Genomische Signaturen ökologischer Artbildung und paralleler Evolution bei Eichen

Description: Ein zentraler Teil von Darwin’s Evolutionstheorie, die Artentstehung durch natürliche Selektion, ist heute weitgehend akzeptiert. Allerdings ist es unklar, wie die natürliche Selektion trotz Genfluss zwischen entstehenden Arten zur reproduktiven Isolation und damit zur Entstehung und Erhaltung der Artidentität führt. Das Projekt befasst sich mit dieser zentralen Frage der Evolutionsbiologie und geht dazu den wissenschaftlichen Hinweisen nach, dass divergierende Selektion die Artidentität unvollständig isolierter Arten erhalten und zur Evolution neuer Arten beitragen kann (ökologische Artbildung). Sympatrische kreuzungsfähige Eichenarten (Fagaceae, Quercus) sind Modellsysteme, um Prozesse der ökologischen Artbildung auf Genomebene zu untersuchen. Hybridisierung zwischen nahverwandten Eichenarten ist recht häufig in sympatrischen Beständen, sowohl bei europäischen Arten der Sektion Quercus als auch bei nordamerikanischen Arten der Sektion Lobatae; die Artgrenzen sind offensichtlich teilweise durchlässig. Dennoch hat der zwischenartliche Genfluss nicht zu einem Verlust der genetischen Abgrenzbarkeit und anpassungsrelevanter (adaptiver) Unterschiede geführt. Umweltbedingte Selektion scheint daher eine wichtige Rolle bei der Begrenzung des effektiven Genflusses zwischen Eichenarten zu haben. Untersuchungen an Kandidatengenen zeigten so auch einige Gene unter starker divergierender Selektion, die sowohl eine Rolle bei der reproduktiven Isolation als auch bei der Erhaltung adaptiver Artunterschiede spielen könnten. In dem vorliegenden Projekt untersuchen wir hybridisierende Geschwisterarten der Sektion Quercus (Quercus petraea, Quercus robur) und die hybridisierenden Arten der Sektion Lobatae, Quercus rubra, Quercus ellipsoidalis, die unterschiedliche Anpassungen an Trockenstress aufweisen. Das Projekt wird vollständige Genomsequenzen durch Resequenzierung liefern, um genomweite Muster paralleler Evolution durch divergierende Selektion aufzudecken und potentielle Gene für die reproduktive Isolation und adaptive Unterscheidung zwischen den Arten zu liefern. Der anhaltende zwischenartliche Genfluss gekoppelt mit divergierender Selektion in unserem Eichen-Modell-System erlaubt die Identifizierung von adaptiven Genen unter divergierender Selektion (Outlier-Gene) und von gekoppelten Genomregionen. Die Identifizierung dieser Outlier-Gene auf hochauflösenden Kopplungskarten in Quercus robur und Quercus rubra ermöglicht ferner die genomweite Kartierung dieser Gene in beiden Arten. Zu diesem Zweck werden die genetischen Karten von Q. robur und Q. rubra mit der Genomsequenz von Q. robur abgeglichen, um die Lage der Outlier-Gene und angrenzender genomischer Regionen zu ermitteln, die an der adaptiven Isolierung der Arten über taxonomische Grenzen hinweg beteiligt sind. Das Projekt bildet somit die Grundlage für die Entschlüsselung der Mechanismen der adaptiven Evolution innerhalb der Gattung Quercus.

SupportProgram

Tags: Traubeneiche ? Eiche ? Genom ? Kartierung ? Tracer ? EU-Recht ? Wasserstress ? Forstwirtschaft ? Forstwissenschaften ?

Region: Lower Saxony

Bounding boxes: 9.16667° .. 9.16667° x 52.83333° .. 52.83333°

License: Creative Commons Namensnennung-keine Bearbeitung-Nichtkommerziell 4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Georg-August-niversität Göttingen, Büsgen-Institut, Abteilung Forstgenetik und Forstpflanzenzüchtung (Projektverantwortung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)

Time ranges: 2019-01-01 - 2024-12-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Detecting genomic signatures of ecological speciation and parallel evolution in oaks
  Description: Even though Darwin’s central idea that natural selection drives speciation is widely accepted, the mechanisms by which it may lead to reproductive isolation and the origin and maintenance of species integrity in the face of ongoing gene flow are still largely unknown. This project addresses this central question in evolutionary biology to provide additional evidence that divergent selection towards different optima can maintain species integrity in the face of gene flow and could have resulted in the evolution of new species (ecological speciation). Sympatric, multispecies oak (Fagaceae: Quercus) communities are model systems to study processes of ecological speciation with gene flow at the genome level. Thus, hybridization is common among oaks, and species boundaries in European white oaks (Quercus section Quercus) and in the North American red oaks (Quercus section Lobatae) are notoriously weak. However, recurrent gene flow among these species has not led to a loss of genetic cohesiveness or adaptive distinctness, and there is evidence that ecologically-driven selection plays an important role in limiting effective interspecific gene flow. Screening of gene-based microsatellite markers and genome scans revealed genes under strong divergent selection with potential effect on both adaptive divergence and reproductive isolation between species. This project will focus on the two hybridizing sister species of the white oak group, Quercus robur and Quercus petraea, and of the red oak group, Q. ellipsoidalis and Q. rubra, that have distinct and varied adaptations to drought. The project will be generating genome-wide data data across multiple population pairs using Whole Genome Resequencing (1) to characterize genome-wide patterns of divergent selection and (2) to identify candidate genes for adaptive divergence and reproductive isolation between species the shaped lineage divergence across the oak tree of life. Studies identifying genes involved in speciation and maintenance of species integrity are rare, but ongoing gene flow in our Quercus model system, coupled with divergent selection, allows for the identification of genes under selection (outlier loci) and of linked genomic regions that resist the homogenizing force of interspecific gene flow. Integrating genome-wide outlier screens with high density genetic linkage maps that are currently constructed in Q. robur and in Q. rubra we will characterize the genome-wide distribution of outlier loci. For this purpose, both Q. robur and Q. rubra linkage maps will be anchored to scaffolds of the sequenced and annotated Q. robur genome to identify the genomic location of outlier genes and of physically linked candidate genes with putative role in reproductive isolation between species. The proposed project forms the foundation for the identification of genes involved in adaptive divergence and reproductive isolation in oaks and for understanding adaptive divergence across the oak tree of life. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140381

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/429696097 (Webseite)

Status

Aktiv

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