Dschungel Genomik - durch Nanopore Sequenzierung in Biodiversitäts-Hotspots den "Linnean shortfall" überwinden
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der dramatische Verlust von Lebensräumen erfordert, dass wir die Entdeckung neuer Arten deutlich beschleunigen. In der ersten Projektphase entwickelten wir eine Monographie-Pipeline basierend auf Typusmaterial beschriebener Namen, um genetisch unterschiedliche Arten von Synonymen unterscheiden und umfassende Monographien produzieren zu können. Wir konzentrierten uns auf die Gattung Cucumis aus den Kürbisgewächsen, die wichtige Nutzpflanzenarten wie Melone (C. melo) und Gurke (C. sativus) einschließt. Aus Herbarmaterial aller veröffentlichten Namen der Gattung konnten wir DNS dieser alten Proben analysieren, um phylogenetische Hypothesen und Artkonzepte zu testen. Mittels Target-Enrichment Sequenzierung produzierten wir umfassende genomische Datensätze und eine Datenanalyse-Pipeline für die effiziente und schnelle Erstellung phylogenomischer Matrizen. Durch die Kombination der phylogenomischen Ergebnisse mit Verbreitungsdaten aus GBIF und morphologischen Daten aus Herbarbelegen erstellten wir eine online-Monographie, die auf unserer Webseite www.cucurbit.de als gemeinsame Grundlage für Systematiker, Pflanzenzüchter, und Ökologen zur Verfügung steht. Wir erkannten jedoch, dass unser Ansatz nicht zur Entdeckung neuer Arten beitragen kann, welche noch nie benannt wurden. Daher entwickelten wir in der zweiten Projektphase einen auf Nanoporen basierenden Feldsequenzierungsansatz, um die Entdeckung neuer Pflanzenarten in unsere bestehende Pipeline integrieren zu können. Dies ermöglicht ein schnelles Screening unbekannten Materials in Sammlungen und v.a. auch direkt im Feld und damit eine drastische Beschleunigung der Entdeckung neuer Arten. Um unser Feldgenomik-Protokoll zu testen, arbeiteten wir mit Kollegen im Biodiversitäts-Hotspot Madagaskar zusammen. Wiederum ausgehend von Typusmaterial aus Herbarien bauten wir eine genomische Referenzdatenbank für die 70 beschriebenen madagassischen Kürbisgewächse auf und untersuchten während dreier Exkursionen mithilfe der Nanoporen-Sequenzierung ca. 500 Proben direkt im Wald. Durch Abfragen unserer Referenzdatenbank vor Ort konnten wir die Sammelbemühungen auf die neuen Arten lenken, was die Feldarbeit effizienter machte. Ein madagassischer Doktorand erstellt derzeit eine vollständige Monographie für die Kürbisgewächse Madagaskars. In Kombination mit unseren familienweiten Daten für Kürbisgewächse ermöglicht dieser neue Datensatz erstmals die Analyse umfassender Phylogenien, der biogeografischen Geschichte und der Diversifizierungsraten madagassischer Kürbisgewächse. Zusätzlich zum Datensatz auf Gattungsebene für Cucumis und dem Datensatz für madagassische Kürbisgewächse haben wir auch einen Datensatz für die gesamte Ordnung Cucurbitales erstellt, der kürzlich als Teil der neuen Angiospermen-Phylogenie in Nature publiziert wurde (PAFTOL-Projekt von Royal Botanical Gardens Kew). Unser einfacher Dschungel-Genomik-Ansatz ermöglicht die Einbeziehung und Schulung lokaler Wissenschaftler, was dazu beiträgt, Taxonomen in Entwicklungsländern unabhängiger von ausländischer Unterstützung zu machen. Das Projekt hat bereits Veröffentlichungen in hochrangigen Zeitschriften wie Nature und Nature Genetics hervorgebracht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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A comprehensive genome variation map of melon identifies multiple domestication events and loci influencing agronomic traits. Nature Genetics, 51(11), 1607-1615.
Zhao, Guangwei; Lian, Qun; Zhang, Zhonghua; Fu, Qiushi; He, Yuhua; Ma, Shuangwu; Ruggieri, Valentino; Monforte, Antonio J.; Wang, Pingyong; Julca, Irene; Wang, Huaisong; Liu, Junpu; Xu, Yong; Wang, Runze; Ji, Jiabing; Xu, Zhihong; Kong, Weihu; Zhong, Yang; Shang, Jianli; ... & Huang, Sanwen
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DNA extraction from old herbarium material of Veronica subgen. Pseudolysimachium (Plantaginaceae). Ukrainian Botanical Journal, 75(6), 564-575.
Höpke, J.; Brewer, G.; Dodsworth, S.; Ortiz, E.M. & Albach, D.C.
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Origin and domestication of Cucurbitaceae crops: insights from phylogenies, genomics and archaeology. New Phytologist, 226(5), 1240-1255.
Chomicki, Guillaume; Schaefer, Hanno & Renner, Susanne S.
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Biogeography and integrative taxonomy of Epipterygium (Mniaceae, Bryophyta). TAXON, 69(6), 1150-1171.
Hanusch, Maximilian; Ortiz, Edgardo M.; Patiño, Jairo & Schaefer, Hanno
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Phylogenetic informativeness analyses to clarify past diversification processes in Cucurbitaceae. Scientific Reports, 10(1).
Bellot, Sidonie; Mitchell, Thomas C. & Schaefer, Hanno
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Tecunumania stothertiae (Cucurbitaceae): a new species from western Ecuador and a new generic record for South America. Phytotaxa, 446(3), 199-204.
CORNEJO, XAVIER; SCHAEFER, HANNO & NEE, MICHAEL H.
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Captus: Assembly of phylogenomic datasets from high-throughput sequencing data
Ortiz, E.M.
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Enhancing photosynthesis at high light levels by adaptive laboratory evolution. Nature Plants, 7(5), 681-695.
Dann, Marcel; Ortiz, Edgardo M.; Thomas, Moritz; Guljamow, Arthur; Lehmann, Martin; Schaefer, Hanno & Leister, Dario
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Zehneria palmatiloba, a new species of Cucurbitaceae from Atlantic Central Africa. Phytotaxa, 496(2), 170-178.
LACHENAUD, OLIVIER & SCHAEFER, HANNO
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Biogeography of Zehneria (Cucurbitaceae) and a New Species from India. Systematic Botany, 47(3), 738-747.
Ranjan, Vinay; Kumar, Anant; Krishna, Gopal & Schaefer, Hanno
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Genomanalysen der Europäischen Stechpalme (Ilex aquifolium). In: Die Stechpalme im Gebiet der Bayerischen Voralpen: Vorkommen und Genetik. Forstliche Forschungsberichte München Nr. 223
Ortiz, E.M.; G. Shigita; A. Höwener & H. Schaefer
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NanoAmp: Species identification via Nanopore sequencing of barcoded amplicons
Ortiz, E.M.
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Transcriptomic data reveals nuclear-mitochondrial discordance in Gomphocerinae grasshoppers (Insecta: Orthoptera: Acrididae). Molecular Phylogenetics and Evolution, 170(c(2022, 5)), 107439.
Hawlitschek, Oliver; Ortiz, Edgardo M.; Noori, Sajad; Webster, Kathleen C.; Husemann, Martin & Pereira, Ricardo J.
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A novel phylogenomics pipeline reveals complex pattern of reticulate evolution in Cucurbitales. American Geophysical Union (AGU).
Ortiz Edgardo M., Höwener Alina; Shigita Gentaro, Raza Mustafa; Maurin Olivier, Zuntini Alexandre; Forest Félix, Baker William J. & Schaefer Hanno
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Resolving the phylogeny of Thladiantha (Cucurbitaceae) with three different target capture pipelines. BMC Ecology and Evolution, 23(1).
Raza, Mustafa; Ortiz, Edgardo M.; Schwung, Lea; Shigita, Gentaro & Schaefer, Hanno
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Phylogenomics and the rise of the angiosperms. Nature, 629(8013), 843-850.
Zuntini, Alexandre R.; Carruthers, Tom; Maurin, Olivier; Bailey, Paul C.; Leempoel, Kevin; Brewer, Grace E.; Epitawalage, Niroshini; Françoso, Elaine; Gallego-Paramo, Berta; McGinnie, Catherine; Negrão, Raquel; Roy, Shyamali R.; Simpson, Lalita; Toledo Romero, Eduardo; Barber, Vanessa M. A.; Botigué, Laura; Clarkson, James J.; Cowan, Robyn S.; Dodsworth, Steven; ... & Baker, William J.
