Polyploidie

Als Polyploidie bezeichnet man in der Biologie das bei manchen Arten zu beobachtende Phänomen, mehr als zwei Sätze von Chromosomen in den Zellen zu besitzen.

Ein einfacher (haploider) Chromosomensatz enthält jedes Chromosom einmal, ein doppelter (diploider) Chromosomensatz zweimal. Ab drei Chromosomensätzen spricht man von Polyploidie:

• triploid: drei Chromosomensätze, z. B. bei manchen Bärtierchen (Tardigrada) und selten bei Amphibien (vergleiche: Teichfrosch).
• tetraploid: vier Chromosomensätze, z. B. bei manchen Salmonidae
• hexaploid: sechs Chromosomensätze, z. B. bei Weizen
• octoploid: acht Chromosomensätze, z. B. bei manchen Stören

Die Polyploidie entsteht während der Meiose bei der Chromosomenvervielfältigung. Werden keine Spindelfasern gebildet oder die homologen Chromosomenpaare bei der Reduktionsteilung aus anderen Gründen nicht getrennt, so entstehen diploide Gameten. Die Ursachen für solche nicht erfolgten Trennungen können in Stoffwechselstörungen, Umwelteinflüssen (Kälte) oder durch den Menschen hinzugefügte Gifte (Colchizin oder 8-Hydroxychinolin) bestehen.

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Vorkommen

Die Polyploidie tritt vor allem bei Pflanzen häufig auf; Beispiele sind der Weizen sowie viele Farne und Orchideen. Heutzutage weist praktisch jede kultivierte Obst- und Gemüsesorte Polyploidie auf, da bei der Züchtung stets das Größte und Beste – oft aus verschiedenen Arten – weitergezüchtet wird und Polyploidie besonders bei solchen Kreuzungen, aber auch als zufällige Mutation geschehen kann.

Bei Säugetieren nimmt das Risiko einer teilweisen Polyploidie – zumeist Trisomie – mit dem Alter des Muttertiers deutlich zu, obgleich die Möglichkeit dazu in jedem Alter besteht.

Allopolyploidie

Darunter versteht man die spontane oder künstliche Vervielfachung addierter ungleichartiger Chromosomensätze. Alloploide Pflanzen oder Tiere werden durch Kreuzung zwischen verschiedenen Arten erhalten. Durch Chromosomenverdopplung wird Sterilität der Nachkommen vermieden. Die Keimzellen enthalten je einen (Allodiploidie) oder mehrere (Allopolyploidie) Chromosomensätze eines jeden Elternteils. Die Chromosomen der entstehenden Artbastarde werden als homöolog bezeichnet.

Beim Weizen liegt eine besondere Form der Polyploidie vor, die Allo- oder Amphipolyploidie. Hierbei sind die Chromosomensätze dreier verschiedener Arten zu einer neuen Art (hier dem Weizen) vereinigt. Ein anderes Beispiel ist die tetraploide Kartoffel, die je zwei diploide Chromosomensätze ihrer (unterschiedlichen) Eltern enthält.

Diese Art der Polyploidie spielt eine erhebliche Rolle bei landwirtschaftlich bedeutenden Arten wie z. B. dem Raps.

Endopolyploidie

Eine weitere Form der Polyploidie ist die Endopolyploidie; dabei sind bestimmte Gewebe oder Zellen eines Organismus separat polyploid. Beispiele hierfür sind die Brennhaare der Brennnessel oder die Megakaryozyten des Menschen. Genetisch bedeutsam ist auch, dass ein Individuum dadurch mehrere unterschiedliche Allele eines Gens und daher – bei Mischerbigkeit – einen erhöhten Heterosis-Effekt aufweisen kann.

Vor- und Nachteile

Polyploidie kann sich nicht selten in einer erhöhten Vitalität äußern, da die Transkription der Proteinbiosynthese stärker parallel erfolgen kann und daher die Produktion von Eiweißen, z. B. Enzymen, schneller möglich ist.

Eltern mit unterschiedlichem Ploidiegrad können in der Regel keine miteinander kompatiblen Geschlechtszellen produzieren. Daher wirkt eine Polyploidisierung nicht selten als genetische Barriere bei der Artbildung. Sie ermöglicht auch das Entstehen neuer Arten ohne geographische Isolation, also eine sympatrische Artbildung.

Künstliche Erzeugung

In der Pflanzenzüchtung wird die Bildung der Mikrotubuli (Spindelfasern) auf künstliche Weise verhindert. Die Gifte der Herbstzeitlosen Colchizin oder 8-Hydroxychinolin verursachen neben ihrer anderen Giftwirkung auch Polyploidie und werden daher für eine künstliche Herbeiführung einer Polyploidie bei Pflanzen eingesetzt. Angewandt werden solche Verfahren z.B. in der Landwirtschaft, um kräftigere, robustere und ertragreichere Getreidesorten zu züchten.

Literatur

• P. Schopfer und A. Brennicke: Pflanzenphysiologie. 6. Aufl. Elsevier, 2005, ISBN 3-8274-1561-6