Funktion und Evolution von Isolationsgenen in Ophrys

Die europäische Orchideengattung Ophrys imitiert die Sexualsignale weiblicher Insekten und wird so von sexuell stimulierten Insektenmännchen bestäubt, wobei die Bestäubung meist artspezifisch ist. Die Spezifität dieser Bestäuberanlockung wird durch die relativen Mengenverhältnisse der Alkene bestimmt, die im Duststosffbouquet der Blüte enthalten sind. Jene Gene, deren Genprodukte an der Alken-Biosynthese beteiligt sind, stehen im direkten Zusammenhang mit der reproduktiven Isolation zwischen einzelnen Pflanzen, und sind somit putative "Isolationsgene". Dieses Projekt versucht mit Hilfe im Sudienorganismus erprobter molekularer Methoden, die molekulare Basis der spezifischen Duftstoffbouquets zu identifizieren und die evolutionären Muster relevanter Gene aufzudecken. Daher lauten die zu untersuchenden Fragen: (i) Was ist die molekulare Basis für die Unterschiede im Blütenduft innerhalb bzw. zwischen verschiedenen Ophrys-Arten? (ii) Welche evolutionären Muster sind in den für die Duftstoffsynthese relevanten Genen erkennbar? Wir werden ein Ophrys-Artenpaar mit distinkten Dufstoffbouquets verwenden, um die für die Unterschiede verantwortlichen Gene zu identifizieren. Aufbauend auf vielversprechenden vorläufigen Daten werden wir die Kandidatengenmethode einsetzen, um Stearoyl-ACP Desaturase Gene zu charakterisieren. Die von diesen Genen codierten Enzyme katalysieren die erste Insertion einer Doppelbindung in eine Fettsäure (eine chemische Vorstufe der Alkene) und sind daher von großer Bedeutung für die Regulation der Alkenproduktion. Die Expression dieser Gene in verschiedenen Geweben und Ophrys-Arten wird mit Hilfe der quantitativen PCR untersucht werden, da eine Änderung im Expressionsmuster zu einer Änderung in den produzierten Alkenen führen kann. Bei Desaturasen kann sich sowohl die Substratpräferenz als auch die Insertionsposition von Doppelbindungen ändern, weswegen wir die Relevanz dieser beiden Mechanismen in Ophrys mit funktionellen Analysen untersuchen werden. Um die Hypothese zu überprüfen, dass sich unterschiedliche Duststoffbouques in sympatrischen Populationen ausbilden können, werden wir die evolutionäre Vergangenheit funktioneller, orthologer Gene mit modernen phylogenetischen Methoden rekonstruieren. Durch die Untersuchung der molekularen Basis von Blütenmerkmalen, die für die reproduktive Isolation verantwortlich sind, wird dieses Projekt sowohl neue Wege beschreiten als auch hohe Relevanz für unser Verständnis der Entstehung der Blütendiversität vieler Pflanzen-Bestäuber Systeme haben.