How fast does the speciation clock tick in selfing versus outcrossing lineages?

Arten er den mest grunnleggende enheten i naturen, men vi vet fremdeles lite om hvor lang tid det tar å danne nye arter og hva som påvirker dette (tikkingen av artsdannelses-klokken). Vi har nylig påvist at nye arter kan dannes forbløffende raskt hos selv-pollinerende arktiske planter. Dette er viktig fordi mange ville og dyrkete planter er mer eller mindre selv-befruktende. I dette prosjektet utvikler og tester vi teoretiske modeller for hvordan selv- og kryss-befruktning kan påvirke genetisk arkitektur og hastighet av artsdannelse. Vi arbeider med et stort sett av forskjellige arter. For hver art krysser vi forskjellige bestander og undersøker i hvilken grad avkommet (hybridene) er fruktbart. Hvis hybridene er mer eller mindre sterile, er foreldre-bestandene på vei til å utvikle seg til nye arter. Vi analyserer genomene for å beregne hvor lenge bestandene har vært adskilt og i hvilken grad de er selv-befruktende. Vi bruker også annen-generasjons-hybrider for å gjøre mer detaljerte genomiske analyser. Som hoved-studiesystem har vi valgt de afrikanske himmeløyene, fordi plantene i disse høye fjellene har vært isolert fra hverandre i mange ulike tidsrom. Vi organiserte felt-ekspedisjoner til seks av de høyste afrikanske fjellene og dyrket de innsamlete plantene ved UiO. Alle krysningsforsøk og fertilitetsanalyser er ferdigstilt, og de genomiske dataene er delvis ferdig analysert. Forsinkelser pga corona-situasjonen gjorde det nødvendig å slå disse nye datasettene sammen med upubliserte datasett fra vårt forrige NFR-prosjekt. Foreløpige analyser av dette samlede datasettet tyder på at selv-befruktning akselererer artsdannelses-prosessen, i overensstemmelse med våre ny-utviklede teoretiske modeller. Prosjektet har allerede resultert i en rekke vitenskapelige og populære bidrag, inkludert flere spin-off vitenskapelige artikler om evolusjon på himmeløyene, artsdannelse og utvikling av genomiske ressurser (f.eks. i PNAS og Molecular Ecology). En av de teoretiske hovedartiklene er nå akseptert i PLOS Genetics. Prosjektet vil gi ytterligere bidrag til å forstå hvordan og hvor fort nytt biologisk mangfold utvikles, og kan også bli viktig for forbedring av kulturplanter. Mange av våre matplanter er selv-pollinerende og kan derfor raskt utvikle krysningsbarrierer mot sine ville slektninger, som kan forsyne dem med nye gener for å motvirke sykdommer og miljøendringer.

-

Species are the most fundamental unit in nature, yet we know surprisingly little about how long it takes for new, reproductively isolated species to arise and what factors influence the rate of speciation. Recently, we found that postzygotic reproductive isolation (RI) may develop at astonishing speed in lineages that are self-fertilizing, a common mating system both in wild and cultivated plants and also found in animals. We hypothesize that although antagonistic effects can be expected, selfing may overall accelerate postzygotic RI accumulation rates. In this project, we will develop and empirically test theoretical models of the impact of mating systems on the genetic architecture and rate of speciation (i.e. the ticking of the 'speciation clock'). We will 1) establish a theoretical framework to understand and predict the effects of mating system, 2) measure the rate of intraspecific postzygotic RI accumulation (i.e. incipient speciation) in a large set of species representing the selfing-outcrossing spectrum and divergence times spanning the last ~1 million years, 3) test if the rate at which RI loci accumulate is higher in selfers, and 4) quantify the role that selection has played on RI loci using population genomic analyses in one selfing and one outcrossing species. We have selected the African 'sky archipelago' as a study system because the populations in these isolated high mountains represent a wide range of divergence times and levels of intermountain gene flow. We use this optimal system to study the rate and mode of plant speciation with a unique combination of novel genomic technologies, niche modeling through time, and classical field and crossing experiments. This project will make a significant contribution to our understanding of the process and speed of biodiversity generation, which has been a core issue in biology since Darwin and is especially relevant today, when we see accelerating extinction of species due to global change.