Faktoren, die den Farbpolymorphismus bei Anemonen entlang von Umweltgradienten beeinflussen

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Johannes Spaethe
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448791908

Die Blüten von tierbestäubten Pflanzen weisen eine beeindruckende Vielfalt von Farben auf, ein wichtiges Merkmal, das zur Anlockung von potentiellen Bestäubern dient. Die meisten Pflanzenarten sind daher einfarbig und das Ergebnis von gerichteten Selektion durch den Bestäuber, was zu einer Fixierung einer bestimmten Blütenfarbe innerhalb einer Population führt. Warum aber das (relativ seltenen) Phänomen des Farbpolymorphismus innerhalb einer Population trotzdem auftritt und welche Mechanismen einen solchen Polymorphismus aufrechterhalten, ist in vielen Fällen unbekannt. Um die zugrundeliegenden Mechanismen des Farbpolymorphismus besser zu verstehen, werden wir zwei nahverwandte Anemonenarten (A. pavonina and A. coronaria, Ranunculaceae) untersuchen, die einen ausgeprägten Farbpolymorphismus innerhalb und zwischen Populationen entlang von Umweltgradienten aufweisen. Wir werden mit einer Kombination von Freilandexperimenten und molekularen Untersuchungen die Rolle der Bestäuber und möglicher abiotischer Faktoren identifizieren, die diesen Polymorphismus aufrechterhalten. Wir vermuten, dass die Blütenfarbe mit der Toleranz gegenüber bestimmten Umweltstressoren korreliert: Pflanzen mit lila Blüten von A. pavonina, die vor allem in größeren Höhen am Olymp vorkommen, sind an niedrigere Temperaturen angepasst. Individuen mit rote Blüten von A. coronaria sind an Trockenheit angepasst, da sie in den ariden Gebieten Israels häufiger sind. Wir vermuten weiterhin, dass die beiden erwähnten Farbmorphen unter Selektionsdruck von sowohl Bestäubern als auch abiotischen Faktoren stehen. Im Gegensatz dazu unterliegen die anderen Farbmorphen keiner gerichteten Selektion (A. coronaria) bzw. stehen ausschließlich unter Selektion durch den Bestäuber (A. pavonina) und halten dadurch den Farbpolymorphismus aufrecht. Um diese Hypothesen zu testen, werden wir Pflanzen von verschiedenen Farbmorphen und unterschiedlichen Standorten in reziproken Gewächshaus- und Freilandexperimenten aufziehen und Wasserzufuhr bzw. Temperatur manipulieren. Zusätzlich werden wir die Besucherhäufigkeiten im Freiland und den Pollenfluss zwischen und innerhalb der Farbmorphen mittels Pollenmarkierungsexperimenten (quantum-dot) quantifizieren. Wir werden Transkriptom-Analysen von verschiedenen Farbmorphen und unterschiedlichen Temperatur-/Feuchte-Regimen durchführen, um mögliche Ko-Expressionen von Stresstoleranz-Genen und Genen, die bei der Blütenfarbbildung involviert sind, zu identifizieren. Diese Kombination aus ökologischen Freilandversuchen, Beobachtung von Blütenbesuchern und Pollenfluss, und molekularen Untersuchungen ermöglicht uns, die Mechanismen zu verstehen, die einen Farbpolymorphismus bei Anemonen aufrechterhalten. Das Projekt trägt damit dazu bei, die evolutionären Prozesse zu verstehen, die dem Phänomen des Farbpolymorphismus bei Blütenpflanzen zugrunde liegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• ausländ. Mitantragstellerinnen / ausländische Mitantragsteller: Professorin Dr. Tamar Keasar; Dr. Yuval Sapir