Genomevolution: Struktur-Funktion-Beziehungen in der polyploiden Kulturpflanze Brassica napus

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Ian Bancroft; Professorin Dr. Anne-Marie Chèvre; Professor Dr. Rod Snowdon; Dr. Denis Tagu
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 243242356

Die Genome aller Pflanzen evolvierten durch mehrere Polyploidisierungsrunden mit anschließender Diploidisierung. Dieser Zyklus stellt einerseits einen fundamentalen Mechanismus der Evolution biologischer Prozesse dar, andererseits trug er bei fast allen Kulturpflanzen zur vorhandenen Diversität und Leistungsfähigkeit maßgeblich bei. Unser Verständnis des Diploidisierungsprozesses basiert bisher fast ausschließlich auf Analysen der Ergebnisse von ursprünglichen Polyploidisierungsereignissen. Zunehmend finden wir aber Hinweise darauf, dass die für die Diploidisierung verantwortlichen Genomevolutionsmechanismen noch heute einen wichtigen Einfluss auf agronomisch wichtige Merkmale in Kulturpflanzen ausüben, d.h. tausende Jahre nach den jüngsten Polyploidisierungen in ihrer Entwicklungsgeschichte.Als Modell für eine komplexe polyploide Pflanze mit variabler Genomevolutionsrate setzen wir Brassica napus (Ölraps) ein. Diverse Akzessionen stehen uns dabei zur Verfügung, sowohl aus natürlichem B. napus (eine durch spontane Hybridisierungen zwischen B. rapa und B. oleracea entstandene allotetraploide Spezies) als auch aus sog. resynthetisiertem B. napus (generiert durch Hybridisierung der gleichen Ausgangsarten im Labor). Resynthetisierter B. napus zeichnet sich im Vergleich zu natürlichen Akzessionen durch schnelle Genomänderungen aus.Unsere Hypothese ist, dass die Genomevolution in resynthetisiertem B. napus eine beschleunigte Form der andauernden Evolution der Genomstruktur von kultivierten B. napus-Formen aus natürlicher Entstehung darstellt. Wir möchten diese Hypothese testen, in dem wir die molekulare Evolution auf genomweiter Ebene in einem großen Panel natürlicher und resynthetisierter B. napus-Akzessionen sowie deren Nachkommen untersuchen. Dabei werden wir die beobachtete Variation in der Genomstruktur mit agronomisch relevanter Merkmalsvariation in Verbindung bringen. Unsere spezifischen Ziele sind: (1) Etablierung eines Pan-Transkriptoms für B. napus, bei dem alle Unigene auf den diploiden Chromosomen der beiden Ausgangsgenome als Darstellung des entstehenden B. napus-Genoms angeordnet sind. (2) Quantifizierung der Häufigkeit von Kopienzahlvariation (von transkribierten Sequenzen) sowie von homoeologen Translokationen in natürlichem B. napus. (3) Quantifizierung der Häufigkeit von Kopienzahlvariation sowie von homoeologen Translokationen in resynthetisiertem B. napus und Vergleich mit den Häufigkeiten in natürlicher B. napus. (4) Etablierung der mechanistischen Beziehungen zwischen struktureller Genomevolution und quantitativer Variation für einer Reihe wichtiger agronomischer Merkmale.Unsere Ergebnisse werden wichtige Kenntnisse zur fundamentalen Molekularbiologie der Pflanzengenomevolution aufdecken. Noch wichtiger ist, dass diese Kenntnisse im Kontext von Pflanzenmaterial und Genomdaten gewonnen werden, die für die Verbesserung einer der wichtigsten Kulturpflanzen Europas eingesetzt werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Großbritannien
• Beteiligte Personen: Dr. Regine Delourme; Dr. Nathalie Nesi; Dr. Martin Trick