Molekulare Grundlage und ökologische Genetik von Hybridinkompatibilitäten auf der Basis eines balancierten NPR1 Polymorphismus in der Gattung Capsella

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Lenhard
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Genetik und Genomik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 290055472

Die Entstehung von reproduktiven Schranken bei der Artbildung wird durch das Bateson-Dobzhansky-Muller Modell der Hybridinkompatibilitäten beschrieben. Nach diesem Modell zeigen neue Allele, die in getrennten Populationen fixiert werden, in den Hybriden eine negative Wechselwirkung und vermindern deren Fitness. In Pflanzen sind viele dieser Inkompatibilitäten polymorph, und sowohl kompatible als auch inkompatible Allele finden sich in den Populationen. Dies deutet auf eine wichtige Rolle von genetischer Drift und/oder balancierender Selektion bei der Bildung der Inkompatibilitäten hin. Wir haben die molekulare Grundlage einer polymorphen Inkompatibilität zwischen den jungen Arten Capsella grandiflora und C. rubella aufgeklärt, die auf den beiden an der Pathogen-Antwort beteiligten Genen NPR1 und RPP5 beruht. Während das inkompatible RPP5 Allel durch eine neue Mutation in C. rubella entstanden zu sein scheint, finden sich sowohl kompatible als auch inkompatible NPR1 Allele in hoher Frequenz in C. grandiflora; dagegen ist in C. rubella das kompatible NPR1 Allel fixiert. Die beiden NPR1 Allele wurden durch balancierende Selektion in C. grandiflora aufrechterhalten, was möglicherweise ihre unterschiedlichen Funktionen beim Festlegen der basalen Immunantwort widerspiegelt. Aus weiteren Kreuzungen zwischen C. grandiflora und C. rubella Akzessionen haben wir drei weitere NPR1-abhängige Inkompatibilitäten gefunden, die mindestens ein weiteres Gen, das nicht RPP5 ist, involvieren. Diese Beobachtungen legen nahe, dass die Aufrechterhaltung von funktionell verschiedenen Allelen durch balancierende Selektion und ihre unterschiedliche Sortierung in abgeleitete Populationen die Entstehung von Bateson-Dobzhansky-Muller Inkompatibilitäten zwischen jungen Arten begünstigt.Unser Projekt wird anhand von drei Zielen die molekulare Grundlage und ökologische Genetik von Hybridinkompatibilitäten untersuchen, die auf dem NPR1 Polymorphismus beruhen: (1) Wir werden die ursächliche Mutation im inkompatiblen RPP5 Allel bestimmen und ihre Auswirkung auf die Wechselwirkung von RPP5 und NPR1, sowie ihre evolutionäre Geschichte untersuchen. (2) Wir werden die anderen inkompatiblen Loci für die weiteren NPR1-abhängigen Inkompatibilitäten identifizieren und ihre evolutionäre Geschichte untersuchen. (3) Der Grund dafür weshalb balancierenden Selektion auf NPR1 in C. grandiflora wirkt soll bestimmt werden, indem wir das Blatt- und Wurzel-assoziierte Mikrobiom von Individuen in ihrem natürlichen Habitat in Griechenland charakterisieren. Wir werden fragen, inwiefern der NPR1 Genotyp das Mikrobiom beeinflusst und selbst durch das Mikrobiom geprägt ist, und werden so Hypothesen über die balancierende Selektion testen.In der Summe wird dieses Projekt wesentliche neue Einsichten in die evolutionäre und ökologische Genetik von Hybridinkompatibilitäten liefern, die wahrscheinlich für viele Artbildungsereignisse in Pflanzen beim Übergang von Auskreuzung zur Selbstung relevant sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen