower in the world. The “1000 Ideas Programme” is intended to support high-risk research in order to increase Austria's innovative strength.

Von über 400 eingereichten Anträgen, werden zwei Dutzend gefördert.

„Ein Anstoß für unsere Projektidee war die erste in Österreich blühende Titanenwurz im Juni 2019 an der Universität Salzburg. Dieses faszinierende Ereignis, das nur knapp drei Tage dauert, lockte ungefähr 8000 begeisterte Besucher an. Könnten wir nicht die Titanenwurz nutzen, um öffentliches Interesse für die Pflanzenwissenschaften generell zu wecken, haben wir uns da gedacht und in der Folge ein Forschungsprojekt mit dieser seltenen Pflanze formuliert“, erzählen Anja Hörger und Stephanie Socher vom Fachbereich Biowissenschaften der Universität Salzburg.

Üblicherweise wird in der Botanik mit schnell wachsenden, kurzlebigen Pflanzen, beispielsweise mit dem unscheinbaren Modellorganismus Arabidopsis (Acker-Schmalwand) oder mit Tomaten gearbeitet. „Wir wagen uns an eine langlebige, phasenweise extrem schnell wachsende Pflanze, die sowohl Wissenschaftler als auch Bürger fasziniert“, sagen die Biologinnen. Im Fokus ihres Projekts „Unsterbliche Titanen. Besitzt die Titanenwurz eine Keimbahn?“ steht die Entschlüsselung der riesigen Erbinformation der Titanenwurz (Amorphophallus titanum). Das Genom der seltenen Pflanze besitzt geschätzt ungefähr 8 Milliarden Basenpaare, das entspricht fast dem Dreifachen des menschlichen Genoms.

„Die Sequenzierung eines kompletten Genoms ist immer noch nicht trivial und mit großen Kosten verbunden, vor allem wenn es sich um ein so großes und komplexes Erbgut handelt wie bei der Titanenwurz“, so die Forscherinnen. Die Sequenzierung des kompletten Genoms ermögliche die Bearbeitung zahlreicher Fragestellungen. „Wir haben uns schon während des Blühereignisses an der Uni Salzburg darüber Gedanken gemacht, welche Auswirkungen das schnelle Wachstum während der Blütephase auf das Genom dieser Pflanze hat. Da es bei jeder Zellteilung zu Mutationen kommen kann und die Pflanze während der Wachstumsphase in kurzer Zeit eine sehr hohe Anzahl an Zellteilungen hat, sollte sie theoretisch eine hohe Mutationsrate aufweisen. Das sollte irgendwann für die Nachkommen problematisch werden, da unter diesen Mutationen auch schädliche sein können.“ Zufällig seien sie dann genau zu der Zeit über die Ausschreibung des „1000-Ideen-Programm“ gestolpert. „Da haben wir beschlossen, der Mutations-Problematik durch Genomsequenzierung, mit der man die Mutationsrate in verschiedenen Geweben der Titanenwurz nachvollziehen kann, nachzugehen.“

Die Biologinnen versuchen nun festzustellen, ob eine Keimbahn, die bislang nur in tierischen Organismen bekannt war, existiert. „Mit dieser Studie tragen wir zur kontroversen Diskussion um die Existenz einer Keimbahn in Pflanzen bei und versuchen, die Mechanismen aufzudecken, die zur Stabilität des Genoms während des Alterns und des Wachstums führt. Zudem wird das erste Genom aus der Familie der Aronstabgewächse entschlüsselt, welches dann als Grundlage für weitere Forschungsfragen dienen kann, unter anderem zur Entschlüsselung des Gigantismus bei Pflanzen,“ so die Biologinnen.

Die genomische Expertise bei dem Projekt liegt bei Anja Hörger.  „Die Vorteile von neuen genomischen high-throughput, also Hochdurchsatz-Methoden erleichtern die Beantwortung vergleichender Studien zwischen Zell-Linien innerhalb eines Individuums sogar in komplexen Nicht-Modell Organismen.“ Das nötige Gewebematerial wird von Stephanie Socher, der wissenschaftlichen Leiterin des Botanischen Gartens der Universität Salzburg, organisiert. „Die Finanzierung des Projekts ermöglicht es uns, im Austausch mit Botanischen Gärten weltweit Proben von blühenden Exemplaren zu nehmen. Hierfür werden unter anderem von blühenden Titanenwurzen Gewebe von weiblichen und männlichen Blüten entnommen.“

Die Titanenwurz ist in den Urwäldern der indonesischen Insel Sumatra beheimatet und wird seit ihrer Entdeckung Ende des 19. Jahrhunderts in Botanischen Gärten gepflegt. Sie bringt den größten unverzweigten Blütenstand im Pflanzenreich hervor, er kann bis zu drei Meter hoch werden. Beim Blütenspektakel öffnet sich ein großes, intensiv rotes Hochblatt, welches den großen Kolben -  einem hochfliegenden Rock gleichend - umgibt. Die Titanenwurz ist eine Täuschblume. Besonders am ersten Blühtag gibt sie einen intensiven Aasgeruch ab, mit dem sie Aaskäfer oder Aasfliegen als Bestäuber anlockt.

Die Universität Salzburg hatte die Knolle als Geschenk vom Palmengarten Frankfurt erhalten. Nach der Blüte wurde das Gewächs wegen seiner zu erwartenden Größe von bis zu sechs Metern nach Wien in den Botanischen Garten der Universität Wien übersiedelt.

Mit dem neuen „1000-Ideen-Programm“ setzt der Wissenschaftsfonds FWF nach eigener Aussage „auf unkonventionelle Projekte und neuartige wissenschaftliche Ansätze, die das Potential haben, einen Innovationssprung auszulösen“. Es solle somit Freiraum für frische Forschungsansätze geschaffen werden. 24 von mehr als 400 Anträgen werden mit je bis zu 150.000 Euro gefördert.

Kontakt:  
Dr. Anja Hörger, Fachbereich Biowissenschaften, Universität Salzburg, Hellbrunnerstraße 34,  5020 Salzburg, Anja.hoerger@sbg.ac.at, t.: 0662 8044-5501

Dr. Stephanie Socher, Botanischer Garten, Fachbereich Biowissenschaften, Universität Salzburg, Hellbrunnerstraße 34, 5020 Salzburg, Stephanie.socher@sbg.ac.at,
t.: 0662 8044-5533  

Foto: Simon Haigermoser

Foto: Titanenwurz. Foto: Simon Haigermoser

Foto: v.l.n.r: Anja Hörger, Stephanie Socher.
Foto: Andreas Kolarik

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