Genomanalyse der Wilden Weinrebe Vitis vinifera subsp. sylvestris
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Die Weinrebe zählt zu den wirtschaftlich und kulturell bedeutendsten Kulturpflanzen. Veränderte Umweltbedingungen und neue Pathogene stellen jedoch eine Herausforderung für Weinbau und Rebenzüchtung dar. Das Potenzial der mit der Kulturrebe nah verwandten Wilden Weinrebe als genetische Ressource für die Rebenzüchtung wurde im Rahmen dieser Arbeit mit komparativen Genomanalysen beurteilt. Dabei wurden mittels Next-Generation Sequencing (NGS) rund 150 Gb Sequenzinformation von 55 Wilden Weinreben, einer Kulturrebe und einer Hybridrebe generiert. Mittels Kartierungs- und Assemblierungsstrategien wurden die Daten in einen größeren genomischen Kontext gebracht. Dabei wurde eine Strategie entwickelt, die es ermöglicht, mithilfe von Kartierungen der NGS-Daten die absolute Kopienzahl transposabler Elementen im Genom zu ermitteln. Es wurde gezeigt, dass sich die Kopienzahlen verschiedener Klassen und Familien transposabler Elemente zwischen den Rebengenomen unterscheiden, weswegen sich die transposablen Elemente als molekulare Marker eignen. Der Nutzen ebendieser Marker wurde anhand der Unterscheidung zwischen den beiden Subspezies der Edlen und der Wilden Weinrebe bestätigt.
Infolge der Zerstörung und Fragmentierung ihres Lebensraums ist die Wilde Weinrebe vom Aussterben bedroht. Welchen Einfluss dieser Zustand auf die genetische Diversität der verbleibenden Wildrebenpopulationen hat, wurde anhand von vier Populationen aus verschiedenen Habitaten untersucht. Dabei wurden über 20 Mio. SNP-Positionen de novo identifiziert und so erstmals ein genomweiter Überblick über Polymorphismen in der Wilden Weinrebe geschaffen. Ein Vergleich der vier Pools untereinander liefert Hinweise auf die Populationsgeschichte, bspw. in Hinblick auf Refugien während der letzten Eiszeit und nachfolgende Rekolonialisierungsrouten durch Europa. In allen vier Populationen konnte ein Überschuss seltener Allelvarianten mit minoren Allelfrequenzen kleiner 0,1 festgestellt werden. Dieser Befund kann als Indiz einer genetischen Erosion der analysierten Wildrebenpopulationen gedeutet werden - vermutlich infolge der Inzuchtsproblematik der kleinen Populationen und fehlendem Genfluss zwischen den Populationen.
Für die Rebenzüchtung von besonderem Interesse sind Gene in Zusammenhang mit Pathogenresistenzen, Geschlechtsbestimmung und der Reaktion auf sich verändernde Umweltbedingungen. Um solche Gene in der Wilden Weinrebe zu identifizieren, wurde das Genom nach molekularen Fußspuren der Selektion durchsucht. In den vier Pools wurden dabei zwischen 153 und 434 mögliche selective sweeps identifiziert, die insgesamt 2.601 verschiedene proteinkodierende Gene enthalten. Es wurden verschiedene Strategien vorgestellt, um daraus geeignete Kandidatengene für die Züchtung zu ermitteln.