Epigenetische Diversität von Gründlandpflanzen in den Biodiversitäts-Exploratorien

 

Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

Prof. Dr. Oliver Bossdorf

Bence Gáspár

(Uni Tübingen)

Dr. Walter Durka

(Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ, Halle)

 

Hintergrund

Biologische Vielfalt innerhalb von Arten ist ein wichtiger Bestandteil der Biodiversität. Sie ist Voraussetzung für Evolution und Anpassung, und sie ist wichtig zur Aufrechterhaltung von Populations- und Ökosystemprozessen wie Produktivität, Stabilität oder Invasionsresistenz. Bisher wurde angenommen, dass innerartliche Vielfalt in ökologischen Merkmalen ausschließlich die genetische (= DNA-Sequenz) Diversität widerspiegelt. Neuere Ergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass selbst bei fehlender genetischer Diversität eine innerartliche Vielfalt in ökologisch wichtigen Merkmalen durch epigenetische Veränderung erzeugt werden kann. Epigenetische Veränderungen des Genoms, wie z.B. DNA-Methylierung oder verschiedene Histon-Modifikationen, die die Genexpression und damit den Phänotyp von Organismen beeinflussen, können zwischen Individuen oder Populationen der gleichen Art verschieden sein, und diese Unterschiede können weiter vererbt werden.

Eine der wichtigsten Erkenntnisse der abgeschlossenen Exploratorien-Projekte QuantGen, GenLink und GenLand ist, dass einige häufige Grünland-Pflanzenarten in Bezug auf die Landnutzung stark phänotypisch differenziert sind, obwohl sie gleichzeitig auf der Ebene der DNA-Sequenz nur sehr wenig differenziert sind. Es ist eine spannende Frage, ob diese Arten stattdessen auf epigenetischer Ebene differenziert sind, und ob die epigenetischen Unterschiede mit Unterschieden im Phänotyp und im Habitat verbunden sind.

 

Ziele

In unserem Teilprojekt EpiDiv untersuchen wir das Ausmaß und die ökologische Bedeutung von epigenetischer Vielfalt bei Grünland-Pflanzen. Unser Projekt hat folgende Ziele:
1.    die epigenetische Vielfalt innerhalb und zwischen den Populationen mehrerer häufiger Grünlandpflanzen zu quantifizieren
2.    die Auswirkungen von Landnutzung auf die epigenetische Vielfalt zu untersuchen
3.    die Beziehungen zwischen genetischer, epigenetischer und phänotypischer Vielfalt von Pflanzen zu testen
4.    eine Expertise in molekularen Methoden für ökologisch-epigenetische Studien aufzubauen

 

Methoden

Wir werden die folgenden drei(-fünf) Grünlandpflanzenarten untersuchen: Bromus hordeaceus, Cerastium holosteoides, Trifolium repens, (Medicago lupulina und Veronica chamaedrys). Von jeder Art untersuchen wir in jedem Exploratorium 12 Populationen, also insgesamt 36 Populationen. In jeder dieser Populationen haben wir im Feld Blattproben gesammelt, und wir verwenden MSAP, eine Variante der AFLP Marker Methode, bei der methylierungs¬sensitive Enzyme verwendet werden, um die natürliche epigenetische Vielfalt – Polymorphismus in der DNA-Methylierung an verschiedenen Stellen im Genom – zu analysieren. Zusätzlich werden aus im Feld gesammelten Samen Nachkommen der Arten im Versuchsgarten kultivieren und deren epigenetische Vielfalt ebenfalls mit MSAP analysieren, um den erblichen Anteil der im Feld beobachteten epigenetischen Vielfalt zu bestimmen. Zum Schluss werden wir noch einen Teil der Proben durch next generation sequencing von Bisulfit-konvertierter DNA untersuchen, um diese neuen, hochauflösende Methode auszutesten, bei der DNA-Methylierungs-Polymorphismen auf der Ebene einzelner Nukleotide (single methylation polymorphisms, SMPs) bestimmt werden können.

 

Vergangene Projektbeteiligung von Prof. Dr. Oliver Bossdorf: QuantGen, Synthesis

Vergangene Projektbeteiligung von Dr. Walter Durka: GenLink, GENLAND

Nach oben