Projekt

Zurück zur Übersicht

Coupling genomics with experiments to study divergence-with-gene-flow in trees

Titel Englisch Coupling genomics with experiments to study divergence-with-gene-flow in trees
Gesuchsteller/in Lexer Christian
Nummer 149306
Förderungsinstrument Projektförderung (Abt. I-III)
Forschungseinrichtung Unité d'Ecologie et Evolution Département de Biologie Université de Fribourg
Hochschule Universität Freiburg - FR
Hauptdisziplin Botanik
Beginn/Ende 01.03.2014 - 30.06.2017
Bewilligter Betrag 610'539.00
Alle Daten anzeigen

Alle Disziplinen (3)

Disziplin
Botanik
Oekologie
Genetik

Keywords (8)

Speciation-with-gene-flow; Admixture; Porous genome; Populus; Hybridization; Species barriers; Reproductive isolation; Evolutionary genomics

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Einsatz von Genomik und experimenteller Ökologie zur Untersuchung von Artbildungsprozessen bei Waldbäumen
Lay summary

Aktuelle Fortschritte in der ökologischen und evolutionären Genomik eröffnen neue Ansätze zum Verständnis der Artbildung, d.h. zum Verständnis des Ursprungs und der Erhaltung der biologischen Vielfalt. Ein besonders aktiver Forschungsbereich auf diesem Gebiet dreht sich um die Artbildung angesichts von Genfluss. Neue genomische Methoden, insbesondere neue Ansätze in der DNA Sequenzierung, tragen massgeblich zur Entwicklung dieses Wissenschaftsbereiches bei. Aktuelle Fragestellungen in diesem Bereich sind nicht nur für die Artbildung an sich relevant, sondern auch zum besseren Verständnis der Vorgänge während des Zusammenbruches von Artbarrieren nach geographischem und genetischem Kontakt von bereits ausdifferenzierten Arten. Um diese aktuellen und wichtigen Themen anzusprechen, besteht dringender Bedarf für den kombinierten Einsatz von Genomik und experimenteller Ökologie.

Im vorliegenden Projekt planen wir den gemeinsamen Einsatz von Populationsgenomik, ökologischen und Kreuzungsexperimenten, um Artbildungsprozesse angesichts von Genfluss bei der Weisspappel (Populus alba) und der Zitterpappel (Populus tremula) zu erforschen. Dies sind zwei ökologisch wichtige, in Europa und Asien heimische Waldbaumarten mit unterschiedlichen Standortsansprüchen (Auwald im Fall der Weisspappel, Mittelgebirgswald im Fall der Zitterpappel).

Die Forschungsergebnisse werden auf bereits vorhandene Genomsequenzen für Pappeln kartiert werden. Davon versprechen wir uns eine Zusammenschau der genomischen Grundlagen und Architektur der Artbarriere in einem bisher nie erreichten Umfang. Alle Forschungsergebnisse werden publiziert werden und werden daher öffentlich zugänglich sein. Die Genomik der Artbildung ist eines der meistdiskutierten Themen der modernen Biologie. Durch den gemeinsamen Einsatz von Genomik und experimenteller Ökologie erwarten wir uns entscheidende Fortschritte in unserem Verständnis dieser zentralen Themen bei heimischen Baumarten.

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 16.04.2014

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Publikationen

Publikation
Adaptive evolution and segregating load contribute to the genomic landscape of divergence in two tree species connected by episodic gene flow
Christe C Stölting KN Paris M Fraisse C Bierne N & Lexer C (2017), Adaptive evolution and segregating load contribute to the genomic landscape of divergence in two tree species connected by episodic gene flow, in Molecular Ecology, 26, 59-76.
Advances in ecological genomics in forest trees and applications to genetic resources conservation and breeding
Holliday JA Aitken SN Cooke JEK Fady B González-Martínez SC Heuertz M Jaramillo-Correa J-P Le (2017), Advances in ecological genomics in forest trees and applications to genetic resources conservation and breeding, in Molecular Ecology, 26, 706-717.
Causes and consequences of large clonal assemblies in a poplar hybrid zone
David Macaya-Sanz Myriam Heuertz Dorothea Lindtke Giovanni G. Vendramin Christian Lexer Santiag (2016), Causes and consequences of large clonal assemblies in a poplar hybrid zone, in Molecular Ecology, 25, 5330-5344.
Genomic and functional approaches reveal a case of adaptive introgression from Populus balsamifera (balsam poplar) in P. trichocarpa (black cottonwood)
Suarez-Gonzalez A Hefer CA Christe C Corea O Lexer C Cronk QCB & Douglas CJ (2016), Genomic and functional approaches reveal a case of adaptive introgression from Populus balsamifera (balsam poplar) in P. trichocarpa (black cottonwood), in Molecular Ecology, 25, 2427-2442.
Selection against recombinant hybrids maintains reproductive isolation in hybridizing Populus species despite F1 fertility and recurrent gene flow
Christe C Stölting KN Bresadola L Fussi B Heinze B Wegmann D & Lexer C (2016), Selection against recombinant hybrids maintains reproductive isolation in hybridizing Populus species despite F1 fertility and recurrent gene flow, in Molecular Ecology, 25, 2482-2498.
Effects of hybridization and evolutionary constraints on secondary metabolites: the genetic architecture of phenylpropanoids in European Populus species
Caseys C Stritt C Glauser G Blanchard T & Lexer C (2015), Effects of hybridization and evolutionary constraints on secondary metabolites: the genetic architecture of phenylpropanoids in European Populus species, in PLoS ONE, 10, e0128200.
Genome-wide patterns of differentiation and spatially varying selection between postglacial recolonization lineages of Populus alba (Salicaceae), a widespread forest tree
Stölting KN Paris M Meier C Heinze B Castiglione S Bartha D & Lexer C (2015), Genome-wide patterns of differentiation and spatially varying selection between postglacial recolonization lineages of Populus alba (Salicaceae), a widespread forest tree, in New Phytologist, 207, 723-734.
Patterns of genetic diversity and differentiation in resistance gene clusters of two hybridizing European Populus species
Caseys C Stölting KN Barbará T González-Martínez SC & Lexer C (2015), Patterns of genetic diversity and differentiation in resistance gene clusters of two hybridizing European Populus species, in Tree Genetics and Genomes, 11, 81.
Unexpected ancestry of Populus seedlings from a hybrid zone implies a large role for postzygotic selection in the maintenance of species
Lindtke D Gompert Z Lexer C & Buerkle CA (2014), Unexpected ancestry of Populus seedlings from a hybrid zone implies a large role for postzygotic selection in the maintenance of species, in Molecular Ecology, 23, 4316-4330.
Introgression from Populus balsamifera underlies adaptation and range boundaries in P. trichocarpa
Adriana Suarez-Gonzalez Charles A. Hefer Christian Lexer Carl J. Douglas and Quentin C. B. Cronk, Introgression from Populus balsamifera underlies adaptation and range boundaries in P. trichocarpa, in New Phytologist.

Zusammenarbeit

Gruppe / Person Land
Formen der Zusammenarbeit
Buerkle lab/University of Wyoming Vereinigte Staaten von Amerika (Nordamerika)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Austausch von Mitarbeitern
Carl Douglas and Quentin Cronk groups, University of British Columbia (UBC) Kanada (Nordamerika)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Forschungsinfrastrukturen
- Austausch von Mitarbeitern
Celine Caseys, UBC Vancouver Kanada (Nordamerika)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Wegmann group, University of Fribourg Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Gonzalez-Martinez lab/INIA Madrid Spanien (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Industrie/Wirtschaft/weitere anwendungs-orientierte Zusammenarbeit
Jianquan Liu group, Lanzhou University China (Asien)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
Nicolas Bierne group, University of Montpellier / Institut des Sciences de l’Evolution Frankreich (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Austausch von Mitarbeitern
Berthold Heinze lab/Federal Office for Forests, Vienna Österreich (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Industrie/Wirtschaft/weitere anwendungs-orientierte Zusammenarbeit
Pär Ingarsson lab/Umea Plant Science Centre (UPSC) Schweden (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Austausch von Mitarbeitern
Mao-Jianfeng group, Beijing Forestry University China (Asien)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
Widmer lab, ETH Zurich Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Forschungsinfrastrukturen
- Austausch von Mitarbeitern
Castiglione lab, University of Salerno Italien (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Forschungsinfrastrukturen
- Austausch von Mitarbeitern

Wissenschaftliche Veranstaltungen

Aktiver Beitrag

Titel Art des Beitrags Titel des Artikels oder Beitrages Datum Ort Beteiligte Personen
Phylogenetics Symposium ´Evolution meets Ecology´ Vortrag im Rahmen einer Tagung Plant evolutionary genomics: speciation continuum and beyond 18.11.2016 Leipzig, Deutschland Christe Camille; Stoelting Kai Nikolas; Bresadola Luisa; Lexer Christian;
IUFRO ´Genomics and Forest Tree Genetics´conference and workshop Vortrag im Rahmen einer Tagung Genomic marker development for the study of the drivers of species diversification in neotropical palms (Geonoma spp.) 30.05.2016 Arcachon, Frankreich Bresadola Luisa; Stoelting Kai Nikolas; Lexer Christian; Christe Camille;
IUFRO ´Genomics and Forest Tree Genetics´conference and workshop Vortrag im Rahmen einer Tagung Genomic architecture of adaptation and species boundaries in a Eurasian Populus species complex 30.05.2016 Arcachon, Frankreich Lexer Christian; Bresadola Luisa; Stoelting Kai Nikolas; Christe Camille;
Annual conference of the Society for the Study of Molecular Biology and Evolution (SMBE) Vortrag im Rahmen einer Tagung Speciation genomics in plants: divergence continuum and beyond 12.07.2015 Vienna, Österreich Stoelting Kai Nikolas; Lexer Christian; Bresadola Luisa; Christe Camille;
Population and Conservation Genomics workshop, Plant and Animal Genome analysis (PAG) conference 2015, San Diego, California Vortrag im Rahmen einer Tagung Genomics of population divergence and species cohesion in an ecologically important species complex 10.01.2015 San Diego, Vereinigte Staaten von Amerika Stoelting Kai Nikolas; Lexer Christian;
Symposium on ‘Evolutionary Plant Radiations’ Vortrag im Rahmen einer Tagung Genomics of the speciation continuum: Towards understanding the drivers and limits of radiations 12.06.2014 Zurich, Schweiz Lexer Christian; Stoelting Kai Nikolas;


Selber organisiert

Titel Datum Ort

Veranstaltungen zum Wissenstransfer

Kommunikation mit der Öffentlichkeit

Kommunikation Titel Medien Ort Jahr
Weitere Aktivitäten New research group website at University of Vienna, Austria International 2017
Referate/Veranstaltungen/Ausstellungen Biodiversity day 2016 International 2016

Auszeichnungen

Titel Jahr
Berufung as Full Professor of ´Systematic and Evolutionary Botany´ at University of Vienna, Austria (UNIVIE). Appointment included 2 associated postdoctoral-level academic positions, 1 PhD student position, and 1 50% lab tech position. In addition, a start-up grant was provided by UNIVIE, which effectively extends the reach of the present SNF-funded research. The monetary value of the grant is provided, using the exchange rate of my starting date at UNIVIE. 2016

Verbundene Projekte

Nummer Titel Start Förderungsinstrument
134660 High density admixture mapping for assessing the impact of interspecific recombination in ecologically important species 01.12.2011 ProDoc
127059 Intraspecific consequences of a porous species boundary in European Populus 01.02.2010 Projektförderung (Abt. I-III)

Abstract

Rapid recent progress in ecological & evolutionary genomics is imparting fresh perspectives to the study of speciation, i.e. the origin and maintenance of biological diversity. A particularly active field of research at the current time is the study of ‘divergence with gene flow’ (DWGF), that is, divergence that involves episodes of sym- or parapatry and thus genetic contact during some stage of the process, before reproductive isolation is complete. A conceptual framework for DWGF has started to emerge, motivated by the increasing ease with which genomic data can now be collected in wild species using high throughput (HT) sequencing approaches. As a result, there are now testable predictions on the types of genetic architectures, genomic patterns of differentiation and linkage disequilibrium (LD), and the interplay of population genetic forces operating at each stage. These hypotheses are relevant to both speciation and the breakdown and potential resurgence of reproductive barriers upon secondary contact. To test these predictions, there is an urgent need to couple genomics with experiments.In this project I propose to combine population genomics with ecological and crossing experiments to address DWGF in Populus alba and P. tremula, two hybridizing, ecologically divergent (flood-plain vs. upland pioneer) members of the ‘model tree’ genus Populus, including recombinant hybrids formed between them (P. x canescens). Recent evolutionary genomics work in my lab indicates ongoing DWGF in this group, with great variation in genetic divergence and hybrid ancestry across the genome, and this sets the stage for the present project. The proposed work is structured into three clearly defined steps.First, we will use HT genotyping-by-sequencing approaches to study open pollinated progeny arrays of these species and hybrids planted in a reciprocal common garden trial. This will allow us to test key hypotheses regarding (a) the role of early- vs. late-acting barriers in the maintenance of species boundaries, (b) the fine-scale genomic architecture of species differences maintained in these ecologically divergent species in the face of gene flow, (c) the contribution of divergent selection and drift to the maintenance of RI. Second, we will study controlled crosses with the same HT genotyping methods to test the role of meiotic drive, cyto-nuclear incompatibilities, and other early post-mating barriers in maintaining species boundaries. Third, we will extend our recent population genomics work of these species from Europe to Asia to examine intraspecific variation for genomic isolation, which may arise due to variation in isolation genes or divergent selection associated with environmental differences at this greatly extended geographic scale.The results of all three objectives will be mapped onto available Populus genome assemblies to yield a picture and synthesis of the genomic architecture of isolation for these ‘model forest tree’ taxa with unprecedented breadth and depth, and the results will be published and available to the Populus and wider evolutionary genomics communities, natural resource managers and breeders. The evolutionary genomics of speciation and species boundaries represents one of the most hotly debated topics in biology. By coupling genomics with experiments, we will significantly advance our understanding of these important topics in native tree species representing keystone or foundation species in terrestrial habitats.
-