Evolution von Gennetzwerken: Die Ranunculales als Modellordnung für evolutionäre Innovationen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Annette Becker; Professor Dr. Alexander Goesmann
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen ; Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458957343

Wie Veränderungen in regulatorischen Gennetzwerken (GRNs) den Ursprung neuer, complexer Merkmalen bedingen, oder, kurzgefasst, "Wie entsteht Neues in der Evolution?" ist eine zentrale Frage der modernen Evolutionsbiologie. Wir möchten diesen molekulargenetischen Ursprung neuer Merkmale am Modell der Ordnung Ranunculales (Hahnenfußgewächse) untersuchen. Ranunculales sind recht ursprüngliche Eudikotyle (Zweikeimblättrige Pflanzen) und umfassen morphologisch sehr diverse Arten wie Hahnenfuß, Mohn, Akelei oder Rittersporn. Ranuncuales sind deshalb besonders, weil mehrere morphologische Merkmaler mehrfach unabhängig voneinander entstanden sind, z.B. gespornte Blütenorgane, Zygomorphie oder die Reduktion von Perianthorganen. Darüber hinaus sind in dieser Blütenpflanzenordnung neue Blütenorgane, Reduktion von gewirtelter zur spiraligen Phyllotaxy, Diözie, und Windbestäubung aufgetaucht. Viele Arten innerhalb der Ranunculales können mit Virus-induziertem Gensilencing behandeltwerden, wodurch Gene gezielt ausgeschaltet werden können, um deren Funktion in späteren Stadien dieses Projektes untersuchen zu können. Wir schlagen vor, 20 Transkriptome von sieben Ranunculales Arten zu sequenzieren (Eschscholzia californica, Capnoides sempervirens, Pteridophyllum canadensis, Thalictrum thalictroides, Aquilegia coerulea, Nigella damascena, Staphisagria picta), die diese evolutionären Innovationen zeigen. Die Transkriptome werden von z.B. Knospen unterschiedlicher Stadien, verschiedener Blütenorgane, Zeitserien von Petalengewebe und vegetativem Gewebe stammen. Zudem planen wir Genomsequenzierungen der vier Arten, deren Genome noch nicht sequenziert wurden, um die Transkriptomanalysen mittels Transkript-Identifizierung und -Mapping zu optimieren. Auf lange Sicht beabsichtigen wir die Identifikation von Co- Expressionsgennetzwerken und wollen den Grad der Konservierung von co-exprimierten Teilen von GRNs beurteilen und die Teile identifizieren, die sich zwischen den Ranunculales-Arten unterschieden, um sie mit den entsprechenden evolutionären Innovationen zu korrelieren. Das Ziel dieses Projektes ist es, die nötigen Resourcen zur Verfügung zu stellen, um vergleichende Transkriptom- und Genomanalysen in Ranunculales durchführen zu können. Diese sind die Voraussetzung, um die molekularen Grundlagen des Ursprungs neuer morphologischer Merkmale zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen