Species demography and the distribution of fitness effects of new deleterious mutations in wild tomatoes (Solanum section Lycopersicon)
Final Report Abstract
Demographie und Anpassung spielen eine wichtige Rolle in der Evolution von Pflanzen. Da Pflanzen sessile Lebewesen sind, können sie biotischen und abiotischen Stressfaktoren nicht ausweichen. Daher sind Anpassungsmechanismen an die lokalen Umweltbedingungen essentiell, um das Überleben und Fortbestehen der Art zu gewährleisten. In diesem Projekt wurde die demographische Geschichte einer wilden Tomatenart (Solanum chilense) rekonstruiert mittels DNA-Polymorphismen Daten. Dazu wurden von 23 Populationen Stichproben erhoben und mit Hochdurchsatz-Sequenzierung von 30 Genen untersucht. Die Analyse der Daten zeigte einen Nord-Süd Gradienten; d.h. eine Abnahme der genetischen Variation in Richtung Süden und einen Anstieg der genetischen Divergenz zu anderen Wildtomaten-Arten. Dies deutet darauf hin, dass der Ursprung von S. chilense im nördlichen Teil ihres heutigen Verbreitungsbebietes liegt und sich die Art nach Süden ausgebreitet hat. Da sich unter den 30 analysierten Genen 16 Kandidatengene befinden, die als Teil der abiotischen Stressanwort fungieren, konnte auch die Anpassung dieser Art an Trockenheit, Kälte und hohen Salzgehalt untersucht werden. Einige dieser Kandidatengene zeigten Anzeichen für positive Selektion in Bergregionen und damit Anpassung an niedrige Temperaturen. In den Populationen aus der Küstenregion zeigten Gene, die in der Salzstressantwort involviert sind, auch Anzeichen für lokale Anpassung. Ferner haben wir eine Reihe weiterer Untersuchungen zur Demographie und Anpassung von Wildtomaten (S. chilense und S. peruvianum) durchgeführt. Durch theoretische Analysen konnten wir zeigen, dass beide Arten ausgedehnte Samenbanken aufweisen, die einen großen Einfluss auf die Größe des Genpools haben. Ferner fanden wir Evidenz für balancierende Selektion (in der Form eines Transspezies- Polymorphismus) in der CBF Genfamilie zwischen diesen beiden Schwesternarten. Diese Gene sind an der Kältestressantwort beteiligt. In der RCR3 Genfamilie, die in der Abwehr von Pathogenen eine Rolle spielt, wurde auch balancierende Selektion gefunden und funktionell untersucht. Schließlich untersuchten wir den Einfluss von schädlichen Mutationen in vier Wildtomatenarten (S. arcanum, chilense, habrochaites und peruvianum) und bestimmten ihren Effekt auf die Schätzung demographischer Parameter für diese Arten. Wir fanden, dass der Selektionsdruck in den nichtkodierenden Bereichen (Introns) zwischen diesen Arten schwankt. Dies kann zu fehlerfaften Schätzungen der Populationsgröße führen.
Publications
- (2011): Estimating parameters of speciation models based on refined summaries of the joint site-frequency spectrum. PLoS One 6: e18155
Tellier, A., P. Pfaffelhuber, B. Haubold, L. Naduvilezhath, L. E. Rose, T. Städler, W. Stephan, and D. Metzler
- (2011): Fitness effects of derived deleterious mutations in four closely related wild tomato species with spatial structure. Heredity 107: 189-199
Tellier, A., I. Fischer, C. Merino, H. Xia, L. Camus-Kulandaivelu, T. Städler, and W. Stephan
- (2011): Inference of seed bank parameters in two wild tomato species using ecological and genetic data. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108: 17052-17057
Tellier, A., S. J. Laurent, H. Lainer, P. Pavlidis, and W. Stephan
- (2012): Balancing selection at the tomato RCR3 guardee gene family maintains variation in strength of pathogen defense. PLoS Genet. 8: e1002813
Hörger, A. C., M. Ilyas, W. Stephan, A. Tellier, R. A. L. van der Hoorn, and L. E. Rose
(See online at https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1002813) - (2012): Trans-species polymorphism and allele-specific expression in the CBF gene family of wild tomatoes. Mol. Biol. Evol. 29: 3641-3652
Mboup, M., I. Fischer, H. Lainer, and W. Stephan
(See online at https://doi.org/10.1093/molbev/mss176) - (2013): Sequence evolution and expression regulation of stress-responsive genes in natural populations of wild tomato. PLoS One 8: e78182
Fischer, I., K. A. Steige, W. Stephan, and M. Mboup
(See online at https://doi.org/10.1371/journal.pone.0078182)
