Fruchtevolution und Adaptation an mediterrane Habitate in der Gattung Raphanus (Brassicaceae)

• Antragsteller: Professor Dr. Klaus Mummenhoff
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze ; Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 288490669

Genomduplikationen und Umweltveränderungen führten unter Entstehung neuer adaptiver Merkmale zu einer Radiation der Brassicaceen. In diesem interdisziplinären Antrag versuchen wir, kausale Zusammenhänge zwischen Unterschieden in der Frucht- bzw. Diasporenmorphologie in der Gattung Raphanus und räumlichen Ausbreitungsmustern, Keimungssynchronisation, und genetischer Diversität innerhalb und zwischen den Populationen abzuleiten. Die Gattung Raphanus umfasst zwei eng verwandte (allopatrische) einjährige Wildarten (R. raphanistrum, R. pugioniformis) sowie die kultivierte R. sativus. Die beiden erstgenannten Arten unterscheiden sich in der Fruchtmorphologie und im Ausbreitungsvermögen: die einsamigen Ausbreitungseinheiten von R. raphanistrum (Bruchfrüchte, zerfallen in einsamige Teilfrüchte) sowie die vielsamigen Schließfrüchte von R. pugioniformis scheinen in ihrem spezifischen Habitat adaptiv zu sein. Wir nehmen an, dass durch Wind vermitteltes Long Distance Dispersal (LDD) das Vorkommen von R. raphanistrum im östlichen Mittelmeerraum in ähnlichen homogenen Habitaten erklärt, während Short Distance Dispersal (SDD) in R. pugioniformis eine Etablierung der Keimlinge an geeigneten heterogenen Standorten in Gebirgsregionen sichert. Somit repräsentieren diese beiden Arten der Gattung Raphanus ein geeignetes System, ein Evolutionsmodell über Wechselwirkungen und Kausalitäten zwischen Fruchtarchitektur und Ausbreitungsmechanismen zu entwickeln. Wir werden ausgewählte Populationen beider Arten in Israel und Palästina in Bezug auf Verbreitungsmuster der beiden allopatrischen Arten, räumliche Verteilung der Pflanzen in den Populationen sowie biotische, edaphische und klimatische Faktoren charakterisieren. Versuche zur Ausbreitungskapazität der Diasporen werden in einem abgeschlossenen Areal durchgeführt. Wir werden die Frucht- und Samenmorphologie sowie die Fruchtanatomie untersuchen, kurz- und langzeitige Keimungsexperimente und Überlebensdauertests der Diasporen durchführen. Weiterhin werden wir Population-Based Threshold Models anwenden, um die ökophysiologische Regulation der Keimung bzw Dormanz durch die Umwelt zu erklären versuchen. In diesem Zusammenhang nehmen wir an, dass die Diasporen von R. raphanistrum nach Wasseraufnahme keimen, während eine vom Perikarp vermittelte mechanische Dormanz in R. pugioniformis Schließfrüchten nur durch Abbau/Erodierung des Perikarpgewebes durch mikrobielle Aktivität bzw. Abrasion gebrochen wird.Mithilfe von Mikrosatellitenanalysen versuchen wir auch zu verstehen, wie sich Unterschiede im Habitat und der Ausbreitungsstrategie auf die genetische Variation innerhalb und zwischen den Populationen der beiden Arten auswirken. Wir erwarten, dass unsere Ergebnisse zu einem besseren Verständnis adaptiver Prozesse einjähriger Pflanzen beitragen und erwarten, dass unser interdisziplinäres Projekt israelische und palästinensische Studenten stimulieren wird, (gemeinsam) auf diesem Forschungsgebiet zu arbeiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien, Israel, Palästina, USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jeffrey Conner, Ph.D.; Dr. Pinchas Fine; Dr. Zalmen Henkin
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Gerhard Leubner
• ausländische Mitantragsteller: Dr. Oz Barazani; Dr. Jotham Ziffer-Berger