Analyse von Cluster-Holocentromeren – ein neuartige Zentromer Variante der Lililaes Chionographis - Wie verändert der evolutionäre Übergang zur Holozentrizität meiotische Prozesse und die Rekombinationslandschaft?

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Andreas Houben
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen ; Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 436844938

Das Zentromer spielt eine zentrale Rolle für die korrekte Segregation der Chromosomen während der Zellteilung. Neben den „klassischen“ Chromosomen mit einer primären Einschnürung und einem lokalisierten Zentromer (Monozentromer) wurden in unseren früheren Studien auch Arten mit alternativen Zentromertypen entdeckt. In zwei Schwestergattungen des Pflanzenstamms Chionographideae zeigt Chionographis linienartig angeordnete Holozentromere, während Chamaelirium ungewöhnlich große Makro-Monozentromere besitzt. Die Mechanismen, die den evolutionären Übergängen zwischen den diesen Zentromertypen zugrunde liegen, sind bislang nur unzureichend bekannt. Bei den Chionographideae haben wir festgestellt, dass die Enstehung beider Zentromertypen mit Mutationen von Kinetochor-Genen, der Ampliflikation zentromerischer Satelliten-DNA sowie veränderten Mustern der Histonphosphorylierung einhergeht. Unsere Analyse von Chi. japonica ergab darüber hinaus eine neuartige Organisation von Zentromeren und Chromosomen während der Meiose, eine bisher unbekannte Anpassung an holozentrische Chromosomen. Im Gegensatz zu monozentrischen Arten wie Cha. luteum zeigen die bivalenten Metaphase I Chromosomen von Chi. japonica eine vorzeitige Trennung der Schwesterzentromere, was auf eine umgekehrte Reihenfolge der Schwesterchromatidenteilung hindeutet. Das vorgeschlagene Projekt befasst sich mit der Frage, wie sich die meiotischen Prozesse bei holozentrischen Arten im Vergleich zu monozentrischen Arten unterscheiden und welches Spektrum an Variation innerhalb beider Systeme möglich ist. Es sind zwei Hauptarbeitspakete vorgesehen: 1) Analyse des Zentromerverhaltens und der Chromatidendynamik während der Meiose, einschließlich der meiotischen Bouquetbildung in beiden Arten, und die Klärung, ob Chi. japonica eine invertierte oder eine kanonische Meiose durchläuft; 2) Charakterisierung der Rekombinationslandschaft durch Quantifizierung der Häufigkeit und Verteilung von Crossovers, Untersuchung des sogenannten Zentromereffekts (Unterdrückung zentromernaher Crossovers) sowie der Crossover-Interferenz. Zudem sollen die meiotischen Gene beider Arten mit denen typischer monozentrischer Arten verglichen werden. Die Studie wird neue Einblicke in die Koevolution von Zentromerorganisation und meiotischen Prozessen liefern und das Verständnis der meiotische Plastizität sowie der Dynamik unkonventioneller Zentromeren erweitern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen