Der Einfluss der Polyploidie auf die Mutationsraten in der Ölpflanze Brassica napus
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die zentrale Hypothese des Projekts war die Annahme, dass die Mutationsrate in Brassica-Arten durch Polyploidisierung ansteigt und dann über die evolutionäre Zeit im Zuge der Diploidisierung wieder abfällt. Die Mutationsrate ist ein zentraler Parameter in der Evolutions- und Züchtungsforschung. So gehen beispielweise gängige genetische Kartierungsansätze davon aus, dass die Mutationsrate gegenüber der Rekombinationsrate vernachlässigbar ist und damit Abweichungen in der Sequenz immer auf Rekombination zurückgehen, nicht aber auf Mutation. Zur Untersuchung dieser Hypothese wurden 16 Genotypen der Arten Brassica napus (neoallopolyploid, Genom AACC), Brassica rapa (mesopolyploid/diploidisiert, Genom AA) und Brassica oleracea (mesopolyploid/diploidisiert, Genom CC) ausgewählt. Diese Genotypen wurden über vier Generationen hinweg angebaut und in der ersten und der letzten Generation beprobt. Der Anbau stellte sich aufgrund der großen Diversität im gewählten Set als zeitaufwändiger dar als erwartet, da einige Genotypen einen sehr hohen Vernalisationsbedarf aufwiesen. Weiterhin stellte die Fertilität der Resynthesen ein Problem dar. Dennoch konnten letztendlich 4 von 5 Resynthese-Familien über 4 Generationen beprobt werden, die fünfte über 3 Generationen hinweg. Das ursprüngliche Vorhaben einer Exomsequenzierung wurde aufgrund der großen technischen Fortschritte und der günstigen Preisentwicklung zugunsten einer PacBio HiFi-Sequenzierung aufgegeben. Damit werden nicht nur Strukturvarianten und Varianten in nicht-genischen Bereichen besser erfasst, sondern auch die Erfassung von Methylierungsmustern ermöglicht, womit auch Rückschlüsse auf die Mechanismen der potentiellen Veränderungen möglich werden. Allerdings war die Extraktion hochmolekularer DNA aus für mehrere Jahre gelagerten Blattproben eine praktische Herausforderung, weswegen nicht für alle Generationenpaare die gewünschte Paarung erreicht werden konnte. Aufgrund der bekannten Verwandtschaftsbeziehung sollte dennoch eine Abschätzung der Mutationsrate möglich sein. Dazu wurden für alle Proben der ersten Generation Assemblies aus den Pac-Bio HiFi-Reads erstellt, auf die die Reads der vierten Generation dann zurückgemappt werden können, um so die Mutationsrate unabhängig von einem Referenzgenom ermitteln zu können. Diese Analysen dauern noch an.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Ancient and Recent Polyploid Evolution in Brassica. Brassica Improvement, 49-66. Springer International Publishing.
Schiessl, Sarah V. & Mason, Annaliese S.
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Regulation and Subfunctionalization of Flowering Time Genes in the Allotetraploid Oil Crop Brassica napus. Frontiers in Plant Science, 11.
Schiessl, Sarah
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Using wild relatives and related species to build climate resilience in Brassica crops. Theoretical and Applied Genetics, 134(6), 1711-1728.
Quezada-Martinez, Daniela; Addo, Nyarko Charles P.; Schiessl, Sarah V. & Mason, Annaliese S.
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Redundante Genome als evolutionäre Ressource. Fachtagung Transformation der Pflanzenproduktion, Berlin.
Schiessl-Weidenweber, S.
