Aufklärung der Phylogenie und Genomdiversität von Akzessionen der Wasserlinsengattung Wolffia anhand von Sequenz- und Karyotyp-Variabilität

• Antragsteller: Professor Dr. Ingo Schubert; Dr. Anton Stepanenko, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 575044183

Wasserlinsen sind eine kleine Familie kosmopolitischer, organreduzierter aquatischer Monokotyledonen an der Oberfläche stehender oder langsam fließender Gewässer, die sich meist ungeschlechtlich vermehren und eine extrem schnelle Biomassenverdopplung aufweisen. Daher, wegen ihrer optimalen Kohlenhydrate- und Proteinzusammensetzung und ihrer leicht zu erntenden Biomasse sind sie für die Erzeugung von Futtermitteln, Lebensmitteln und Biokraftstoffen, sowie von rekombinanten Proteinen, als auch für die Abwassersanierung von kommerziellem Interesse. Von den fünf Gattungen: Spirodela, Landoltia, Lemna, Wolffia und Wolffiella, zusammen aktuell 35 Arten, sind die Arten der drei letztgenannten anhand morphologischer Merkmale kaum zu unterscheiden. Selbst 'barcoding' mit plastidären DNA-Markern führt in einigen Fällen nicht zu zuverlässigen Ergebnissen. Darüber hinaus wird berichtet, dass die Chromosomenzahl und die Genomgröße zwischen klonalen Akzessionen, die verschiedenen Arten zugeordnet werden, erheblich variieren. Diese Merkmale, zusammen mit ihrer schnellen vegetativen Vermehrung, ihrer besonderen Lebensweise und ihren überwinternden Strukturen (Turionen), machen sie zu interessanten Objekten für evolutionäre, entwicklungsbiologische und genomische Studien. Die klonalen Akzessionen der Gattung Wolffia mit 11 mutmaßlichen Arten kleiner, runder, wurzelloser, grüner Organismen (Fronds) sind morphologisch sehr ähnlich, weisen aber eine hohe intraspezifische Variabilität der Genomgröße und Chromosomenzahl auf. Das deutet auf Ploidievarianten und/oder interspezifische Hybriden, vergleichbar denen die in der Gattung Lemna gefunden wurden. Der Antrag fokussiert auf die Gattung Wolffia und zielt darauf ab, die phylogenetischen Beziehungen und die Taxonomie von ~120 Akzessionen zu klären, die den 11 mutmaßlichen Arten der Gattung zugeordnet sind. Dies soll durch die Anwendung mehrerer unabhängiger Ansätze geschehen, um zu sicheren Schlussfolgerungen zu gelangen. Dazu gehören Genomgrößenmessung, die Chromosomenzählung, der Vergleich von plastidären und nukleären Sequenzen (z.B. Tubuligen-Introns, zusammen mit der Morello-Gruppe vom IBBA, Mailand, Italien, und 5S/35S rDNA-Sequenzen), mittels 'next generation sequencing' und 'genotyping-by-sequencing' sowie die genomische in situ Hybridisierung (GISH). Wir gehen davon aus, dass diese Methodenkombination die Artzugehörigkeit der untersuchten Akzessionen, als auch potenzielle Ploidievarianten und interspezifische Hybriden aufzeigen wird. Zusätzlich wird Aufschluss bezüglich des Anteils anzestraler Genome und deren mütterliche bzw. väterliche Herkunft erwartet. Die Ergebnisse werden neues Licht auf die infragenerische Struktur der Gattung Wolffia werfen und möglicherweise neue Wege für Züchtungsbemühungen und Studien über die evolutionären Folgen der retikulären Evolution in dieser Gattung eröffnen. Gut charakterisierte Akzessionen werden für die Kryokonservierung als Referenzen für die 11 Arten bereitgestellt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen