Projekt

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An integrated approach to plant adaptation

Titel Englisch An integrated approach to plant adaptation
Gesuchsteller/in Schiestl Florian P.
Nummer 172988
Förderungsinstrument Projektförderung (Abt. I-III)
Forschungseinrichtung Institut für Systematische Botanik und Botanischer Garten Universität Zürich
Hochschule Universität Zürich - ZH
Hauptdisziplin Botanik
Beginn/Ende 01.01.2018 - 31.12.2021
Bewilligter Betrag 700'000.00
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Alle Disziplinen (3)

Disziplin
Botanik
Oekologie
Molekularbiologie

Keywords (6)

pollination; diversification; pollinator mosaic; adaptive evolution; selection; habitat adaptation

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Anpassung der Pfalnzen an biotische- und abiotische Habitatfaktoren
Lay summary

Anpassung ist ein zentraler Mechanismus in der Evolution der Pflanzen, der einerseits zur Optimierung von Wachstum und Reproduktion entsprechend lokalen Bedingungen führt (lokale Anpassung), andererseits die Eigenschaften von Pflanzenarten bestimmt und somit Biodiversität hervorbringt. Anpassung wird generell von abiotischen (Boden, Klima) und biotischen (Bestäuber, Herbivoren) Faktoren bestimmt. Die meisten Untersuchungen über Anpassung konzentrieren sich allerdings auf abiotische Faktoren, und viele Modellsysteme basieren auf Pflanzen, die nicht auf Bestäuber angewiesen sind. Studien zur Anpassung der Pflanzen an Bestäuber hingegen ignorieren häufig abiotische Faktoren wie Boden und Klima. In meinem Gesuch plane ich, biotische und abiotische Faktoren der Anpassung gemeinsam zu untersuchten. Als Modellsystem werde ich Verwandte des Gemüsekohls (Brassica oleracea, B. incana) verwenden. Im ersten Teil der Forschung wird lokale Anpassung an einer wilden Brassica Art, B. incana untersucht werden. Dazu werden zahlreiche Populationen dieser Pflanzenart in Süditalien auf ihre spezifischen Merkmale, Genotyp, sowie Eigenschaften ihres Habitats, wie Bodentyp, Klima, Bestäuber und Herbivoren hin charakterisiert. In einer Analyse sollen dann Gene gefunden werden, die bestimmten Anpassungsmustern zugrunde liegen. Mittels reziproken Verpflanzungsexperimenten unter Verwendung spezifischer Genotypen soll dann der Anpassungswert solcher Gene im Feld überprüft werden. Dabei wird ausschliesslich auf natürliche genetische Variation zurückgegriffen und keine transgenen Individuen verwendet. In einem zweiten Ansatz wird über mehrere Generationen experimentelle Evolution angewandt werden, um den Prozess der Anpassung an biotische und abiotische Faktoren zu studieren. In diesem Experiment werden B. oleracea Pflanzen mit besonders kurzer Generationszeit („fast cycling plants“) über mehrere Generationen unterschiedlichen Bodenbedingungen und Bestäubern ausgesetzt. Diese Parameter werden so gut wie möglich den natürlichen Bedingungen im Feld nachempfunden. Über natürliche Selektion werden in diesem Experiment verschiedene Genotypen ausgelesen, und die Populationen verändern sich (evoluieren). Die genetischen und phänotypischen Veränderungen werden dann am Ende des Experiments analysiert, und mit den gefundenen Mustern im Freiland (erster Teil des Projekts) verglichen. Die geplanten Experimente sollen Aufschluss über die relative Wichtigkeit und Interaktionen zwischen biotischen und abiotischen Faktoren in der Anpassung geben, und haben das Potential völlig neue Einsichten in diesen wichtigen Prozess der Pflanzenevolution zu geben.


Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 20.11.2017

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Name Institut

Projektpartner

Abstract

Biotic and abiotic factors are both major drivers of plant adaptive diversification, however, their combined impact on the adaptive process is little understood. Most studies on habitat (abiotic) adaptation use model species with obligatory selfing that do not rely on pollinators for fruit set, and studies targeting adaptation to pollinators or herbivores often do not control for soil or climate parameters. In the here proposed research, adaptation to abiotic and biotic factors will be investigated in a combined way, using studies in natural population as well as experimental evolution. As a model species, the outcrossing Brassica rapa with a generalized pollination system will be used. In natural populations, adaptation will be investigated with reciprocal transplant experiments; different fitness parameters such as growth (biomass), pollination success, and herbivory will be included. Biotic and abiotic environmental factors will be recorded. In addition, the molecular bases of adaptation will be studied using genome scans for loci under selection and association studies between environmental factors and plant genotypes. In a second approach, the process of adaptation will be studied using experimental evolution, by mimicking biotic and abiotic environmental heterogeneity found in natural populations. Experimental evolution will be used to document additive/non-additive phenotypic selection and adaptive evolution in response to different pollinators and soil types. Parallel molecular evolution will be investigated by comparing evolutionary changes in allele frequencies and gene expression in independent replicates within treatment groups, as well as between experimental and field populations. The planned research has the potential to lead to groundbreaking insights into process and pattern of plant adaptation, a phenomenon important in the context of global change as well as crop breeding.
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