Aufklärung der molekularen Funktion individueller kausaler Loci am Heterostylie-Supergen in Primeln

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Lenhard
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 408296963

Heterostylie (Verschiedengriffligkeit) ist eine faszinierende Anpassung, um Auskreuzung zu fördern, und ein klassisches Paradigma der Botanik. In der häufigsten Form von Heterostylie bilden Pflanzen entweder Blüten mit langen Griffeln und kurzen Staubblättern oder mit kurzen Griffeln und langen Staubblätter. Diese reziproke Stellung der Geschlechtsorgane verringert den unproduktiven Pollenverlust und fördert die Fremdbestäubung, wodurch die männliche Fitness gesteigert wird. Darüber hinaus ist bei vielen heterostylen Arten die Selbstbefruchtung und die Erzeugung von Nachkommen, die aufgrund von Inzuchtdepression eine verringerte Fitness haben, durch ein Selbstinkompatibilitätssystem begrenzt; dies fördert die weibliche Fitness. Bei Primeln werden die zwei Blütenformen genetisch durch den S Locus als ein komplexes Supergen bestimmt, d. h. eine chromosomale Region, die mehrere individuelle Gene enthält, die die verschiedenen Merkmale wie Griffel- oder Staubblattlänge kontrollieren und durch eine sehr enge Kopplung aufgrund von unterdrückter Rekombination zusammengehalten werden. In den letzten Jahren haben wir die einzelnen kausalen Loci am S-Locus-Supergen in Primula identifiziert und begonnen, sie funktionell zu charakterisieren, wobei wir uns besonders auf die weiblichen Merkmale der Griffellänge und der weiblichen Selbstinkompatibilität konzentriert haben, die von CYP734A50 gesteuert werden, sowie auf die Kontrolle der Antherenposition durch GLO2. In jüngster Zeit haben wir auch Hinweise darauf erhalten, dass die bisher kaum verstandenen Merkmale Pollengröße und männliche Selbstinkompatibilität durch ein Zusammenspiel der Gene KFB-T und PUM-T gesteuert werden. Diese Studien legen den Grundstein für ein detaillierteres mechanistisches Verständnis der Art und Weise, wie die kodierten Proteine ihre Aufgaben bei der Modifizierung der verschiedenen Heterostylie-Merkmale zwischen den beiden Formen erfüllen und wie sie diese im Laufe der Evolution erworben haben. Um diese Fragen zu klären, werden wir (1) die strukturelle und molekulare Basis für die Neofunktionalisierung von GLO2 bestimmen; (2) die Rolle von KFB-T und PUM-T bei der Regulierung der Pollengröße und der männlichen Selbstinkompatibilität im Detail charakterisieren; und (3) abgeleitete homostyle (gleichgrifflige) Primula-Genotypen verwenden, um die molekulare Basis der weiblichen Selbstinkompatibilitätsreaktion zu klären. Zusammen werden diese Studien einen beispiellosen Einblick in ein Lehrbuchproblem in der Pflanzengenetik und -evolution und ein Modell für die Evolution und Funktion von Supergenen in Pflanzen und Tieren erlauben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen