Eine neue Geschichte von Herbarium Sammlungen erzählt – Entschlüsselung der Muster der klonalen Diversität

• Antragsteller: Dr. Juraj Paule
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 508233416

Obwohl meist nicht mit dem Ziel der Dokumentation der Variabilität von Populationen angelegt, enthalten naturhistorische Sammlungen doch vielfach wertvolle Informationen hierzu. Bis vor kurzem fehlten für die Untersuchung solcher Variabilität auf genetischer Ebene und für große Stichproben jedoch die Instrumente. Fortschritte in der Sequenzier-Technologie, Stichwort „Next-Generation Sequencing“, ermöglichen nun erstmals genetische Profile von Hunderten von Proben zu erstellen, insbesondere auch für Sammlungsobjekte, die häufig nur stark degradierte DNA enthalten. Die Kenntnis der Mechanismen der Evolution erfordert Informationen über die Geschwindigkeit des Auftretens von neuen Mutationen und deren Wirkungen auf der molekularen und phänotypischen Ebene. Das Hauptproblem ist dabei, dass genetische Veränderungen selten direkt beobachtet werden konnten. Unser heutiger Wissenstand basiert in der Regel auf dem Vergleich gegenwärtiger bestehender Populationen seltener und bedrohter Arten in situ. Direkte Beobachtungen von genetischen Veränderungen sind auf kurzfristige Laborstudien oder auf die Analyse weniger historischer Proben beschränkt. Solche Studien leiden in der Regel unter niedrigen Stichprobengrößen und der Untersuchung von nur weniger genetischen Markern. Daher würden Museumsexemplare erheblich dazu beitragen, die Lücke zwischen traditionellen „ancient“-DNA-Studien (Langzeit, geringe Genomabdeckung, geringe Stichprobengröße) und Laborbeobachtungen (Kurzzeit, gute Genomabdeckung, hohe Probennummern) zu schließen. Basierend auf früheren Forschungen, wird die apomiktische Potentilla praecox FWSchultz hier als Modell verwendet werden, um die Effekte der Mutationsakkumulation und ihrer evolutionären Folgen in einer vermutlich klonalen Population ausgewählt. Eine erste Erhebung der zeitlichen Besammlungsdichte identifizierte einen Standort (Hohfluh, Schweiz), von dem mehr als 100 Belege über einen Zeitraum von 150 Jahren in mitteleuropäischen Herbarien vorhanden sind. Eine solch umfassende Sammlung bietet eine einzigartige Gelegenheit zur Untersuchung einer gut dokumentierten apomiktischen Sippe, die über den normalen Zeitraum eines Standard-Feldversuchs hinausgehe. Das Projekt hat zum Ziel, die folgenden Hypothesen zu testen: 1. Mutationen sind ungleichmäßig im Genom verteilt 2. Andere Phänomene, die die Mutationslast verstärken, sind auf kurzen Zeitskalen aktiv. 3. Mutationsakkumulation über die letzten 150 Jahren führten zum Aussterben von bestimmten Linien von P. praecox Darüber hinaus werden die Ergebnisse einen wertvollen Beitrag für Artenschutz in klonalen Linien liefern: durch besseres Verständnis der Vergangenheitsprozesse können zukünftige Schutzbemühungen besser gesteuert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen