Der Einfluss der Polyploidie auf die Mutationsraten in der Ölpflanze Brassica napus

• Antragstellerin: Professorin Dr. Sarah Schießl-Weidenweber
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405304351

Viele der weltweit wichtigsten Kulturpflanzen sind polyploid. Das Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen von Polyploidie kann deswegen bei der weiteren Verbesserung der Diversität und Leistung von Kulturpflanzen helfen. Die zentrale Hypothese dieses Projekts ist die Annahme, dass Polyploidie die Mutationsrate beeinflusst. Die Mutationsrate ist ein entscheidender Parameter in der Evolutions-und Züchtungsforschung. Ausgehend von bisherigen Forschungsergebnissen vermute ich, dass die Mutationsrate durch Polyploidie und Hybridisierungsprozesse dramatisch ansteigt. Dieser angenommene Einfluss unterscheidet sich wahrscheinlich zwischen neu gebildeten und etablierten Polyploiden. Zur Untersuchung dieses unterschiedlichen Einflusses habe ich Brassica napus ausgewählt, weil die Art sowohl eine gut charakterisierte polyploide Modellpflanze als auch eine wichtige Kulturpflanze darstellt. Ich möchte in diesem Projekt sowohl den Einfluss der Polyploidisierung als auch den Einfluss der Polyploidie in B. napus quantifizieren. Mit einem Ansatz zur Sequenzierung des vollständigen Exoms in verschiedenen Generationen von resynthetisiertem und natürlichem B. napus kann ich dabei nicht nur SNP und InDel-Variation bestimmen, sondern auch strukturelle Variationen wie beispielsweise Duplikationen und Deletionen. Mithilfe von Sanger-Sequenzierung einzelner ausgewählter Gene soll die bioinformatische Analysestruktur hierfür validiert und verbessert werden. Durch die Verwendung von resynthetisiertem und natürlichem B. napus können wir spontane Effekte, die in den ersten Generationen der Polyploidisierung auftreten, von anhaltendenen Effekten der Polyploidie an sich unterscheiden. Durch die gleichzeitige Verwendung der diploiden Eltern der resynthetisierten Pflanzen können wir den Effekt der gestiegenen genetischen Redundanz direkt verfolgen. Um auch den Einfluss der Kopienzahl und der Subfunktionalisierung untersuchen zu können, möchte ich sowohl eine genomweite Gengruppierung vornehmen als auch einen Ansatz zur RNA-Sequenzierung durchführen, der Daten zu den unterschiedlichen Expressionsmustern in allen Ploidiestufen liefern soll. Das Projekt untersucht somit sowohl den unmittelbaren Einfluss von Polyploidie auf die Mutationsraten in B. napus als auch den weiteren Verbleib von Mutationen in späteren Generationen, um daraus Hypothesen über Kulturpflanzenselektion und –evolution in Polyploiden zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen