Projektbeschreibung
Je mehr Kopien des Gesamtgenoms, desto besser?
Menschliche Zellen vermehren und teilen sich ununterbrochen. Körperzellen (keine Geschlechtszellen) durchlaufen die Zellkernteilung. Die Chromosomen werden verdoppelt, die Zelle teilt sich und jede Tochterzelle erhält eine Kopie des Genoms. So bleibt die Anzahl der Chromosomen erhalten (Diploidzahl). Polyploidie, auch als Duplikation des Gesamtgenoms bezeichnet, kommt bei Zellteilung normalerweise nicht vor. Bei Eukaryoten ist sie hingegen weit verbreitet und gilt als wichtige Triebkraft der Evolution und Diversifizierung der Arten. Doch noch fehlt eine klare Verbindung zwischen der Duplikation des Gesamtgenoms und der erhöhten Komplexität von Organismen. Auch ist unklar, ob die Duplikation des Gesamtgenoms insgesamt eher günstig oder schädlich wirkt. Das EU-finanzierte Projekt DOUBLE ADAPT untersucht, ob die Duplikation des Gesamtgenoms bei einer Auswahl natürlich polyploider Pflanzenarten die Anpassungsfähigkeit fördert. Durch Genomuntersuchungen an natürlichen und manipulierten Populationen könnten sich die Mechanismen klären lassen, die angesichts des Klimawandels das Überleben sichern können.
Ziel
Whole genome duplication (WGD, polyploidization) is arguably the most massive genome-wide mutation whose ubiquity across eukaryotes suggests an adaptive benefit, though no mechanism has been identified. Consequently, a large controversy dominates the field whether WGD represents net benefit or detriment to evolutionary success.
I will test if WGD promotes adaptation in natural populations and address the underlying mechanism by estimating net fitness benefit of WGD vs. the role of post-WGD accumulation of adaptive variation. This question has not been satisfactorily addressed before because experimental studies of WGD were disconnected from field surveys and population genomics avoided complex polyploid genomes. Only recently, we have shown a proof-of-concept that WGD can increase the capacity of populations to accumulate adaptive variation in wild Arabidopsis. Yet the underlying mechanism still remains unknown.
I will address the adaptive consequences of WGD over a hierarchy of levels: genome, phenotype, population and species. In six naturally ploidy-variable plant species I plan to test if
(i) natural polyploid populations accumulate larger adaptive variation than diploids
(ii) WGD per se or post-WGD evolution brings important adaptive novelties
(iii) rates of positive selection increase after WGD
To achieve these goals, I will combine ecological genomics of natural populations with evolve-and-resequence experiments. To move beyond single-species correlative studies, I will manipulate the mutation itself via synthesis of neo-polyploid individuals and populations in six species. Then I will compare adaptation signals in genomes and phenotypes of synthetic polyploids and their natural diploid and tetraploid relatives.
This project will determine the adaptive value of WGD, an important force in evolution and crop domestication, with the ambition to improve our understanding of the role of large genomic mutations in natural selection and adaptation.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-STG - Starting GrantGastgebende Einrichtung
116 36 Praha 1
Tschechien