Pappel Diözie

Hintergrund und Zielsetzung

Diözie, also die Trennung weiblicher und männlicher Blüten auf verschiedene Individuen, ist hunderte wenn nicht tausende von Malen evolutionär unabhängig voneinander entstanden. Die zugrunde liegende Genetik ist allerdings nur ansatzweise entschlüsselt. Das bedeutendste theoretische Model zur Evolution von Diözie geht von zwei genetisch gekoppelten Mutationen aus, einer mit Einfluss auf die Entwicklung der männlichen Staubblätter, und einer mit Einfluss auf die Entwicklung der weiblichen Fruchtblätter (Charlesworth & Charlesworth, 1978). Eine interessante Alternativhypothese ist ein schalterartiger Ein-Gen-Mechanismus (Renner, 2016). Ein solcher Ein-Gen-Mechanismus ließ sich allerding bisher experimentell nicht eindeutig nachweisen.

In diesem Projekt möchten wir natürliche genetische Variation von Pappeln nutzen, um die genetischen Grundlagen und die Evolution eines sehr alten aber dennoch hoch dynamischen Systems der Geschlechtsdeterminierung aufzuklären. Wir möchten verstehen welchen Einfluss die Geschlechtschromosomen auf die genetische Rekombination (Crossing-over) haben, welche Gene bzw. Genvarianten auf den Geschlechtschromosomen ‚gefangen‘ sind und welche sekundären Effekte durch die Diözie möglicherweise verursacht werden. Außerdem möchten wir die Existenz eines möglichen Ein-Gen-Mechanismus in Pappeln experimentell überprüfen. Die Ergebnisse sind sowohl wissenschaftlich als auch praktisch von großem Interesse.

Vorgehensweise

Bei unserer Forschung werden wir genetische, genomische und biotechnologische Methoden kombinieren. Mit Hilfe klassischer Kreuzungen und deren Nachkommen möchten wir die Geschlechts-determinierenden Regionen von Weiß- und Zitterpappeln präzise lokalisieren. Außerdem möchten wir Rekombinationshäufigkeiten entlang dieser Regionen bestimmen. Genom-Sequenzen verschiedener Pappelindividuen ermöglichen anschließend einen detaillierten Blick in die Gene und Sequenzmotive der Geschlechtschromosomen. Dazu greifen wir auf bereits vorhandene, öffentlich zugängliche Genom-Sequenzen zurück, generieren aber auch selbst Genominformationen. Hierfür verwenden wir unter anderem neueste Sequenziertechnologien (z.B. MinION). Schließlich machen wir uns biotechnologische Methoden, wie die gezielte Geneditierung mittels CRISPR/Cas9, zunutze, um unsere Hypothesen experimentell zu überprüfen. Die Pappel bietet dank ihrer genetischen, genomischen und biotechnologischen Ressourcen einzigartige Möglichkeiten, und stellt damit den idealen Modellorganismus für dieses Forschungsprojekt dar.