P2010-02: Genomische Umstrukturierung als Folge von Polyploidisierung im ostalpinen Autopolyploidkomplex Senecio carniolicus (Asteraceae)
Projektleiter:
Polyploidie spielt eine wichtige Rolle in der Evolution von Pflanzen und deren Diversifikation und Speziation. Ein mittelbarer Effekt von Polyploidisierung ist, dass sie oft den Auslöser sowohl für genomische Umstruktierungen als auch für genische, genetische oder epigenetische Änderungen darstellt, die zur Diploidisierung und damit Stabilisierung des polyploiden Genoms beitragen. Derartige Änderungen wurden bislang fast ausschließlich in Allopolyploiden (Polyploide, die nach der Hybridisierung zweier Arten entstanden sind) untersucht und sehr wenig dazu ist von Autopolyploiden (Polyploide, die nach der Multiplikation des Chromosomensatzes innerhalb einer Art entstehen) bekannt.
Jüngste technologische Fortschritte in Sequenziertechnologien (next-generation sequencing) erlauben es nun zum erstenmal, repetitive DNS als Hauptaktuer solcher genomischer Änderungen auch außerhalb von Modellorganismen zu untersuchen. Der Polyploidkomplex um das Krainer Kreuzkraut (Senecio carniolicus, Asteraceae), ein häufiges Element alpiner bis subnivaler Vegetation über bodensauren Substraten der Ostalpen, umfasst drei Hauptzytotypen (diploid, tetraploid, hexaploid) mit einem komplexen Verbreitungsmuster und häufigem gemeinsamem Auftreten von di- und hexaploidem Zytotyp.
Unter Verwendung moderner Sequenziertechniken und molekular-zytogenetischer Methoden (Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung [FISH]) wird dieses Projekt die Dynamik ausgewählter Familien repetitiver DNS und deren Beitrag zur Diploidisierung in Polyploiden untersuchen. Auftreten und Richtung solcher Änderungen werden in einem existierenden phylogenetischen Rahmen interpretiert werden, und ihre mögliche Rolle als Mechanismus reproduktiver Isolation zwischen Zytotypen wird erörtert werden.
Projektstatus 02/2011
Das 2010 gestartete Projekt zielt auf die vergleichende Charakterisierung der Genomevolution im Autopolyploidkomplex von Senecio carniolicus ab. Genomische DNS von mehreren Zytotypen (2x, 4x, 6x) wurde extrahiert, und ein Individuum eines der beiden diploiden Zytotypen wurde für 454 next generation sequencing (NGS) ausgewählt. Diese Sequenzierung wurde durchgeführt und die resultierenden Sequenzen (c. 500000) werden derzeit analysiert. Zahlreiche Gruppen repetitiver Sequenztypen wurden gefunden und werden derzeit mit Hlfe experimenteller Ansätze analysiert. Kurz zusammengefasst, umfasst dies das Entwickeln von geeigneten Primer-Sequenzen, Amplifikation von repetitiven Regionen mit Hilfe dieser Primer, Klonierung und Sequenzierung etlicher Klone. Darüber hinaus werden die Sequenzgruppen mit Hilef bioinformatischer Methoden im Detail charakterisiert.
Die oben beschriebenen Analysen ausgewählter Typen repetitiver DNS werden fortgesetzt. Diese werden dann zur chromosomalen Charakterisierung mittels molekular-zytogenetischer Methoden verwendet werden. Die vergleichende Analyse der Lokalisierung verschiedenster Typen repetitiver DNS in unterschiedlichen Zytotpyen aus unterschiedlichen Populationen wird einen Einblick in die Genomevolution im Zusammenhang mit Polyploidiesierung und der Evolution reproduktiver Isolation erlauben.Parallel dazu werden die gleichen Sequenztypen in einer wesentlich größeren Anzahl von Populationen via Southern Blotting quantifiziert werden.
Projektstatus 02/2012
Das 2010 gestartete Projekt zielt auf die vergleichende Charakterisierung der Genomevolution im Autopolyploidkomplex von Senecio carniolicus ab. Genomische DNS von mehreren Zytotypen (2x, 4x, 6x) wurde extrahiert, und ein Individuum eines der beiden diploiden Zytotypen wurde für 454 next generation sequencing (NGS) ausgewählt. Diese Sequenzierung wurde durchgeführt und die resultierenden Sequenzen (c. 500000) werden derzeit analysiert. Zahlreiche Gruppen repetitiver Sequenztypen wurden gefunden. Für vier der prominentesten Cluster wurden Primer entwickelt, und das Amplifiezierungsprotokoll wurde optimiert. Zwei der Cluster (104 und 105) beinhalten kurze Motive (unter 100 Bp), während die anderen beiden (88 und 52) Motive von mehr als 800 Bp umfassen. Erste Sequenzdaten zu diesen Clustern zeigen eine gewisse Heterogenität innerhalb der Cluster und zwischen Zytotypen.
Klone zu Clustern 104 und 105 wurden für das Markieren mit Fluoreszenzfarbstoffen vorbereitet. Das notwendige Pflanzenmaterial (Wurzelspitzen) wurde fixiert und steht für genauere zytogenetische Untersuchungen zur Verfügung. Das FISH (Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung)-Protokoll wurde für Senecio carniolicus optimiert und wird jetzt in vergleichender Weise auf unterschiedliche Zytotypen angewandt werden. Etliche Familien von Retrotransposons werden durch Amplifikation und zytogenetische Untersuchungen bezüglich ihrer Verteilung in den verschiedenen Zytotypen untersucht werden.
