Populationsgenomik von variablen und gemischten Paarungssystemen der mehrjährigen Pflanze Arabis alpina.

• Antragsteller: Dr. Andrea Fulgione, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 514187363

Seit Darwins wegweisenden Werken ist die Evolution von Paarungssystemen und Fortpflanzungsstrategien ein faszinierendes Thema der Evolutionsbiologie. Während Selbstbefruchtungsfähigkeit und Auskreuzung einen wesentlichen Bestandteil dieser Forschungsrichtung darstellt, ist die adaptive Bedeutung variabler und gemischter Paarungsstrategien nach wie vor umstritten. Das Hauptziel dieses Projekts liegt in der Erforschung evolutionärer dynamischer Prozesse, die variable Paarungssysteme und gemischte Paarungsstrategien steuern. Diese sollen am Modell der mehrjährigen Pflanze Arabis alpina untersucht werden. Die europäischen Populationen von A. alpina weisen eine erstaunliche Vielfalt an Paarungssystemen auf, die von Auskreuzungen über gemischte Paarungen bis hin zu Populationen mit Selbstbefruchtung reichen, die sich auch in Merkmalen des „Selfing-Syndroms“ unterscheiden, einem Komplex von Merkmalen, von denen bekannt ist, dass sie im Zusammenhang mit den Paarungssystemen variieren (z. B. Blütengröße, Pollenmenge und Blütenduft). Um die Variation der Paarungssysteme zu charakterisieren, werden wir einen breit angelegten Datensatz von Long-Read-Sequenzen (Pacbio Hifi, 50x coverage) aus 33 A. alpina Pflanzen aus ganz Europa generieren, der die Variation der Paarungssysteme abdeckt. Dieser Datensatz ist von zentraler Bedeutung für die vollständige Erfassung derjeniger Genomregionen, die für die Selbstinkompatibilität verantwortlich sind (z. B. S-locus), und um Genomgröße und Transposons zu charakterisieren, für die in Abhängigkeit ihrer Evolution eine Interaktion mit Paarungssystemen angenommen wird. Darüber hinaus werden wir selbstkompatible und selbstinkompatible Pflanzen kreuzen, um die Genomregionen zu identifizieren, die für Paarungssysteme und Merkmale des „Selfing-Syndroms“ verantwortlich sind. Wir werden Computergestützte Verfahren verwenden, um die Auswirkungen von Mutationen in diesen Regionen vorherzusagen und um mögliche funktionelle Mutationen zu identifizieren. Dies wird Aufschluss darüber geben, ob die Evolution der Selbstbefruchtung mit Mutationen am S-Locus oder an Modifikatorgenen einherging, ob sie einmal oder mehrmals stattfand und welche Mutationen zu den Veränderungen der Merkmale des „Selfing-Syndroms“ beitragen. Anschließend werden wir die populationsgenetische Geschichte dieser Mutationen modellieren, um zu verstehen wann sie in der Evolution von A. alpina auftraten, wie sie sich über die Populationen verbreiteten und welche Rolle die Selektion in ihrer Geschichte spielte. Damit werden seit langem bestehende Fragen zur Evolution von Paarungssystemen angesprochen, wie z. B. 1) welche adaptive Dynamik zu variablen und gemischten Fortpflanzungsstrategien führt; 2) wie der zeitliche Ablauf und die selektiven Kräfte aussehen, die auf Varianten wirken, welche an Selfing-Syndrom-Merkmalen beteiligt sind; 3) wie die Populationsdynamik von Transposons und die Evolution von Paarungssystemen und Genomgröße interagieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen