Evolution von Monözie und Diözie

Hintergrund und Zielsetzung

Während unser Verständnis über die genetischen Grundlagen von Diözie in verschiedenen Pflanzenarten und Gattungen schnell zunimmt, gibt es noch immer beträchtliche Wissenslücken bezüglich der molekularen Evolution von geschlechtsbestimmenden Genen über längere evolutionäre Zeiträume und bei Übergängen zwischen verschiedenen Fortpflanzungssystemen. Sind die geschlechtsbestimmenden Gene über entfernte Gattungen hinweg konserviert? Können die gleichen genetischen Netzwerke das Geschlecht in Pflanzen mit verschiedenen Fortpflanzungssystemen, wie Monözie und Diözie, kontrollieren? Durch die Untersuchung der molekularen Genetik der Geschlechtsbestimmung verwandter diözischer und monözischer Gattungen können wir diesen Fragen nachgehen.

Vorgehensweise

Im Projekt möchten wir wichtige Fragen bezüglich der molekularen Evolution der Geschlechtsausprägung adressieren, indem wir die Weidengewächse (Salicaceae) als Modellsystem verwenden. Dieses Modellsystem beinhaltet die gut untersuchten diözischen Gattungen Populus und Salix, in denen wiederholt das ARR17 Gen als Masterregulator der Geschlechtsbestimmung identifiziert wurde. Erstens möchten wir die genetischen und molekularen Grundlagen von Monözie in Poliothyrsis sinensis herausarbeiten, dem nächsten monözischen Verwandten der Pappeln und Weiden. Dafür werden wir ein zeitlich aufgelöstes RNA-Seq Experiment mit weiblichen und männlichen Teilen der sich entwickelnden Infloreszenz durchführen. Zweitens möchten wir die Genetik der Geschlechtsbestimmung in der verwandten diözischen Gattung Idesia aufklären. Dazu werden wir weibliche und männliche Individuen von Idesia polycarpa sequenzieren, um die geschlechtsbestimmende Region zu identifizieren und mögliche zugrundeliegende Gene zu charakterisieren. Drittens schlagen wir vor, die Funktion des ARR17 Gens verschiedener Weidengewächse in Silberpappeln (Populus alba) zu testen. Dafür werden wir unsere frühblühenden männlichen Weißpappeln, welche keinerlei ARR17 Sequenzen besitzen, mit zunehmend divergenten Kopien des ARR17 Gens transformieren. Schließlich möchten wir die künstliche Erzeugung von Monözie durch cis-regulatorische Manipulation und Generierung eines Expressionsgradienten von ARR17 testen. Zusammenfassend soll das hier vorgeschlagene Projekt die Familie der Weidengewächse als Modelsystem nutzen, um Einblicke in die Evolution geschlechtsbestimmender Gene und von Übergängen zwischen Monözie und Diözie zu erhalten. Die erwarteten Ergebnisse sollen zum allgemeinen Verständnis der molekularen Evolution pflanzlicher Fortpflanzungssysteme beitragen.