Reproduktive Isolation und Drift Load in Populationen mit Selbstbefruchtung bei einer Art mit normalerweise obligater Kreuzbefruchtung

• Antragsteller: Dr. Marc Stift
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 388824194

Hermaphroditische Pflanzen können sich theoretisch durch Selbstbefruchtung (selfing) fortpflanzen, doch die meisten von ihnen sind selbst-inkompatibel oder haben für die Kreuzbefruchtung (outcrossing) andere Mechanismen entwickelt. Der Übergang von Kreuzbefruchtung zu Selbstbefruchtung stellt eine der häufigsten Transitionen in der Evolution der Pflanzen dar. Jedoch nur relativ wenige Pflanzenarten (10-15%) vermehren sich überwiegend durch Selbstbefruchtung. Warum ist das so? Als mögliche Erklärung wurde vorgeschlagen, dass Selbstbefruchtung zwar die Artenbildung befördere, aber gleichzeitig durch noch höhere Aussterberaten diesem diversivizierenden Effekt entgegenwirke. Obwohl phylogenetische Analysen diese Hypothese in gewissem Maß stützen, sind die unterliegenden Mechanismen, die einerseits die Artenbildung in selbstbefruchtenden Linien befördern, andererseits aber zu gesteigerten Aussterbensraten führen, jedoch bisher weitgehend unerforscht.Die in diesem Antrag dargestellten drei Studien haben das Ziel, diese Mechanismen anhand der nordamerikanischen Art Arabidopsis lyrata zu untersuchen. Die meisten Populationen dieser Art sind selbst-inkompatibel und daher kreuzbefruchtend, aber es sind sechs Populationen entdeckt worden, die ausschließlich aus selbst-kompatiblen Pflanzen bestehen und überwiegend selbstbefruchtend sind. Dies stellt also ein hervorragendes Modell dar, um die treibenden ökologischen Mechanismen der Evolution der Selbstbefruchtung und deren negative Konsequenzen durch Drift Load zu erforschen. In der ersten Studie soll ein common-garden-Experiment durchgeführt werden, um herauszufinden, ob Veränderungen in Phänologie und Insektenbesuch die selbstbefruchtenden Populationen reproduktiv von anderen Populationen isolieren. In der zweiten Studie wird untersucht, ob Mechanismen unmittelbar nach der Bestäubung (jedoch vor der Befruchtung) zu einer reproduktiven Isolation der selbstbefruchtenden Populationen beitragen. Dazu prüfen wir, ob eine gezielte Kreuzung zwischen Pflanzen von selbstbefruchtenden Populationen und Pflanzen von anderen Populationen zu einer geringeren Samenanzahl im Vergleich zu Referenzkreuzungen (innerhalb der Populationen) führt. In der dritten Studie wird über zwei Generationen hinweg untersucht, ob Pflanzen aus selbstbefruchtenden Populationen in einem common-garden-Experiment eine reduzierte Samenproduktion und vermindertere Lebensfähigkeit der Saat aufweisen (im Vergleich zu Artgenossen aus kreuzbefruchtenden Populationen).Zusammen werden die ersten beiden Studien unser konzeptuelles Verständnis der ökologischen Prozesse erhöhen, die bei der Entwicklung von reproduktiv isolierten neuen, divergenten, selbstbefruchtenden Linien eine Rolle spielen. Darüber hinaus wird die dritte Studie untersuchen, ob eine reduzierte Reproduktionsleistung durch Gendrift (drift load) dem Diversifizierungsprozess entgegenwirkt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen