Ökologische Genetik lokaler Adaptation an gegensätzliche Klimabedingungen in Zentralasien und Europa bei der Modellpflanze Arabidopsis thaliana

Die Untersuchung der genetischen Basis von Adaptationen ist ein wichtiges Ziel der Evolutionsbiologie. Im letzten Jahrzehnt wurde die Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana ein beliebter Modellorganismus für Untersuchungen der evolutionären Ökologie von Pflanzen. Diese Art ist über die gesamte Nordhemisphäre verbreitet und kann unter sehr variablen Umweltbedingungen existieren. A. thaliana befruchtet sich fast ausschließlich selbst, was zu ko-adaptierten Genkomplexen aufgrund lokaler Adaptation führen kann. Auf der anderen Seite wurde eine hohe phänotypische Plastizität beobachtet, die ebenso für die hohe Anpassungsfähigkeit und weite Verbreitung dieser Pflanze verantwortlich sein könnte. Wir schlagen ein Projekt vor, um die relative Bedeutung von lokaler, durch Selektion verursachter Anpassung und von phänotypischer Plastizität zu untersuchen, indem wir ein Transplantationsexperiment von Akzessionen zwischen Zentraleuropa und Zentralasien durchführen. Beide Regionen zeichnen sich durch sehr unterschiedliche klimatische Bedingungen aus. Weiterhin ist die Populationsstruktur von A. thaliana durch einen Ost-West-Gradienten gekennzeichnet, der durch lokale Adaptation und/oder durch die Existenz glazialer Refugien entstanden sein könnte. Aus diesen Beobachtungen lässt sich folgende Arbeitshypothese ableiten: Wenn lokale Adaptationen vorliegen, sollten Individuen verschiedener geographischer Herkunft Fitnessunterschiede in einem Transplantationsexperiment zeigen; wenn phänotypische Plastizität für die Anpassung an unterschiedliche Umweltbedingungen sorgt, sollten keine Fitnessunterschiede zu beobachten sein. Wir planen, folgende Fragen zu beantworten: (1) Wie ist die Performanz von rekombinanten Inzuchtlinien, die von zentraleuropäischen und zentralasiatischen Eltern erzeugt wurden, und von einer Kollektion von Individuen aus dem gesamten Verbreitungsgebiet der Art unter den unterschiedlichen Umweltbedingungen von Zentralasien und Zentraleuropa? (2) Wie reagieren die Akzessionen auf unterschiedliche Umweltbedingungen, d.h., was ist das Ausmass ihrer phänotypischen Plastizität? (3) Wie viele und welche Loci für quantitative Merkmale (QTLs) sind für die beobachteten Fitnessunterschiede verantwortlich?