Aufklärung der konvergenten Evolution eines komplexen, metabolischen Merkmals, der Betalaine, durch komparative Genomik und Coexpressionsnetzwerke

• Antragsteller: Professor Dr. Boas Pucker
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Genetik und Genomik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 436841671

Pflanzen zeigen eine große Diversität an komplexen, spezialisierten, metabolischen Eigenschaften, die der Anpassung an extreme Umweltbedingungen dienen. Mehrere Mechanismen sind an der Evolution dieser Mechanismen beteiligt z.B. Expansion von Genfamilien spezialisierter Biosynthesewege, Übernahme von Genen aus bereits existierenden Biosynthesewegen und die Bildung von Genclustern.In der Blütenpflanzenordnung Caryophyllales gibt es eine Klasse von spezialisierten Metaboliten, Betalainpigmente genannt, deren konvergente Evolution von mindestens vier Ursprüngen kürzlich beschrieben wurde. Mindestens ein Ursprung ist mit der Bildung eines Genclusters assoziiert. Diese konvergente Evolution bietet ein ideales System für die Untersuchung der evolutionären Kombination von komplexen Biosynthesewegen und der Bildung von Genclustern. Daher ist das übergeordnete Ziel dieses Projekts die Verwendung von dicht gesammelten Transkriptom- und Genomdatensätzen, um die Evolution der Betalaine mit einem Fokus auf der Konvergenz zu analysieren. Genomische Charakteristika und Genexpressionsmodule, die mit dem evolutionären Ursprung der Betalainpigmentierung zusammenhängen, sollen untersucht werden. Die zugrundeliegende Hypothese besagt, dass die genomischen und transkriptionalen Strukturen im Zusammenhang mit den verschiedenen Ursprüngen Gemeinsamkeiten, aber auch spezifische Muster von Genübernahmen, genetischer Regulation und genomischen Genclustern zeigen werden.Meine spezifischen Ziele sind:1. Die Aufklärung der wiederholten Evolution einer komplexen Eigenschaft durch phylogenetische Methoden und Netzwerkanalysen, die auf RNA-Seq-Daten angewendet werden. Dadurch erfolgen die Integration und Verbindungen von genetischen Elementen mehrerer Betalainursprünge. Dieses Ziel erfordert ein Verständnis der Genexpression in Modulen, die der spezialisierten Biosynthesen zugrunde liegen.2. Die Untersuchung der genomischen Ausgangssituation für die Betalainpigmentierung durch Assemblierung von Genomsequenzen von zwei Taxa, die vor der ersten Duplikation des Betalainbiosynthesewegs von diesem phylogenetischen Ast abzweigen. Komparative Genomanalysen von verschiedenen Caryophyllales Spezies sollen die genomische Struktur und die strukturellen Veränderungen zwischen den verschiedenen Betalainursprüngen aufzeigen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Dr. Samuel Brockington