Domestikation als Prozess: Modellierung der Demographie und Selektion in Mais mit Hilfe von antiker DNA

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Stetter
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze ; Genetik und Genomik der Pflanzen ; Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 389693117

Vor über 10.000 Jahren begannen Menschen Pflanzen zu domestizieren. Dieser, als Neolithische Revolution bezeichnete, Vorgang leitete den Übergang von einer historisch nomadischen zu einer sesshaften Lebensweise ein. Die damit verbundene Domestikation von Pflanzen wird in der Tat oft als revolutionäres Ereignis, welches die Kulturpflanze von der Wildpflanze trennte, interpretiert. Evolutionsgenetische Modelle folgten diesem Konzept und betrachteten Domestikation als unmittelbares Ereignis und Feldstudien haben suggeriert, dass Domestikation unter den richtigen Bedingungen innerhalb von Jahrzehnten ablaufen könnte. Archäologische Funde legen hingegen nahe, dass die Evolution von Domestikationsmerkmalen Jahrtausende gedauert hat. Die Aufklärung dieser Diskrepanz zwischen archäologischen Funden und populationsgenetischen Untersuchungen, ist essentiell für unser Verständnis von Kulturpflanzendomestikation und früher Zivilisationen.Mais ist ein ideales Modell für die Domestikationsforschung, da uns extensive genetische und phänotypische Ressourcen moderner und bis zu 5.900 Jahre alter Proben zur Verfügung stehen. Weiterhin haben wir ein gutes Verständnis der Ausbreitung von domestiziertem Mais durch eine Vielzahl archäologischer Daten. Das beantragte Projekt hat zum Ziel, mit Hilfe von Mais die zeitliche Terminierung und die Art der molekularen Selektion während der Domestikation von Kulturpflanzen zu untersuchen. Wir schlagen zwei Neuerungen für die Domestikationsforschung vor. Erstens werden wir Gebrauch von neuen methodischen Ansätzen der quantitativen Genetik machen, um die phänotypische Evolution in antiken Proben zu untersuchen. Die Kombination von genomischen Daten antiker Proben und Kartierungsdaten rezenter Populationen erlaubt uns historische Phänotypenselektion zu detektieren, obwohl die meisten phänotypischen Merkmale in historischen Proben unbekannt sind, da nur kleine Pflanzenreste überdauern. Zweitens werden wir Zeitreihenmodellierung adaptieren um die demographischen Geschichte von Mais während der Domestikation zu erforschen. Bisher wurden Zeitreihenmodelle in Studien zur experimentellen Evolution von Mikroorganismen eingesetzt. Die Integration antiker Proben gibt uns die Möglichkeit die Domestikationsgeschichte von Pflanzen durch Zeitreihenmodellierung zu rekonstruieren. Gemeinsam werden uns diese Ansätze helfen die bestehende Diskrepanz zwischen Archäologie und Populationsgenetik über die Dauer des Domestikationsprozesses aufzuklären. Das vorgeschlagene Projekt nutzt die extensiven phänotypischen und genomischen Ressourcen moderner Mais Inzuchtlinien, traditioneller Landrassen aus der Ursprungsregion und von wilden Vorfahren von Mais um Selektion auf polygene Merkmale und die demographische Geschichte von Mais zu untersuchen. Die Studie führt das aufstrebende Feld der Paleopopulationsgenetik in die Kulturpflanzenforschung ein und wird unser Verständnis von Domestikation und Selektion komplexer Merkmale in Kulturpflanzen verbessern.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Jeffrey Ross-Ibarra, Ph.D.