Diversität und Evolution von Hochlandchili

Die amerikanische Gattung Capsicum (Solanaceae) ist wegen ihres ökonischen Wertes bekannt, da sie süße und scharfe Paprika (Chili) umfasst, die als Gemüse und Gewürz weltweit verwendet werden. Von den fünf kultivierten Arten wird eine, C. pubescens, fast ausschließlich in den südamerikanischen Hochländern von Mexiko bis Nordwest-Argentinien, kultiviert. Die in dieser Art vorhandene Variation liegt vor allem in Fruchtmerkmalen, die aber keine Unterscheideung klarer Varietäten erlauben. Das Ausmaß der genetischen Variation von C. pubescens ist großteils unbekannt wie auch die Verwandtschaftsbeziehungen zu anderen Arten. Capsicum pubescens ist zusammen mit einigen anderen Arten in die sogenannte purpurblütige Gruppe von Capsicum gestellt worden, nähme in dieser, durch Kreuzungsversuche bestätigt, genetisch nahen Gruppe aber eine isolierte Stellung ein. Nach derzeitigem Wissensstand können die folgenden Hypothesen aufgestellt werden: (1) C. pubescens und die anderen purpurblütigen Arten teilen sich nicht den letzten gemeinsamen Vorfahren; (2) es gibt hohe genetische Variation zwischen Individuen/Populationen von C. pubescens, die stark von anthropogener Selektion beeinflusst worden ist, (3) trotzdem kann C. pubescens nicht als domestizierte Art betrachtet werden; und (4) der Ursprung der Art liegt in den Hochländern des mittleren westlichen Südamerika. Die Ziele des Projektes sind, unter Verwendung phylogenetischer Analysen molekularer Daten (1) die Verwandtschaftsbeziehungen von C. pubescens zu ermitteln, um solcherart Hypothesen zu Evolution und geographischer Ausbreitung zu testen, sowie (2) die genetische Diversität im gesamten Verbreitungsgebiet zu erheben. Als Methode wird Restriction site-associated DNA sequencing (RAD-Seq) verwendet werden, um das gesamte Genome abdeckende polymorphe genetische Marker von C. pubescens und Verwandten zu erhalten. Die im Rahmen dieses Projektes zu gewinnenden Ergebnisse sind essentiell für Management und Schutz von C. pubescens, einem populären Chili Südamerikas, sowie für die Bewertung dieser Art und ihrer Verwandten im Zusammenhang mit Zuchtprogrammen.

Das Projekt hatte das Ziel, den Ursprung, die Affinitäten, die Evolution und die genetische Struktur von Capsicum pubescens, einer scharfen Chilischote, die fast ausschließlich im Hochland Südamerikas, von Nordwestargentinien bis Mexiko, angebaut wird, zu erforschen. Genom-weite DNA-Daten wurden nach der Methode der Restriction site-associated DNA sequencing (RAD-Seq) gewonnen. Mehrere Dutzend C. pubescens-Proben aus allen Anbaugebieten der Art (d.h. Argentinien, Bolivien, Peru, Ecuador, Costa Rica, Guatemala und Mexiko) wurden analysiert. Mehr als 50 Proben der anderen Capsicum-Arten, einschließlich derer, die als näher verwandt mit C. pubescens angesehen werden, wurden ebenfalls einbezogen. Die phylogenetische und populationsgenetische Analyse wurde mit verschiedenen Datensätzen und verschiedenen Computerprogrammen durchgeführt, um die genannten Ziele zu erreichen. Darüber hinaus wurde ein Pilotversuch durchgeführt, um die Genetik der Schärfe von Früchten (das Gen Pun1/AT3) in einem phylogenetischen Kontext zu untersuchen. Die wichtigsten Ergebnisse und Schlussfolgerungen lassen sich wie folgt zusammenfassen: 1. Die RAD-Seq Methode wurde erstmals erfolgreich auf Capsicum, einschließlich fast aller seiner Arten, angewandt. 2. Es wurde eine stark unterstützte Resolution bezüglich des phylogenetischen Ursprungs von C. pubescens und seiner engsten Verbündeten erzielt. 3. Der primäre/sekundäre Genpool von C. pubescens (neu umschriebene Pubescens-Klade) konnte zuverlässig definiert werden, und es wurde ein erster Überblick über seine genetische Struktur gewonnen. 4. Die Zeitdiskrepanz zwischen der Herkunft der C. pubescens Linie und der Hauptgruppe von Capsicum wurde zum ersten Mal hypothetisch bestimmt. 5. Es wurde ein mutmaßlicher, eng abgegrenzter geographischer Ursprung für C. pubescens (bolivianisches Hochland Nordost von La Paz) definiert. 6. Neue Beweise für die starke Affinität zwischen zwei der engsten Verbündeten von C. pubescens (C. eximium und C. eshbaughii) wurden zusammen mit beispiellosen phänotypischen Originaldaten zu C. eshbaughii vorgelegt. 7. Es wurde der erste umfassende Überblick über die Pun1/AT3-Gensequenz über die Kladen hinweg gegeben, die die domestizierten Chilisorten (einschließlich C. pubescens und der engsten Verwandten) umfassen, was eine erfolgreiche Sequenzierung für alle ihre Arten, sowohl in Kultur als auch in freier Wildbahn, bedeutet. Aus dem vorliegenden Projekt sind auch drei Forschungsfelder hervorgegangen, die getrennt weitergeführt werden, nämlich: 1. Analyse von Merkmalen und Pfaden, der Domestikation, bei C. pubescens und engen Verwandten. 2. Evolution und Artenidentität bei den nähesten wilden Verwandten von C. pubescens. 3. Genetische und chemische Analysen der Fruchtschärfe bei allen domestizierten Chilisorten und ihren engsten wilden Verwandten.