Klebsome: Genomdiversität und Anpassungen an terrestrische Habitate in Klebsormidiophyceen

• Antragsteller: Professor Dr. Jan de Vries
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 509535047

Landpflanzen bedecken unseren Planeten. All diese Biodiversität evolvierte von Algen in einem einzigartigen Ereignis, welches die Eroberung des Landes durch Pflanzen in Gang setzte und das Gesicht unseres Planeten für immer veränderte. Phylogenomische Analysen haben ein solides Fundament für die Studie dieses Prozesses geschaffen: Die grüne Linie spaltete sich tief in die Chlorophyten und die Streptophyten auf. Die Streptophyten umfassen die Landpflanzen und die streptophytischen Grünalgen, wovon die Zygnematophyceae, gefolgt von den Coleochaetophyceae, als nächste Algenverwandte der Landpflanzen bestimmt wurden. Die wohl widerstandsfähigsten Landbesiedler unter den Streptophytenalgen sind jedoch die Klebsormidiophyceae, welche 700 Millionen Jahren divergent von Landpflanzen sind. Trotz ihrer phylogenetischen Distanz baut die Resilienz von Klebsormidiophyceen wahrscheinlich auf einem homologen genetischen Chassis — konserviert über 700 Millionen Jahre Streptophyten-Evolution. Klebsormidium nitens war die erste Streptophytenalge, deren Kerngenom sequenziert wurde; darin wurde eine überraschende Anzahl von Genen gefunden, die zuvor nur Landpflanzen zugeschrieben wurden. Jedoch fehlten anderen Genome von streptophytischen Algen zur Kontextualisierung. Heutzutage haben wir eine Genomabdeckung fast aller Hauptgruppen von Streptophytenalgen. Dennoch sticht Klebsormidium weiterhin hervor bezüglich der Kontiguität von Signalwegen und Signalkaskaden die klassischerweise Landpflanzen zugeschrieben werden – insbesondere im Lichte der 700 Millionen Jahre Divergenz. Klebsormidiophyceae sind ubiquitär in terrestrischen Habitaten und jene Gene, die sie mit Landpflanzen teilen, könnten der Grund sein. In diesem Projekt werden mein Team und ich, aufbauend auf unserer Expertise in funktioneller Genomik, die Hypothese testen, dass alle Klebsormidiophyceae ein robustes genetisches Rückgrat für Reaktionswege auf Umweltfaktoren, wie beispielsweise Phenylpropanoid-Biosynthesegene, teilen (eine potenzielle Synapomorphie von Klebsormidiophyceae und Phragmoplastophyta). Wir werden: (1) die erste systematische phylogenomische Untersuchung innerhalb der Klasse Klebsormidiophyceae durchführen; (2) vier Genome von Klebsormidiophyceae sequenzieren, um die Evolution von Schlüsselmerkmalen robust ableiten zu können; (3) globale Genexpressionsprofile unter terrestrische Stressoren generieren, um ein detailliertes Reaktionsprofil zu erstellen, das allen vier Klebsormidiophyceae gemeinsam ist; (4) Synapomorphien unter Verwendung der funktionellen genomischen Daten neu definieren. Durch die Integration des robusten phylogenomischen und genomischen Rückgrats mit Genexpressionsprofilen und Analysen wichtiger Kandidatengenfamilien werden wir die stressrelevante Codierungskapazität definieren sowohl für (a) die Klasse Klebsormidiophyceae sowie (b) den gemeinsamen Vorfahren von Klebsormidiophyceen und Landpflanzen, welcher vor mehr als 700 Millionen Jahren lebte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen