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START-Preisträger 2013
OVIDIU PAUN
EVOLUTION DURCH WIEDERHOLENDE ALLOPOLYPLOIDISIERUNG
Plötzliche Veränderungen in der Umwelt, beispielsweise im Zuge des Klimawandels, aber auch
interne Faktoren, wie Hybridisierung oder eine Verdoppelung des gesamten Chromosomensatzes,
verursachen häufig rasche Anpassungen von Lebewesen an die veränderten Bedingungen. Die
Mechanismen die zu raschen Anpassungen führen, können derzeit nicht vollständig nachvollzogen
werden. Dieses Projekt erforscht die molekularen Mechanismen, die den Arten einer bedrohten
Orchideengattung erlauben, sich an verschiedene Habitate anzupassen.
Es wird die Hypothese getest , dass Variation in epigenetischer Information, welche sich in den
letzten Jahren neben der reinen DNA-Sequenz selbst als (bedingt) erblicher Faktor herausgestellt
haben, den Organismen ermöglicht, sich relativ rasch an andere Umweltbedingungen anzupassen.
Unsere Forschung hat tiefgreifende Auswirkungen auf das Verständnis der Dynamik von
Anpassungs- und Differenzierungsmechanismen, die in natürlichen Populationen wirken und
Schlüsselprozesse in der Entstehung und Erhaltung von Biodiversität sind.
Die vorliegende Studie konzentriert sich auf mehrere europäische Fingerwurz-Arten (Dactylorhiza),
die natürliche Hybriden aus demselben Paar von Elternarten darstellen, aber alle doppelt so viele
Chromosomen wie die Elternarten haben. Dadurch enthalten ihre Genome redundante Kopien aller
Genen, die in besonderen Entwicklungsphasen oder unter bestimmten Umweltbedingungen in
verschiedenen Kombinationen exprimiert werden können. Trotz ihres gemeinsamen Ursprungs, die
untersuchten Arten unterscheiden sich morphologisch und ökologisch.
Unter Verwendung der neuesten Entwicklungen im Bereich von Hochleistungs-DNA-
Sequenzierungstechniken (d.h. Next Generation Sequencing), welche die vergleichende
Untersuchung von Millionen Basenpaaren erlauben, zusammen mit Feldexperimenten, können wir
die Hypothese testen, dass die molekulare Grundlage unterschiedlicher Anpassungen nicht in
genetischer Variation besteht.
Unsere Forschung wird eine der umfangreichsten Studie, natürlicher Variation innerhalb einer
wilden Pflanzengruppe liefern und zu einem tieferen Einblick in die Auswirkungen von
Genomverdoppelung auf die Evolution von Stoffwechselvorgängen verhelfen, welche für die
Anpassung an ökologische Gegebenheiten und letztlich für die Artbildung von Bedeutung sind. Es
wird zeigen, wie genetische Muster entstehen können und Polymorphismen in der Gen-Expression
zustande kommen, während Arten sich in der Landschaft ausbreiten. Schlussendlich könnte das
vorgeschlagene Projekt zu einem gesteigerten Verständnis und daher einer besseren
Vorhersagbarkeit des Spektrums molekulare Prozesse führen, die auf intraspezifischem Niveau
(Populationsniveau) wirken.