Genetische Rekonfigurationen auf dem Weg zu einer vollparasitischen Lebensweise in Pflanzen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Susann Wicke
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze ; Genetik und Genomik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323061528

Da die wichtigen Nutzpflanzen die Wasser- und Nährstoffressourcen entziehen, gelten mehrere parasitisch lebende Arten der Sommerwurzfamilie (Orobanchaceae) weltweit als die aggressivsten Agrarschädlinge unter den parasitischen Pflanzen. Kenntnisse über die molekularen Mechanismen, die die Evolution des Parasitismus innerhalb dieser Familie beeinflussen, sind unentbehrlich für die Entwicklung nachhaltiger Maßnahmen der Schädlingsbekämpfung. Dieses Projekt wird die Gemeinsamkeiten und die adaptiven und nicht-adaptiven genetischen Veränderungen untersuchen, die mit dem Übertritt zu einer vollparasitischen Lebensweise innerhalb der Orobanchaceae einhergehen. Ausgenutzt wird dabei die einzigartige, natürliche genetische Vielfalt der Familie und deren Vielzahl an trophischen Spezialisierungsformen, die Nichtparasiten, Halbparasiten verschiedenster Form sowie zahlreiche Vollparasiten einschließt. Überprüft wird, welche genetischen Rekonfigurationen dem Übertritt in den Vollparasitismus vorangehen oder folgen und ob diese einer vorhersehbaren Abfolge unterliegen. Hierbei stehen Unterschiede in der molekularen Evolution der Gene der Parasiten im Vordergrund. Wir werden untersuchen, ob die Art und Richtung von Verschiebungen in den Mutationsraten der Parasiten mechanistisch erklärt werden können durch variierende Transkriptumsätze, die bedingt sind durch die mit der trophischen Spezialisierung einhergehenden veränderten Selektionsdrücke. Hierfür werden mittels qualitativer und quantitativer RNA- und DNA-Sequenzierung die Gensätze und deren Expression in verschiedenen Orobanchaceae verglichen. Wir werden probabilistische Modelle verwenden, entwickeln und testen, die genotypische mit phänotypischer Information in einem einheitlichen Analyserahmen zusammenbringen. Dieses Vorhaben wird somit erstmalig analysieren können, wie Modifikationen des genetischen Profils und grundlegender molekularer Mechanismen zusammenwirken und die makroevolutionäre Veränderung in parasitischen Pflanzen antreiben - und vice versa. Das gut entwickelte Orobanchaceae-Modellsystem in Kombination mit modernsten molekularen und bioinformatischen Methoden bietet ein ideales Werkzeug für die Entwicklung eines verallgemeinerten Erklärungsentwurfs, der die genetischen Veränderungen auf dem Weg zu trophischer Spezialisierung in der Sommerwurzfamilie darlegt. Unsere Forschung greift ungelöste Fragen hinsichtlich der Genetik der Orobanchaceae auf und wird zugleich ungeklärte Aspekte der molekularen Ratenvariation in Pflanzen beantworten. So wird dieses Vorhaben zur Entschlüsselung der Ursachen und Folgen des Übergangs zum Parasitismus bei Pflanzen und der ihnen zugrundeliegenden molekularen Mechanismen beitragen. Vergleichende, computergestützte Ansätze in der Evolutionsbiologie treiben die Entwicklung eines verallgemeinerten Genotyp/Phänotyp-Koevolutionserklärungsmodells voran, das in vielen Bereichen der Lebenswissenschaften von großer Relevanz ist.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen