Die Interaktion von genetischer Drift und adaptiver Evolution in zwei endemischen Pflanzenarten, Arabidopsis pedemontana und A. cebennensis

• Antragsteller: Professor Dr. Karl Schmid
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen ; Evolution, Anthropologie ; Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 197737012

In Regionen mit einer hohen Biodiversität haben bis zu 40% aller Arten eine geringe geographische Verbreitung und kleine Populationsgrössen. Solche endemischen Arten sind durch Umweltänderung in hohem Masse vom Aussterben bedroht. Zusätzlich haben sie ein genetisches Extinktionsrisiko, weil aufgrund von genetischer Drift und Inzucht genetische Variation verloren geht und das evolutionäre Potential für zukünftige Anpassungen an neue Umweltbedingungen reduziert ist. Die beiden Arten Arabidopsis pedemontana und A. cebennensis sind endemische und Arten mit kleinen Verbreitungsarealen in den Cottischen Alpen des Piemont, Italien, beziehungsweise in den Cevennen und Massif Central, Frankreich. In diesem Projekt wird untersucht, inwiefern sich diese beiden Arten in ihrem Muster genomischer Variation und der Zusammensetzung ihrer Gene von nahen verwandten Arten, die ein grösseres Verbreitungsgebiet besiedeln und eine höhere genetische Variation haben, unterscheiden. Dies wird durch die Analyse der vollstängen Genomsequenz zahlreicher Individuen dieser Arten erreicht. Diese Untersuchungen sollen zeigen, ob die beiden endemischen Arten eine höhere genetische Bürde und eine geringere Anpassungsfähigkeit nur natürliche Selektion als nahe verwandte Arten haben, und welche Gene besonders davon betroffen sind. Des weiteren werden wichtige phänotypische Unterschiede der beiden Endemiten zu ihren Verwandten charakterisiert. Dazu zählen der Wassernutzungseffizienz, die Anpassung an unterschiedliche Bodentypen und der Gehalt an Glukosinolaten, die für die Resistenz gegen Herbivoren von Bedeutung sind. In Experimenten wird die phänotypische Reaktion von Pflanzen der beiden Endemiten und zwei naher verwandter Arten untersucht auf Trockenstress und Nährmedien untersucht und Genexpressionsmuster mit Hilfe der Transkriptomsequenzierung charakterisiert. Unterschiede in der Genexpression sollen in Bezug zum genetischen Distanz zwischen den Arten gesetzt werden und mit populationsgenetischen und statistischen Analysen Gene identifiziert werden, die zur unterschiedlichen Adaptation beitragen. In endemischen Arten wird oftmals ein Übergang zu einer selbstbefruchtenden Fortpflanzung beobachtet. Mit Hilfe von populationsgenetischen Analysen und entsprechenden Kreuzungsversuchen soll untersucht werden, ob dies in den beiden Arten auch der Fall ist. Des weiteren sollen interspezifische Kreuzungen durchgeführt werden, um langfristig mit Hilfe genetischer Kartierung zusätzliche Gene für die Unterschiede zwischen den Arten zu identifizieren.Das Projekt wird dazu beitragen, grundlegende Kenntnisse über die Evolution und den Schutz von endemischen Pflanzen angesichts einer sich schnell ändernden Umwelt zu erhalten.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1529: Evolutionary plant solutions to ecological challenges: Molecular mechanisms underlying adaptive traits in the Brassicaceae s.l. (Adaptomics)