Populus pruinosa ist eine Reliktart, die in den rauen Wüstengebieten Westchinas und Zentralasiens überlebt. Angesichts der zunehmenden globalen Erwärmung und Wüstenbildung ist es von entscheidender Bedeutung, die genetischen Mechanismen hinter ihrer ökologischen Anpassung zu verstehen. Bisherige genomische Ressourcen reichten für umfassende Studien nicht aus. Aufgrund dieser Herausforderungen müssen eingehende Untersuchungen durchgeführt werden, um die genetische Grundlage der Anpassungsfähigkeit und des Überlebens von P. pruinosa unter extremen Bedingungen aufzudecken.
Forscher der Tarim University und der South-Central Minzu University haben eine Studie über P. pruinosa in der Zeitschrift Gartenbauforschung am 6. Februar 2024. Diese Studie präsentiert das erste Genom der Art im Chromosomenmaßstab und liefert wichtige Erkenntnisse über ihre Anpassungsentwicklung an extreme Wüstenumgebungen. Diese umfassende Genomanalyse bildet die Grundlage für zukünftige ökologische und genetische Studien.
Die Studie hat das Genom von P. pruinosa auf Chromosomenebene erfolgreich zusammengestellt und annotiert, wobei eine Kombination aus Illumina-, PacBio- und Hi-C-Sequenzierungstechnologien zum Einsatz kam. Die Analyse ergab, dass die Tandem-Duplikation von Genen und die Erweiterung von Genfamilien in P. pruinosa erheblich zu seiner Anpassungsfähigkeit an hohe Salzkonzentrationen und Dürre beitragen.
In Genkörperregionen eingefügte lange terminale Wiederholungs-Retrotransposonen (LTR-RTs) wurden als Treiber der adaptiven Evolution identifiziert, die die Artendifferenzierung in salzhaltigen und alkalischen Wüstenumgebungen erleichtern.
Die Neusequenzierung des gesamten Genoms von Individuen aus verschiedenen Populationen deckte eine genetische Differenzierung zwischen Populationen im nördlichen und südlichen Tianshan-Gebirge auf, die durch Niederschläge bedingt ist. Schlüsselgene wie MAG2-interagierendes Protein 2 (MIP2) und SET-Domänenprotein 25 (SDG25) spielen bei dieser Anpassung eine entscheidende Rolle.
Darüber hinaus werden Gene wie RCI2A und ERD4 bei Salz- und Dürrestress gemeinsam hochreguliert, was die Toleranz der Art gegenüber extremen Bedingungen erhöht.
Dr. Zhihua Wu, Mitautor der Studie, erklärte: „Diese Forschung stellt einen wichtigen Meilenstein in unserem Verständnis von P. pruinosa dar. Indem wir die genetischen Mechanismen hinter seiner Anpassung an raue Wüstenumgebungen enthüllen, können wir die Widerstandsfähigkeit dieser Art besser einschätzen. Dieses Wissen erweitert nicht nur unser wissenschaftliches Verständnis, sondern bietet auch potenzielle Anwendungen im ökologischen Schutz und der Entwicklung widerstandsfähiger Pflanzensorten.“
Die Ergebnisse der Studie haben erhebliche Auswirkungen auf den ökologischen Naturschutz und die genetische Forschung. Das Verständnis der genetischen Grundlagen der Anpassungsfähigkeit von P. pruinosa kann als Orientierung für Schutzstrategien für diese Art und ihren Lebensraum dienen. Diese Erkenntnisse können auch die genetische Widerstandsfähigkeit anderer Pflanzen verbessern, die ähnlichen Belastungen ausgesetzt sind.
Die umfassende Genomanalyse stellt eine wertvolle Ressource für zukünftige Forschungen zur adaptiven Evolution und Artdifferenzierung in extremen Umgebungen dar.
Mehr Informationen:
Jianhao Sun et al., Das Genom und die Populationsgenomik auf Chromosomenebene enthüllen die adaptive Evolution von Populus pruinosa an Wüstenbildungsbedingungen, Gartenbauforschung (2024). DOI: 10.1093/hr/uhae034