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SPP1819 Rapid Evolutionary Adaptation

Schnelle Evolution pflanzlicher Toleranz gegenüber anthropogener Umweltverschmutzung mit Kupfer

Böden, die durch die Erzgewinnung und industrielle Aktivitäten hochgradig mit Schwermetallen belastet sind, vergiften lebende Organismen und bergen erhebliche Risiken für Ökosysteme und die menschliche Gesundheit. Bemerkenswerterweise sind solche Böden auch ein klassischer Ort für die schnelle Evolution von Schwermetalltoleranz in Pflanzen in der Folge historischer Menschen-gemachter Umweltverschmutzungsereignisse – eine Tatsache, die Wissenschaftler seit Jahrzehnten veblüfft. Hier identifizieren wir die evolutionären Prozesse, die Beispielen schneller Evolution in Pflanzen zugrunde liegen.

Modellhaft wird in diesem Projekt die Kupfertoleranz in Arabidopsis halleri untersucht, einer Art, die zu den engsten Verwandten der genetischen Modellpflanze Arabidopsis thaliana gehört. In einem mikro-evolutionären Ansatz vergleichen wir Kupfer-tolerante Populationen von A. halleri von hoch Kupfer-belasteten Böden mit sensitiven Populationen, die von Böden mit weitaus niedrigeren Kupferkonzentrationen stammen. Unterschiede auf Merkmalsebene werden detailliert untersucht und in Beziehung gesetzt zu Genom-weiten Profilen genetischer Variation, die im Rasterverfahren auf Anzeichen von Selektion abgesucht wurden. Basierend hierauf, und in Kombination mit Homologie-basierten Annotationen und Genom-weiten Genexpressionsuntersuchungen, werden Regionen, genetische Loci und Varianten identifiziert, die als Kandidaten für einen funktionellen Beitrag zur Kupfertoleranz gelten können. Die auftretenden Signaturen der Selektion werden in diesen Regionen im Detail analysiert, einzeln und in Kombination, und es werden Rückschlüsse gezogen auf die Art und den Zeitpunkt von Mutationsereignissen, auf die selektiert wurde. Hierdurch sollen allgemeine Erkenntnisse darüber gewonnen werden, wie schnelle evolutionäre Anpassung in Pflanzen ablaufen kann.

Dieses Projekt trägt bei zur Entwicklung eines theoretischen Rahmens für evolutionäre Prozesse, die bislang nur unzureichend verstanden oder erklärt sind. Darüberhinaus können auf diesen Arbeiten in Zukunft Strategien aufbauen für das nachhaltige Management und den Erhalt von Biodiversität in Perioden schneller Umweltveränderungen.
 


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