Chinesische Wissenschaftler haben in einer jahrzehntelangen Studie herausgefunden, dass Reis durch epigenetische Mechanismen Kälteresistenz an zukünftige Generationen weitergeben kann, ohne das Genom zu verändern. Die in der Fachzeitschrift Cell veröffentlichte Studie liefert wichtige Beweise dafür, dass Umweltstress direkt die erbliche Anpassung induziert.
Forscher des Instituts für Genetik und Entwicklungsbiologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften wählten Oryza sativa L, eine kälteempfindliche asiatische Reissorte, aus, setzten sie während ihrer reproduktiven Wachstumsphase einer niedrigen Temperatur von minus 15 °C aus und untersuchten kältetolerante Nachkommen. Nach drei Generationen können einige Pflanzen unter Kältestress immer noch hohe Erträge erzielen. Die Genomsequenzierung schloss den Einfluss von DNA-Mutationen aus, was darauf hindeutet, dass Kältetoleranz nicht durch Veränderungen in der genetischen Sequenz bedingt ist. Weitere Analysen ergaben, dass chemische Marker (wie Methylierungsmodifikationen) am Anfang des ACT1-Gens in kältetolerantem Reis deutlich reduziert waren. Experimente haben bestätigt, dass eine künstliche Reduzierung dieser Markierungen die Kältetoleranz von Pflanzen verbessern kann, während die Wiederherstellung der Markierungen diese Eigenschaft verschwinden lässt, was direkt die Schlüsselrolle epigenetischer Veränderungen beweist.
Das Forschungsteam analysierte außerdem 131 Reissorten in China und stellte fest, dass Sorten in kalten nördlichen Regionen im Allgemeinen weniger chemische Marker des ACT1-Gens aufweisen, während Sorten in warmen südlichen Regionen reich an diesem Marker sind, was darauf hindeutet, dass dieses epigenetische Merkmal die adaptive Ausbreitung von Reis in hohe Breiten fördern könnte.
Experten bemerkten, dass diese Forschung die traditionelle evolutionäre Sichtweise in Frage stellt, dass Anpassungsfähigkeit nur schrittweise durch natürliche Selektion von DNA-Mutationen gebildet werden kann. Obwohl in Tierstudien epigenetische Phänomene (z. B. Umweltgifte, die die Gesundheit von Nachkommen beeinträchtigen) festgestellt wurden, sind Fälle wie Kältetoleranz bei Reis, die sich direkt auf die Umweltanpassung auswirken, noch selten.