Evolutionäre Prinzipien und die genomische Basis konvergenter Evolution in dem Tribus der Arabideae (Kreuzblütler)

• Antragsteller: Professor Dr. Marcus Koch
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 367498337

Biologische Vielfalt findet ihren Ausdruck in einer enormen Formenfülle und ist dabei einem steten Wandel unterworfen. Dabei passen sich die Organismen, was in besonderem Maße für weniger mobile Pflanzen gilt, auf evolutionären Zeitachsen den sich verändernden Umweltbedingungen an. Das Verständnis um diese Anpassungsprozesse, die das Bestehen von hoher biologischer Vielfalt vor dem Hintergrund sich stetig wandelnder Umwelten gewährleisten, ist gerade heute von besonderem Interesse. Die Untersuchung von Anpassungsprozessen ist häufig limitiert durch fehlende biologische Replikate, die es erlauben im direkten Vergleich grundlegende Prinzipien zu erkennen. Konvergente Evolution beschreibt die Etablierung sehr ähnlicher Phänotypen in unterschiedlichen evolutionären Linien. Dieses Phänomen, die Etablierung von ähnlichen Phänotypen in unterschiedlichen Evolutionslinien aber unter ähnlichen Umweltbedingungen, beschäftigt Evolutionsbiologen bereits seit Charles Darwin. Die Konvergenz beschreibt das Ergebnis, der Weg dahin ist aber von vielen Faktoren abhängig wie z.B. entwicklungsbiologischen Zwängen aber auch Polyploidisierung, retikulate Evolution und Introgression. Eine erfolgsversprechende Analyse von Konvergenz hängt also stark von der Verfügbarkeit einer größeren Anzahl unabhängiger evolutionärer Replikate in einem definierten phylogenetischen Kontext ab. Die Familie der Kreuzblütler zeichnet sich dabei durch ein sehr hohes Ausmaß an konvergenter Evolution morphologischer Phänotypen aus. Das extremste Beispiel ist hier die Gattung Arabis aus dem Tribus der Arabideae, der etwa 500 Arten verteilt auf 18 Gattungen umfasst. Dabei findet sich die taxonomisch betrachtet ehemals hochgradig para- und polyphyletische Gattung Arabis als Phänotyp in vielen anderen evolutionären Linien der Brassicaceae, und werden dort heute unter anderen Gattungsnamen geführt. In diesem Projekt sequenzieren wir die Genome von Schwestergruppen innerhalb der Arabideae, die eine ausgeprägte Konvergenz zeigen. Wir wollen dabei genomisch-vergleichend untersuchen, in welchem Ausmaß auf DNA-Ebene konvergente morphologische Merkmale eine parallele genomische Grundlage haben. Bei der Betrachtung der phänotypischen Variabilität zeigt sich, dass dabei immer wieder bestimmte Merkmalsausprägungen in Kombination auftreten. Dieses findet sich unter anderem auch dann, wenn sich Evolutionslinien in einjährige und mehrjährige Sippen aufteilen. Daher widmen wir uns diesem Phänomen bei der Auswahl der biologischen Replikate in ganz besonderem Maße. Die Information über Umweltparameter in Raum und Zeit für weitergehende Vergleiche wird vor allem über die Analyse der Verbreitungsreale selber und molekulare Zeitabschätzungen der Stammbäume erhoben. Wir wollen dazu beitragen, evolutionäre Prinzipien der stark konvergenten Entwicklungen in der Familie der Kreuzblütler mit den etwa 4000 Arten zu erarbeiten, um die Evolution dieser stark diversifizierenden Pflanzengruppe besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Dr. Christiane Kiefer