2022-LK-HT2

Material A

In dem Material A geht es um Blütenfarben bei der Orchidee Gymnadenia rhellicani (Gewöhnliches Kohlröschen). Normalerweise haben diese Pflanzen dunkelrote Blüten, die von Fliegen und Bienen bestäubt werden.

In einem Berg in Norditalien fand man aber auch Exemplare dieser Pflanze mit weißen und hellroten Blüten, und zwar am gleichen Standort wie die rotblütigen Pflanzen.

Der dunkelrote Blütenfarbstoff Cyanidin-3-glucosid wird aus den Ausgangsstoffen Malonyl-CoA und Cumaronyl-CoA in sechs Schritten hergestellt, es sind also sechs Enzyme an dieser Stoffwechselkette beteiligt. Das Produkt des fünften Schrittes ist eine farblose Verbindung, die als Leukocyanidin bezeichnet wird.

In der Teilaufgabe 1 soll das Material A im Grunde zusammengefasst werden, und es sollen genetische Ursachen für das Zustandekommen der drei Phänotypen abgeleitet werden.

Material B

In diesem Material wird gezeigt, wie das ANS-Gen bei anderen Pflanzenarten reguliert wird. Das ANS-Gen codiert das Enzym Nr. 6 der oben genannten Stoffwechselkette, erzeugt also aus dem farblosen Leukocyanidin den roten Blütenfarbstoff Cyanidin-3-glucosid.

Gezeigt wird dann eine Abbildung, in der sich ein Transkriptionsfaktor in den Promotorbereich des ANS-Gens setzt, wodurch die Transkription desselben ausgelöst wird. Der Transkriptionsfaktor besteht aus den drei Komponenten WDR, bHLH und MYB1.

In der zweiten Teilaufgabe soll die Regulation des ANS-Gens erläutert werden, dann soll diskutiert werden, ob diese Art der Regulation auch auf  das Gewöhnliche Kohlröschen zutrifft.

Hinweis: Sehr viele ausführliche Informationen zur Genregulation bei Pro- und Eukaryoten finden Sie auf dieser Seite.

Material C

Dieses Material konzentriert sich auf die Komponente MYB1 des oben genannten Transkriptionsfaktors. In der Orchideen-Population mit den drei Phänotypen weiß, hellrot, dunkelrot (siehe Material A) findet man drei verschiedene Allele des für MYB1 verantwortlichen Gens.

Aus einer Tabelle geht hervor, dass das Allel 1 für den Phänotyp dunkelrot verantwortlich ist, während die Allele 2 und 3 für den Phänotyp weiß zuständig sind. Heterozygote Pflanzen wie 1-2 oder 1-3 haben dann eine hellrote Blütenfarbe, und homozygote Pflanzen wie 2-2 oder 3-3 sind weiß.

Eine andere Tabelle zeigt Ausschnitte aus dem nicht-codogenen Strang des MYB1-Gens für die drei Allele. Zu sehen sind die Basentripplets von Position 218 bis 223. Ein Unterschied tritt nur an Position 221 auf: TAC bei Allel 1, TAG bei Allel 2 und TAA bei Allel 3.

In der dritten Teilaufgabe sollen die Mutationstypen ermittelt werden, und dann soll mithilfe dieser Erkenntnisse das Zustandekommen der drei Phänotypen erklärt werden.

Material D

Hier wird der prozentuale Anteil der drei Farbvarianten der Orchidee untersucht. Die erste Graphik zeigt die zeitliche Entwicklung. Der dunkelrote Phänotyp hatte 1997 noch einen Anteil von fast 100%, bis 2016 ist dieser Anteil auf knapp 60% zurückgegangen. Die weißen Phänotypen haben 2016 einen Anteil von ca. 10%, und die hellroten einen Anteil von etwas über 30%.

Eine zweite Abbildung zeigt, dass sich die Samenanzahlen pro Pflanze bei den drei Phänotypen nicht wesentlich unterscheiden, allerdings haben die hellroten Pflanzen etwas mehr Samen als die dunkelroten, und die weißen Pflanzen haben die wenigsten Samen. Aber die Unterschiede sind nicht sehr groß (15 - 17 - 14).

Eine dritte Abbildung zeigt, welche Blüten von Fliegen und Bienen bevorzugt aufgesucht werden. Fliegen bevorzugen die hellen Blüten (vor allem die weißen, gefolgt von den hellroten), während Bienen lieber die dunkelroten Blüten anfliegen, gefolgt von den hellroten. Insgesamt fliegen die Bienen die Blüten nicht so häufig an wie die Fliegen (Bienen maximal 20 Besuche, Fliegen maximal über 55 Besuche).

In der vierten Teilaufgabe sollen die in Material D dargestellten Erkenntnisse zusammengefasst werden. Dabei soll auch auf die Vorlieben der beiden Bestäuber-Insekten eingegangen werden. Schließlich soll der zeitliche Verlauf der Entwicklung der drei Phänotypen erklärt werden.