Genetische Variation, Polyploidie und Geographische Parthenogenese in der subtropischen Gräsergattung Paspalum
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Wissen, wie Pflanzen auf die Umwelt reagieren, sich an Veränderungen anpassen und diversifizieren, ist von zentraler Bedeutung für das Verständnis von Evolution. Dieses Wissen ist auch wichtig für die Entwicklung von Kulturpflanzen, die sich besser an veränderte Umweltbedingungen anpassen, und damit von aktueller Bedeutung im Rahmen der Erderwärmung. Im aktuellen Projekt konnten wir mithilfe von sechs Arten der Gräsergattung Paspalumunterschiedliche Wechselwirkungen zwischen Ploidie, Fortpflanzungsmodi, Bestäubungsarten und genetischer Variation in natürlichen Populationen aufzeigen. Charakteristische Übergänge des Zuchtsystems in Pflanzen (Allogamie→autogamie, Sexualität→apomixis) und Ploidieverschiebungen haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Menge und Verteilung der genetischen Variation innerhalb und zwischen den untersuchten Paspalum-Arten. Wir konnten zeigen, dass die Sicherung der Fortpflanzung durch Selbstbefruchtung und / oder Apomixis) keine größere Artenvielfalt gewährt. Selbstbefruchtung und der damit verbundene Verlust der genetischen Diversität in Polyploiden könnten den Nutzen der Fortpflanzungssicherung zur Förderung der Ausbreitung wettmachen. Auch wenn die Polyploidie als signifikanter spontaner Faktor die Diversifizierung durch Genomverdopplung und Fragmentierung des Genpools fördert, so wird die räumliche Verteilung der genetischen Variation in den sexuellen Populationen von Paspalum-Arten nicht durch eine Änderung der Ploidiestufe von diploiden zu tetraploiden Genomen verändert. Die Sexualität erhält eine hohe Genvielfalt und einen genetischen Zusammenhalt innerhalb der Arten, jedoch ist die räumliche Differenzierung zwischen den Populationen geringer als bei apomiktischen. Während Apomixis die Genvielfalt einschränkt, ist sie ein relevanter Faktor für die Aufteilung der genetischen Variation und die bessere Nutzung ökologischer Ressourcen. In P. intermedium unterstützt eine Aufspaltung genetischer Diversität die ökologische Differenzierung zwischen diploiden und tetraploiden Zytotypen und verbessert bei Polyploiden die Besiedelung neuer Areale, wodurch sich das Areal vergrößert und geographische Parthenogenese gefördert wird. Diploide kommen auf produktiveren Standorten vor, während Tetraploide in Gebieten mit weniger produktiven und kontaminierten Standorten anzutreffen sind. Asexualität hat im Vergleich zu sexuell reproduzierenden Organismen einen zweifachen Fitnessvorteil. Wir haben jedoch einen zweifachen Fitnessnachteil bei fakultativen Apomikten im Vergleich zu sexuellen P. intermedium-Zytotypen festgestellt. Darüber hinaus fanden wir, dass das Ausmaß fakultativer Sexualität in apomiktischen Populationen von der Umwelt moduliert wurde, was darauf hindeutet, dass das Zusammenspiel zwischen ökologischer Modulation des Sex und der Aufteilung genetischer Variationen durch Apomixis eine entscheidende Rolle spielen können, um die Anpassung der Pflanzen erleichtern. Die beobachteten Mechanismen tragen möglicherweise auch zur Artbildung bei.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 2015. Apomixis as a facilitator of range expansion and diversification in plants. in Pierre Pontarotti (Ed), Evolutionary Biology: Biodiversification from Genotype to Phenotype, Springer International Publishing Switzerland, chapter 16: pages 305-327; ISBN: 978-3-319-19931-3
Hojsgaard D.H., Hörandl E.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/978-3-319-19932-0_16) - 2016. Unravelling the ambiguous reproductive biology of Paspalum malacophylum: A decades old story clarified. Genetic Resources and Crop Evolution 63: 1063–1071
Hojsgaard, D.H.; Burson B.; Quarin C.L.; Martínez, E.J.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s10722-015-0303-x) - 2017. POACEAE Paspalum lilloi Hack. TAXON 66: 1497-1499, E32-33
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(Siehe online unter https://doi.org/10.12705/666.30) - 2018. Intraspecific ecological niche divergence and reproductive shifts foster cytotype displacement and provide ecological opportunity to polyploids. Annals of Botany 121: 1183–1196
Karunarathne P., Schedler M., Martínez E.J., Honfi A.I., Novichkova A., Hojsgaard D.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1093/aob/mcy004) - 2018. Transient activation of apomixis in sexual neotriploids may retain genomically altered states and enhance polyploid establishment. Frontiers in Plant Science 9:230
Hojsgaard D.
(Siehe online unter https://doi.org/10.3389/fpls.2018.00230) - 2019. The rise of apomixis in natural plant populations. Frontiers in Plant Science
Hojsgaard D.H., Hörandl E.
(Siehe online unter https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00358)
