Taxonomische Identifikation der Unsichtbaren

Woher wissen wir, welche Pilze und Bakterien Pflanzen besiedeln oder wie viele verschiedene Bakterienarten auf einem Pflanzenblatt zu finden sind? Traditionell nutzt man die klassische Methodik der Spezies-Identifizierung von Tieren oder Pflanzen, die vor allem Merkmale der äußeren Form und Gestalt wie z. B. Blätterform und -anordnung, Form und Farbe der Schoten und Früchte sowie Blütentypus und -farbe bei Pflanzen heranzieht (Abbildung 1).

Diese Methodik ist schwer anzuwenden auf Organismen, die mit dem nackten Auge nicht erkennbar sind und oft unter einem Mikroskop nicht von Artgenossen zu unterscheiden sind. Meist sind die äußeren Merkmale eng verwandter Arten dieser Organismen sehr ähnlich und dienen kaum zur Spezies-Identifizierung (Abbildung 2). Allerdings variieren diese Mikroben in ihrer Erbsubstanz (DNA), was wir nutzen können, um die verschiedenen Arten zu detektieren.

DNA Barcoding, die Identifikation einer Spezies mittels ihrer Erbsubstanz, gibt es seit Jahrzehnten. Spezifische, für die Artenzuordnung geeignete, genetische Marker wurden für verschiedene Organismengruppen identifiziert und die Reihenfolge der Erbsubstanzbestandteile (Sequenzen) dieser Markerregion von bekannten Organismen erhoben, welche man DNA-Barcodes nennt (Abbildung 3). Nicht jede Stelle in der Erbsubstanz ist gleich informativ, daher wurden für verschiedene Organismengruppen die informativsten Stellen identifiziert. Diese sind z.B. ribosomale RNA im Falle von Bakterien und Protisten oder ein Gen innerhalb der Atmungskette (Cytochrom Oxidase I kodierend) für viele Tiere z. B. Insekten. Mit bekannten Sequenzen können nicht nur bekannte Arten in einer Probe identifiziert, sondern auch bisher unbekannte Verwandte entdeckt werden.