Die Evolution der RLP-Genfamilie in Wildtomatenarten

• Antragsteller: Professor Dr. Remco Stam
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 516659121

Um auch unter sich ändernden Klimabedingungen pathogenresistente Nutzpflanzen zu erzeugen, ist es wichtig, die Mechanismen zu verstehen, die die Pathogenresistenz in natürlichen Populationen von wilden Nutzpflanzenverwandten steuern. Die genetische Diversität und Evolution von Resistenz-assoziierten Genen in solchen Kulturpflanzenverwandten ist jedoch noch wenig verstanden. Hier möchte ich die Diversität, Evolution und Funktion der RLP (Receptor Like Protein) Genfamilie in Wildtomaten untersuchen. Die RLP-Genfamilie ist groß und komplex, und die Mitglieder erfüllen verschiedene Funktionen in der Entwicklung und vor allem in der Resistenz gegenüber Krankheitserregern. Am besten werden RLPs im Zusammenhang mit der Interaktion zwischen dem Pilz Cladosporium fulvum und der Tomate (Solanum lycopersicum) untersucht. Dies ist eines der am besten verstandenen molekularen Modellsysteme für Pflanzen-Pathogen-Interaktionen. Eine große Anzahl von RLPs, die als Cladosporium-Resistenzgene fungieren, sogenannte Cf-Gene, wurden in Wildtomatenverwandten beschrieben und mehrere Studien zeigen auch allelische Variation und rekombinante Varianten einzelner Cf-Gene in einer oder mehrerer Wildtomatenarten. Es fehlt jedoch ein systematisches Verständnis sowohl von RLP-Diversität, als auch deren Evolution und Funktionalität. In den letzten Jahren hat sich die Qualität bei der Long-Read-Sequenzierung enorm verbessert. Neue Ansätze wie das Targeted Resequencing machen es möglich, Genome umfassend zu minieren und auf große und komplexe Genfamilien anzureichern, wie etwa die Familie der RLPs. In diesem Projekt werde ich eine Kombination aus Long-Read- und Targeted-Resequencing von RLP-Genen verwenden. Ich werde diese Sequenzdaten nutzen, um 1) alle RLPs in verschiedenen Wildtomatenarten zu katalogisieren und zu untersuchen, ob verschiedene Arten unterschiedliche Resistenzgene enthalten und ob entsprechende Unterschiede z.B. klimabedingt zu erklären sind. 2) die zugrundeliegenden evolutionären Mechanismen bezüglich der verschiedenen vermuteten Rollen von RLPs in der pflanzlichen Abwehr und Entwicklung zu untersuchen und 3) funktionelle Studien an einer Auswahl von RLPs durchzuführen, um die Implikationen der beobachteten genetischen Diversität in der Genfamilie zu validieren und Einblicke in die Funktion von RLPs in der Resistenz im Allgemeinen zu erhalten. Am Ende des Projekts werden wir einen vollständigen Überblick über die RLP-Familie in Wildtomaten haben, die Evolutionsgeschichte der Gene kennen und in der Lage sein, diese in einen funktionalen Kontext bezüglich ihrer Fähigkeit zur Resistenzvermittlung gegen wichtige Pathogene wie C. fulvum zu stellen. Somit wird dieses Projekt wertvolles Grundlagenwissen über die Evolution der Genfamilien liefern. Es wird auch nützliche Informationen für Tomatenzüchter liefern, die nach neuen genetischen Ressourcen suchen, um bessere resistente Sorten zu erzeugen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen