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Molekulare Basis der Chemodiversität in Genomen

Tanacetum vulgare zeigt reiche α- und β-Chemodiversität insbesondere in den Blatt-Monoterpenoiden. In der ersten Projektphase war es unser Ziel, die molekularen Quellen der Chemodiversität mit Hilfe von RNA-seq, Charakter:Transkript Assoziationen und Biochemie in einer von P5 und P6 chemotypisierten Population aufzuklären. Wir konnten zeigen, dass Terpensynthase (TPS) Kandiatentranskripte mit bestimmten Chemotypen assoziieren. RNA-seq Daten zeigten, dass Variation der Expression und nicht An- und Abwesenheit-Variation der Gene der wahrscheinliche Grund für die beobachteten Chemotypen sind. Eine vorläufige Genomsequenz von T. vulgare unterstützt diese Hypothese. Kreuzungsexperimente von P5, die mit P9 analysiert wurden, zeigten, dass die Enzyme zur Terpenoidsynthese wahrscheinlich eng verbunden sind und dass die Expression von Charakteristika durch trans-agierende Transkriptionsfaktoren (TFs) kontrolliert wird. Das Genom zeigte eine Gen-Insel des spezialisierten Metabolismus, was die Hypothese der engen Verbindung unterstützt. Zusätzlich haben wir ein Genom von Solanum dulcamara assembliert, ein Herbivor- und Methyljasmonat-RNA-seq Experiment mit P4 durchgeführt, TFs für die Kontrolle des spezialisierten Metabolismus abgeleitet und für diese die Bindung an die Promotoren von Genen des spezialisierten Metabolismus durch Experimente validiert.

In der zweiten Projektphase zielen wir darauf ab, zu testen, dass α- und β-Chemodiversität zum großen Teil auf der Ebene der Genexpression vermittelt durch Transkriptionsfaktoren kontrolliert werden. Testen dieser Hypothese wird unser Verständnis der molekularen Quellen der Chemodiversität erweitern. In T. vulgare werden wir weitere Genome assemblieren, mehr TPS charakterisieren und RNA-seq nutzen, um zu bestimmen, wie diese TPS während der Blattentwicklung durch TFs kontrolliert werden. Wir werden DNA Affinitätsaufreinigung von an Proteinen gebundenen Nukleinsäuren (DAP-seq) nutzen, um die vorhergesagten TFs experimentell zu validieren. Wir werden die Bindung in den unterschiedlichen Chemotypen überprüfen, um zu testen, wie β-Chemodiversität kodiert ist. Die Schlussfolgerungen werden durch Kreuzungen mit P5 und P9 überprüft werden. In T. vulgare und S. dulcamara werden wir den Einfluss von Regulation auf α-Chemodiversität testen und Pflanzenfrass und Trockenheit als Stressoren verwenden (P4, P5, COR). Wir postulieren, dass das regulatorische Netzwerk, also die Transkriptionsfaktoren, die die Induktion kontrollieren, konserviert sind, aber dass die Zielgene im spezialisierten Metabolismus stark verändert sind. Durch die Identifikation der cis- und trans-agierenden Gene, die Chemodiversität auf unterschiedlichen Ebenen bestimmen, testen wir die Modelle in P9. Zusammengenommen werden unsere Experimente der zweiten Phase den Beitrag der Regulation zur Chemodiversität aufdecken und beschreiben.