Koevolution der zellulären genetischen Kompartimente, Genom-Plastom-Inkompatibilität und -Interaktion am Modell Oenothera

• Antragsteller: Professor Dr. Reinhold G. Herrmann
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 35388355

• Erstellungsjahr: 2009

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Es gelang, die bei diesem Modell avisierten Fragestellungen zu lösen. Das Plastidenchromosom von Atropa wurde vollständig sequenziert und mit den bekannten Sequenzen des Chromosoms aus Tabak verglichen. Überraschenderweise beeinflusste keine der zwischen beiden Arten untersuchten Varianten Bereiche die Genom-Plastom-Inkompatibilität. Unterschiede wurden jedoch im Edierungsmuster beider Arten festgestellt, Editotypen evolvieren anscheinend recht rasch. Der phylogenetische Aspekt der Edierung war neu. Ein einziger solcher Unterschied bedingt den bleichen Phänotyp der Afropa/Tabak-Cybride. Artspezfische Edierungsdifferenzen erklären auch den Unterschied der grünen rezpiroken Tabak/Afropa-Cybride. Für beide Cybridentypen des Solanaceenmodells konnten damit kausale Erklärungen der Ursachen gefunden werden. Es wurde mit der RNA-Edierung erstmals ein molekularer Mechanismus gefaßt, der Artbildungsprozesse unter der Beteiligung von Organellen beeinflussen kann. Die Daten zeigen, dass (i) molekulare Prozesse, die zu Artbildungen führen, komplex sein können, besonders wenn die bei Pflanzen häufigen Polyploidisierungen berücksichtigt werden, und dass (ii) kompartimentelle genetische Interaktionen dabei eine wichtige Rolle spielen. Im vorliegenden Fall sind sie jedoch nicht primäre Ursache der Artbildung, sondern verstärken eine bereits vorhandene Artbarriere.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Complete nucleotide sequence of the Oenothera elata plastid chromosome, representing plastome I of the five distinguishable Euoenothera plastomes. Mol. Gen. Genet 263, 581-585 (2000); see also Corrigendum: Mol. Gen. Genet. 263, 1071 (2000)
  Hupfer H., Swiatek M., Hornung S., Herrmann R. G., Maier R. M., Chiu W.-L. and Sears B.B.
  
• Heterologous, splicingdependent RNA editing in chloroplasts: allotetraploidy provides trans factors. EMBO J. 20,4874-4883(2001)
  Schmitz-Linneweber C., Tillich M., Herrmann R.G. and Maier R.M.
  
• The plastid chromosome of Atropa belladonna and its comparison with that of Nicotiana tabacum: the role of RNA editing in generating divergence in the process of plant speciation. Mol. Biol. Evol. 19, 1602-1612 (2002)
  Schmitz-Linneweber C., Regel R., Du T.G., Hupfer H., Herrmann, R.G. and Maier R.M.
  
• Eukaryotic genome evolution: rearrangement and co-evolution of compartmentalised genetic information. Phil. Trans. Roy. Soc: Biol. Sci. 358, 87-97 (2003)
  Herrmann R.G., Maier R.M. and Schmitz-Linneweber C.
  
• Evolutionary fluctuation of plastid RNA editing. Endocytobiosis Cell Res. 15, 246-255 (2004)
  Schmitz-Linneweber C., Herrmann R.G. and Maier R.M.
  
• Investigation of interspecific genome-plastome incompatibility in Oenothera and Passiflora. Dissertation, Universität München, pp.107 (2005)
  Mracek J.
  
• Pigment deficiency in nightshade/tobacco cybrids is caused by the failure to edit the plastid ATPase a-subunit mRNA. Plant Cell 17, 1815-1828 (2005)
  Schmitz-Linneweber C., Kushnir S., Babiychuk E., Poltnigg P., Herrmann R.G. and Maier R.
  
• Construction, database integration, and application of an Oenothera EST library. Genomics 88, 372-380 (2006)
  Mräcek J., Greiner S., Cho W.K., Rauwolf U., Braun M., Umate P., Altstätter J., Stoppel R.. Mlöochovä L., Silber M.V., Volz S.M., White S., Selmeier R., Rudd S., Herrmann R.G. and Meurer J.
  
• Mapping of genomes and plastomes of subsection Oenothera with molecular marker technologies. Dissertation, Universität München, pp, 152 (2008)
  Rauwolf U.
  
• Meiotic events in Oenothera - A non-standard pattern of chromosome behaviour. Genome 51, 952-958 (2008)
  Golczyk H., Musial K., Rauwolf U., Meurer J., Herrmann R.G. and Greiner S.
  
• Molecular marker systems for Oenothera genetics. Genetics 180, 1289-1306 (2008)
  Rauwolf U., Golczyk H., Meurer J., Herrmann R.G. and Greiner S.
  
• Oenothera, a unique model to study the role of plastids in speciation. Dissertation, Universität München, pp. 174 (2008)
  Greiner S.
  
• The complete nucleotide sequences of the five genetically distinct plastid genomes of Oenothera subsection Oenothera: I. Sequence evaluation and plastome evolution. Nucl. Acids Res. 36, 2366-2378 (2008)
  Greiner S., Wang X., Rauwolf U., Silber M.V, Mayer K., Meurer J., Haberer G and Herrmann R.G.
  
• The complete nucleotide sequences of the five genetically distinct plastid genomes of Oenothera subsection Oenothera: II. A micoevolutionary view using bioinformatics and formal genetic data. Mol. Biol. Evol. 25, 2019-2030 (2008)
  Greiner S., Herrmann R.G., Wang X., Rauwolf U., Mayer K., Haberer G. and Meurer J.
  
• Variable DNA amounts related to the size of chloroplasts. III. Biochemical determinations of DNA amounts per organelle
  Rauwolf U., Golzcyk H., Greiner S. and Herrmann R.G.
  
• The impact of plastids in speciation
  Greiner S., Rauwolf U., Meurer J. and Herrmann R.G.
  
• Uncoupling of sexual reproduction from homologous recombination in bivalentforming Oenothera species
  Rauwolf U., Greiner S., Mracek J., Braun M., Golczyk H., Mohler V., Herrmann R.G. and Meurer J.