Adaptive Introgressionen in Hybridschwärmen zwischen Wild- und Kulturgerste in Israel

• Antragsteller: Dr. Martin Mascher, Ph.D.; Professor Dr. Thorsten Schnurbusch
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze ; Genetik und Genomik der Pflanzen ; Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 460265804

Da die Domestizierung von Kulturpflanzen auf einer phylogenetischen Zeitskala ein junges Ereignis ist, sind Kultur- und verwandte Wildformen oft miteinander kreuzbar. Wenn beide in Nachbarschaft zueinander vorkommen, kann es zu natürlicher Hybridisierung kommen. Falls der potentiell bidirektionale Genfluss zwischen Wild- und Kulturformen die Fitness erhöht, können Hybridschwärmen entstehen. Diese tragen, z. B. im wilden Hintergrund, vorteilhafte Allele, die sich aus einer domestizierten Einkreuzung ableiten. Gerste (Hordeum vulgare L.) ist eine wichtige Kulturpflanze, deren Domestikationsprozess von Archäologen, Genetikern und Molekularbiologen intensiv erforscht wurde. In den vergangenen Jahrzehnten haben Botaniker sogenannte “mehrzeilige Wildgersten“ beobachtet, d. h. wildwachsende Gersten mit drei fertilen Blütchen je Ährenknoten, was als Schlüsselmerkmal der Kulturform gilt. Es gibt mehrere Möglichkeiten, wie diese eigentümlichen Zwischenformen entstehen können: (i) Hybridisierung zwischen Wild- und Kulturformen; (ii) spontane Mutation von Domestikationsgenen; und (iii) De-Domestikation durch genetische Rekombination. Unsere bisherigen Ergebnisse deuten darauf hin, dass sechszeilige Wildgerstenpopulationen in Israel Hybridschwärme mit Allelen der Kulturform in einem wilden Hintergrund sind, und erlauben die Vermutung, dass adaptive Einkreuzung eines domestizierten Allels des Gens SIX ROWED SPIKE1 (Vrs1) in unkrautige Formen stattgefunden hat. Um diese Hypothese zu testen, wollen wir die folgenden Experimente und Analysen durchführen: (i) populationsgenomische Analysen von neugesammelten mehrzeiligen Wildgersten aus Israel sowie sympatrischen zweizeiligen Genotypen, um genomischen Spuren von Genfluss zu detektieren; (ii) ökophysiologische Experimente, um die Auswirkungen der Mehrzeiligkeit auf die Fitness in unkrautigen Formen zu verstehen; sowie (iii) genetische Kartierung der unkrautigen Wuchsform in Kreuzungspopulationen, um die genetischen Faktoren zu identifizieren, welche die Anpassung von Wildgerste an ein landwirtschaflich geprägtes Habitat bestimmen. Unter Ausnutzung der Gerste als genetischen Modellorganismus für die Pflanzendomestikation wird unser Vorhaben die Anpassungsprozesse von Wildpflanzen an einen vom Menschen geschaffenen Lebensraum beleuchten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• ausländischer Mitantragsteller: Professor Dr. Zvi Peleg, Ph.D.