Evolution in a changing environment: the genetic architecture of adaptation outside centers of domestication of Phaseolus vulgaris and P. coccineus

• Antragsteller: Professor Dr. Alisdair Fernie, Ph.D.; Professor Dr.-Ing. Paul Gepts, Ph.D.; Professor Dr. Andreas Graner; Professor Dr. Scott Jackson, Ph.D.; Professor Dr. Roberto Papa
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263436372

In dem Projekt sollen die molekulargenetischen Grundlagen der Adaption der Gartenbohne (Phaseolus vulgaris, Pv) und der nahe verwandten Feuerbohne (P. coccineus, Pc) in ihren amerikanischen Ursprungszentren und dem sekundären Verbreitungszentrum in Europa erforscht werden. Aufgrund ihrer rezenten Einführung nach Europa und ihrer gut dokumentierten Verbreitung eignen sich die beiden Arten als Modelle für Anpassungen an den Klimawandel (Temperatur, Niederschlag) sowie an sozioökonomische Veränderungen (Verbraucherpräferenzen). Die Arbeiten basieren auf einem multidisziplinären Ansatz (Genomanalyse, Populationsgenetik, Quantitative Genetik, Biochemie, Pflanzenphysiologie) und sorgfältig ausgewählten genetischen Ressourcen. Ausgangspunkt ist eine Basissammlung (Pv_ALL, Pc_ALL) mit 21.500 Akzessionen aus drei großen Genbanken in Europa und Amerika. Diese dient zur Ermittlung der Diversität und der Struktur des Genpools durch Genotyping by Sequencing (GBS) sowie für die Selektion von Teilpopulationen zur Phänotypisierung (Feld, Gewächshaus) und für omics Analysen. Weiterführende Untersuchungen erfolgen an drei Teilpopulationen. Die erste Teilpopulation (Pv_core1) umfasst 500 diverse, geo-referenzierte Akzessionen aus Amerika und Europa und soll durch genomweite Sequenzierung (4x WGS) mit hoher genetischer Auflösung charakterisiert werden. Mittels eines populationsgenomischen Ansatzes sollen Selektionsmuster und Signaturen von Anpassungseffekten an europäische Umweltbedingungen ermittelt werden. Die Identifizierung genetischer Faktoren der phänologischen Adaption soll über eine genomweite Assoziationsstudie (GWAS) mit Daten aus mehrortigen Feldversuchen erfolgen. Zudem soll die Reaktion von Phaseolus vulgaris und Phaseolus coccineus auf unterschiedliche Tageslängen und Temperaturen in zwei weiteren Teilpopulationen (Pv_core2 und Pc_core1), die unter kontrollierten Bedingungen angezogen wurden, auf Transkriptom- und Metabolomebene untersucht werden. Neben der Identifizierung von Gen-Netzwerken sollen durch GWAS Kandidatengene und Metaboliten identifiziert werden, die einen Zusammenhang mit Anpassungsmechanismen aufweisen. Von besonderem Interesse sind Unterschiede zwischen Pc und Pv als allogame bzw. autogame Arten. Durch Neutralitätstestungen und Expressionsanalysen sollen Selektionsmuster sowohl zwischen den beiden Arten als auch zwischen den europäischen und amerikanischen Genpools verglichen und anschließend durch Bulked Segregant Analysen und Kreuzvalidierungen überprüft werden. Ein wichtiges Ergebnis der Arbeiten ist die Entwicklung von Haplotypen für alle 20.000 Pv Akzessionen (HapBean), welche gemeinsam mit ergänzenden Informationen (Passport-, Evaluierungsdaten, Georeferenzierung) eine einzigartige Ressource für den Erhalt genetischer Ressourcen sowie weiterführende Forschungsarbeiten darstellen. Für Pc wird das Projekt einen Grundstock an Sequenzinformationen liefern, der den Ausgangspunkt für weiterführende Untersuchungen darstellt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Italien, USA
• Mitverantwortlich: Dr. Takayuki Tohge