Genetische Entschlüsselung der unterschiedlichen Reaktion von Arabidopsis lyrata und Arabidopsis halleri auf Dürre

• Antragstellerin: Professorin Dr. Juliette de Meaux
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen ; Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 273098776

Wasserknappheit ist einer der wichtigsten Faktoren, die die Produktivität der Pflanzen weltweit einschränken. Die Untersuchung von nahe verwandten Pflanzenarten, die jedoch ökologisch sehr unterschiedlich sind, kann genutzt werden um nachhaltige Strategien zu entwickeln, mit denen die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen gegen Trockenstress optimiert werden können. Pflanzen haben unterschiedliche Strategien optimiert, um Dürren zu überstehen, die die allgemeine Fitness jedoch nicht beeinträchtigen. Arbeiten in unserem Labor haben gezeigt, dass sich die beiden Arten Arabidopsis lyrata und A. halleri in ihrer Ökologie unterscheiden, insbesondere in ihrer Fähigkeit auf fehlenden Niederschlag mit Vermeidungs- bzw. Toleranzmechanismen zu reagieren. Wir haben weiter gezeigt, dass sowohl die trockenstresstolerante Art A. lyrata wie auch die sensible Art A. halleri im Laufe der Evolution ihr Transkriptom erheblich umgeformt haben. Auch akkumulieren die beiden Arten in Reaktion auf Dehydrierungsstress lösliche Metaboliten in unterschiedlichen Mengen.Nun sollen die funktionellen genetischen Ursachen für die phänotypischen Anpassungen auf metabolischer und transkriptioneller Ebene und letztlich für die tatsächliche Fähigkeit der Pflanzen, Trockenstress zu überstehen analysiert werden. Hierzu haben wir interspezifische Kreuzungspopulationen entwickelt, die wir nutzen, die genetischen Grundlagen der interspezifischen Unterschiede bei Reaktionen auf Trockenstress zu kartieren. Darüber hinaus werden wir die Muster der Genexpression und der Anreicherung von Metaboliten in den segregierenden Populationen mittels eines bulk-segregant-Ansatzes untersuchen und diejenigen Veränderungen identifizieren, die mit einer höheren Überlebensrate bei Trockenstress korrelieren. Hiermit soll die Rolle von Funktionen überprüft werden, von denen zuvor berichtet wurde, dass sie das Ziel der polygenen Selektion sind. Die Analyse wird zudem dazu beitragen, zwischen Genen zu unterscheiden, deren Transkription lediglich auf Stress reagiert und denjenigen, die aktiv zur Wiederherstellung der Homöostase beitragen und die Resistenz gegen Trockenheit fördern. Schließlich schlagen wir vor, die genetische Variation in dieser interspezifischen segregierenden Population mit globalen Deskriptoren der ökologischen Diversität in Beziehung zu setzen. Dies kann dazu beitragen, Erkenntnisse von der gut untersuchten Gattung Arabidopsis auf andere Gattungen und Arten mit ökologischer oder landwirtschaftlicher Relevanz zu übertragen. Langfristig soll das in dieser Studie gewonnene Wissen wichtige Informationen liefern, die zur Entwicklung nachhaltiger Strategien zur Verbesserung der Trockenstresstoleranz bei Kulturpflanzen beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen