Projektbeschreibung
Den evolutionären Code der meiotischen Stabilität entschlüsseln
Organismen sind auf konservierte zelluläre Prozesse angewiesen, die für ihr Überleben und ihre Fortpflanzung unerlässlich sind, doch Umwelt- und Zellstress können diese Funktionen stören. Das Anliegen des ERC-finanzierten Projekts EVO-MEIO ist, sich mit der Evolution der meiotischen Stabilität zu befassen, die ein entscheidender Prozess für die Fruchtbarkeit bei sexuellen Eukaryoten ist. Die Meiose dient als Modell für das Verständnis der Evolution komplexer Multi-Protein-Prozesse. Während die Kernstrukturen und -funktionen der Meiose konserviert sind, weisen die beteiligten Proteine häufig Sequenzabweichungen und selektive Ausschläge auf. Projektintern steht die autopolyploide Sandschaumkresse Arabidopsis arenosa im Mittelpunkt, um zu untersuchen, wie sich die Selektion auf acht strukturelle Meioseproteine ausgewirkt hat. Es wird angenommen, dass sich diese Proteine als „adaptives Modul“ mitentwickelt haben, wodurch die Bildung von Multivalenten und die genomweiten Crossover-Raten reduziert werden. Durch die Entschlüsselung der Evolution der meiotischen Stabilität wird die Studie Erkenntnisse für bessere Kulturpflanzen bieten und die Anpassungsfähigkeit komplizierter zellulärer Prozesse angesichts von Herausforderungen beleuchten.
Ziel
Organisms rely on conserved cellular “house-keeping” processes for survival and fertility, but many of these can be upset by common environmental or cellular stresses. What happens if such a challenge becomes more than transient? Meiosis is a well-suited model for understanding how a constrained multiprotein process can evolve; it is biochemically well characterized, critical for fertility in sexual eukaryotes, and its core structures and functions are conserved across kingdoms. Yet proteins that orchestrate meiosis often have high primary sequence divergence among taxa and in some cases have undergone selective sweeps. We hypothesize this pattern reflects a need to repeatedly retune meiotic structures to new conditions over evolutionary time. Environment and genome architecture can both affect meiosis, but a common and particularly potent challenge is whole genome duplication (WGD), which has occurred in most major eukaryotic lineages. But WGD doubles the number of copies of each homolog present, and this can lead to formation of multivalent chromosome associations in meiosis, which can cause meiotic instability and low fertility. Nevertheless, many fertile and meiotically stable polyploids exist, showing that evolution can overcome this challenge. Here we will study how meiotic stability evolved in autopolyploid Arabidopsis arenosa. We previously showed selection acted on eight structural meiosis proteins and hypothesize these co-evolved as an “adaptive module” to prevent multivalent formation by reducing genome-wide crossover rates. This multidisciplinary research programme melds cytological, molecular, genetic, and genomic approaches to discover how meiosis functionally evolved before and after WGD. This work will provide novel insights into how a functionally constrained multiprotein process can evolve in response to challenges, and by providing understanding of crossover rate evolution and polyploid stabilization, is also relevant to rational crop improvement.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht.
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