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Genomduplikation bei Pflanzen

Die pflanzliche Vielfalt wird sowohl von Umweltfaktoren als auch Genomduplikationen beeinflusst, sodass das Zusammenspiel in freier Natur genauer erforscht werden muss, um Evolution und Anpassung zu fördern.
Genomduplikation bei Pflanzen
Die Polyploidisierung ist ein wichtiger Prozess der Artbildung bei Landpflanzen, trotzdem ist aber noch zu wenig über Produktivität, Dynamik und evolutionäres Potenzial polyploider Wildtyp-Linien bekannt. Genauere Kenntnisse der zugrunde liegenden Mechanismen sind daher von entscheidender Bedeutung für den Erhalt der Artenvielfalt und die Evolution genetisch, ökonomisch oder ökologisch relevanter Gene.

Arabidopsis thaliana ist ein wichtiges Modell für die Gen- und Evolutionsforschung, sodass das EU-finanzierte Projekt WILD ARABIDOPSIS (Pathways, ecological and genomic consequences of genome duplication in Arabidopsis arenosa, an overlooked diploid-polyploid member of the model genus Arabidopsis) sich auf A. arenosa konzentrierte, eine unscheinbare, aber für die Forschung interessante Art, die der am engsten mit A. thaliana verwandte di/polyploide Wildtyp ist.

Zur europäischen Art von A. arenosa gehören Populationen mit variabler Anzahl ganzer Chromosomensätze (diploid und autotetraploid), und die Art etabliert sich zunehmend als Evolutionsmodell für Genomduplikation. Schwerpunkt von WILD ARABIDOPSIS waren die genetische Struktur von A. arenosa, Wechselwirkungen zwischen beiden Ploidieebenen und die Vielfalt biologisch wichtiger Merkmale in verschiedenen geografischen Regionen und Umgebungen.

Hierzu untersuchten die Forscher mittels Hochdurchsatz-Genotypisierung und ökologisch-räumlichen Analysen, wie die Nische die strukturelle genetische Vielfalt von A. arenosa verändert. Die Ergebnisse zeigten, dass ost- und mitteleuropäische Gebirgsregionen die genetischen Merkmale heutiger Populationen maßgeblich beeinflusst haben. Insbesondere hybridisierten und verteilten sich zwei der mitteleuropäischen Linien in einem ausgeprägten postglazialen Umfeld in Nordeuropa.

Um festzustellen, wie Genomduplikation die Evolution beeinflusst, verglichen die Wissenschaftler 300 Genomsequenzen von A. arenosa für beide Ploidieebenen, was einen häufigen Genfluss innerhalb und zwischen den Ploidieebenen aufzeigte und möglicherweise Evolution und Anpassung beeinflusst hat.

Insgesamt lieferte das Projekt wichtige Hintergrundinformationen zu Evolutionsgeschichte, Struktur der genetischen Vielfalt und phänotypischen Variation von A. arenosa, was spätere Forschungen für landwirtschaftliche und/oder gentechnische Anwendungen unterstützen wird.

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Schlüsselwörter

Genomduplikation, Evolution, Polyploid, WILD ARABIDOPSIS, Arabidopsis arenosa
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