Genomische Signaturen von neutralen und adaptiven microevolutionären Prozessen in Fragilariopsis kerguelensis, einer der wichtigsten Komponenten der biologischen Silikat-Pumpe im Südozean
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Wir haben in diesem Projekt die Hypothese getestet, dass das einzigartige Strömungssystem des Südozeans (mit dominanter Transportrichtung um den Antarktischen Kontinent herum, und starken Umweltgradienten in die Nord-Süd Richtung) eine meridionale Diversifizierung innerhalb Phytoplankton-Arten begünstigt. Hierfür haben wir Populationen der Kieselalge Fragilariopsis kerguelensis aus unterschiedlichen Breitengraden der Südatlantik beprobt und die Stämme geno- und phenotypisch charakterisiert. Die Daten zeigen, dass unser Zieltaxon aus mindestens drei Arten besteht, wobei die Verbreitung von zwei von diesen auf einen Teil des beprobten Nord-Süd-Transekt eingeschränkt erscheint. Die nördliche und südliche Art kann unter Laborbedingungen lebens- und weiter fortpflanzungsfähige Nachkommen in Kreuzungen bilden. Dass wir trotz dieser Beobachtung und trotz eines Mangels von biogeografischen Barrieren zwischen ihren Verbreitungsgebieten keinen rezenten Genfluss zwischen beiden im Feld nachweisen konnte, zeigt eine ökologische reproduktive Isolation, dass also beide Arten unterschiedliche physiologische Anpassungen zeigen könnten und dem entsprechend unter unterschiedlichen Umweltbedingungen wachsen. In ökophysiologischen Experimenten haben wir tatsächlich leicht unterschiedliche Wachstumsreaktionen auf Temperatur- und Lichtbedingungen zwischen beiden Gruppen feststellen können. Stämme der nördlichen Art scheinen etwas besser mit wärmeren, der südlichen Art mit kälteren Bedingungen klarzukommen. Auch ihre Genexpressionsmuster und Pigmentzusammensetzung unter identischen Bedingungen unterscheiden sich zum Teil erheblich. Diese könnten eine Anpassung ihrer Photophysiologie auf unterschiedliche Temperatur-Optima beinhalten, wobei die Untersuchung der Licht- und Temperaturanpassungen dieser Arten noch weiter vertieft werden sollte. Dieses Paar einer nördlichen und einer südlichen Art kann nach unseren Erkenntnissen vermutlich tatsächlich auf eine Diversifizierung entlang der Nord-Süd-Umweltgradienten des Südozeans zurückgeführt werden und bestätigen insofern teilweise unsere ursprüngliche Hypothese. Abweichend von unserer Erwartung hat aber diese Divergenz schon zu einer starken Trennung beider Gruppen geführt, so dass kaum bis gar kein Genaustausch mehr zwischen beiden vorhanden zu sein scheint (trotz einer immer noch vorhandenen physiologischen sexuellen Kompatibilität). Wie im Detail ein Zusammenspiel ozeanografischer-ökologischer-physiologischer Gründe diese Trennung erklären könne, bleibt bisher unklar. Kenntnis solcher Diversifizierungsprozesse und ähnlicher bisher unentdeckter Diversität ist wichtig für eine Einschätzung möglicher Auswirkungen von ozeanografischen Veränderungen (Erwärmung, Verschiebung von Frontensystemen) auf das Ökosystem des Südozeans.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Molecular ecology and microevolutionary genomics of Fragilariopsis kerguelensis, a main silicate sinker of the Southern Ocean. The 73rd Fujihara Seminar, International Conference, “Molecular Life of Diatoms”, Kobe, Japan, 9-13.7.2017
Postel, U., Gloeckner, G., John, U., Valentin, K., Beszteri, B.
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Microevolutionary adaptation and population genomic zonation in Fragilariopsis kerguelensis,a main silicate sinker of the Southern Ocean. The second Joint Congress on Evolutionary Biology, Montpellier, France, 19-22.8.2018
Postel, U., Gloeckner, G., John, U., Valentin, K., Beszteri, B.
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(2019). Biogeographic differentiation between two morphotypes of the Southern Ocean diatom Fragilariopsis kerguelensis. Polar Biology 42: 1369-1376
Glemser, B., Kloster, M., Esper, O., Eggers, S.L., Kauer, G., Beszteri, B.
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Genomic diversity in an oceanographic context in the pelagic diatom of the Southern Ocean Fragilariopsis kerguelensis. EMBO Workshop, "The molecular life of diatoms", Norwich, United Kingdom, 14-18.7.2019
Postel, U., Eggers, S. L., Glemser, B., Glöckner, G., John, U.,Salazar, K., Valentin, K., Beszteri, B.
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Population genomic zonation and microevolutionary adaptation in Fragilariopsis kerguelensis, a main silicate sinker of the Southern Ocean. 7th European Phycological Congress, Zagreb, Croatia, 25-30.8.2019
Postel, U., Eggers, S. L., Glemser, B., Glöckner, G., John, U.,Salazar, K., Valentin, K., Beszteri, B.
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(2020). Adaptive divergence across Southern Ocean gradients in the pelagic diatom Fragilariopsis kerguelensis. Molecular Ecology 29:4913-24
Postel, U., Glemser, B., Salazar Alekseyeva, K., Eggers, S.L., Groth, M., Glöckner, G., John, U., Mock, T., Klemm, K., Valentin, K., Beszteri, B.
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(2020). Polares Plankton: Kleinlebewesen im sich wandelnden Südpolarmeer. Biologie in unserer Zeit 50: 28 – 35
Beszteri, B.,Havermans, C., Auel, H., Hagen, W., Trimborn, S.
