Ansökan: Hur förutsägbar är den genetiska basen för evolutionär förändring på art- och populationsnivå? Om effekten av genomduplicering och historia

Tidsperiod:

1 januari 2013 – 31 december 2015

Projektledare:

Martin Lascoux

Finansiär:

Vetenskapsrådet

Bidragstyp:

Projektbidrag

Budget:

2 241 000 SEK

En central biologisk frågeställning är i vilken utsträckning den genetiska basen för evolutionär anpassning kan förutsägas. Eller annorlunda uttryckt: hur mycket av genomet skulle förbli oförändrat om vi kunde färdas bakåt i tiden och återupprepa den evolutionära processen? Skulle till exempel samma grupper av gener kontrollera variationen i blomningstid, eller skulle vi istället se en annan grupp gener influera samma karaktärsdrag? Hur olika skulle i så fall dessa två grupper vara? Skulle vissa typer av gener framstå som essentiella medan andra var utbytbara? I detta projekt ställer vi relaterade frågor genom att studera effekten av helgenomduplicering i växter. Under sin långa evolutionära historia har växter genomgått flera omgångar av helgenomduplicering som ett resultat av flera olika processer. Så kallade allopolyploida arter kan till exempel uppstå när genomet från två förekommande arter förenas till ett nytt. I kontrast till detta, så kan en art duplicera sitt eget genom vilket ger upphov till en ny autopolyploid art. Dessa typer av polyploida växter är mycket vanliga; bland förekommande viktiga kulturväxter så är till exempel potatis och maniok autopolyploida, medan durumvete och raps är allopolyploida. Tidigare analyser visar att 47-100% av de blommande växterna har genomgått fullständig genomduplicering en eller flera gånger under sin evolutionära historia. Det har hävdats att eftersom polyploida arter har minst två uppsättningar gener, så kan en uppsättning evolvera mer obehindrat vilket i sin tur kan leda till nya funktioner och en ökad anpassningsgrad. Givet att helgenomduplicering är så vanligt förekommande, så måste den betraktas som en av de viktigaste evolutionära processerna i växtriket. Den senaste tidens enorma framsteg inom sekvenseringsteknologin gör det möjligt att sammanställa hela växtgenom både snabbt och kostnadseffektivt. Polyploida arter och deras nära släktingar kan därför studeras både kvalitativt och kvantitativt på ett sätt som inte var möjligt för bara fem år sedan. I detta projekt har vi valt att studera lomme (C. bursa-pastoris), ett viktigt ogräs och en av de vanligaste blommande växterna på jorden. Lomme är en autopolyploid art som har sitt ursprung i C. grandiflora, en art som idag bara återfinns i norra Grekland. Inom ramen för projektet kommer vi sekvensera hela genomen och studera genuttrycket i 24 individer av lomme som är utvalda därför att de representerar en hög grad av den naturliga diversitet som återfinns inom arten. Tolv individer kommer från Europa och tolv individer kommer från östra Asien. De två grupperna har olika historiskt ursprung; den senare är yngre och uppvisar en lägre grad av genetiskt variation. Detta ger oss således också möjligheten att jämföra de två gruppernas evolutionära historia. Därefter kommer våra data att jämföras med genomisk data från den ancestrala C. grandiflora, för att i detalj studera de skillnader och förändringar i genomet som följt på den fullständiga genomdupliceringen i lomme. Avslutningsvis kommer vi att korsa individer av lomme, som uppvisar stor fenotypisk variation, med varandra och med dess ursprungsart C. grandiflora. Detta ger oss möjligheten att associera de genomiska förändringarna i lomme med variationen i evolutionärt viktiga karaktärer såsom blomningstid och cirkadisk rytm.