Project

Discipline

natural selection; adaptation; hybridization; standing genetic variation; genomics

Lead
Pflanzen passen sich auf vielfältige Weise an ihren Lebensraum an. Anhand von Alpenpflanzen lassen sich solche Anpassungsprozesse besonders gut untersuchen, da sich die Umweltbedingungen in den Alpen oft über geringe Distanzen dramatisch verändern. Dieses Projekt untersucht die genetische Grundlage der Höhenanpassung bei einheimischen Nelkenarten (Dianthus spp.) mittels einer Kombination aus Genomanalysen und ökologischen Experimenten.
Lay summary
Unser Verständnis der genetischen Grundlagen der Anpassung von Pflanzen an ihre belebte und unbelebte Umwelt ist heute noch sehr lückenhaft und weitgehend beschränkt auf relativ wenige Gene, die insbesondere in Modellorganismen im Detail untersucht worden sind. Bei der überwiegenden Mehrzahl einheimischer Pflanzen wissen wir jedoch nicht, ob Anpassung durch einige wenige Gene oder durch eine Vielzahl von Genen beeinflusst ist. Sobald wir diese Gene kennen, können wir untersuchen, ob die genetischen Variation, die mit Anpassungsunterschieden assoziiert ist, erst kürzlich entstand oder seit Jahrtausenden im Genpool dieser Arten vorhanden ist. Ebenso können wir anhand von ökologischen Experimenten testen, wie stark Pflanzen, die zum Beispiel in eine wärmere Umwelt verpflanzt werden - indem sie aus einer Hochlage in eine tiefere Lage versetzt werden - unter diesen veränderten Umweltbedingungen leiden und wir können herausfinden, welche genetischen Unterschiede es Pflanzen aus wärmeren Lagen erlauben, unter diesen Bedingungen zu überleben. Dieses Projekt befasst sich mit Grundlagenforschung. Es hat das Ziel, zu einem besseren Verständis der Anpassung von Pflanzen an ihre Umwelt beizutragen. Das Studium von Modellorganismen wie z.B. Arabidopsis thaliana ist dazu sehr wichtig, jedoch nicht ausreichend. Eine bessere Kenntnis der genetischen Grundlage der Anpassung ist unabdingbar für eine Abschätzung, ob und wie rasch sich Pflanzen an eine sich verändernde Umwelt anpassen können.

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Last update: 28.05.2015

Active participation

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Developing a better understanding of plant adaptation to the environment is an important goal in modern plant sciences because adaptation is essential for the continued existence of viable plant populations and communities and for future crop production. Studying plant adaptation requires a multidisciplinary approach that focuses not only on the genes or genetic variants underlying adaptation, but also investigates the ecological effects and molecular functions of adaptive variation, and its evolutionary origins. The goal of this project is to contribute to the understanding of adaptation by continuing ongoing studies on altitudinal adaptation and ecological divergence in natural populations of wild carnation (Dianthus) using a combination of approaches from population genomics, evolutionary ecology and molecular plant biology. A major resource for this project is the assembly of draft genomes for D. sylvestris and D. carthusianorum, which facilitates the identification of highly differentiated genes and genomic regions associated with altitudinal adaptation and ecotype formation in both species. Interestingly, adaptive divergence between altitudinal ecotypes in both species is largely located in different genomic regions, indicating limited parallel adaptation to altitude in these species. In this project we plan to dissect and validate the genomic basis of altitudinal adaptation and divergence in Dianthus, and to explore the contribution of ancient polymorphisms versus novel mutations to adaptive genetic variation in Dianthus. The specific aims and objectives of this project are 1) to further characterize genomic divergence between altitudinal ecotypes in D. sylvestris and D. carthusianorum, 2) to experimentally validate the fitness effects and molecular functions of candidate genes and genomic regions, 3) to identify genes associated with phenotypic divergence between ecotypes using a genome-wide association approach, and 4) to quantify the genomic distribution and age of ancient polymorphisms versus novel mutations.Results from this project will hopefully reveal causal genes for altitudinal adaptation in Dianthus, unravel the genomic context of these genes - for example, whether they are located in inversions or other regions with reduced recombination rates, and whether they are arranged in tight linkage with other 'adaptation' genes - reveal the origins of shared ancestral polymorphisms in adaptive alleles and shed light on the long-standing question whether adaptation evolves from novel mutations or standing genetic variation.