DarwinPlants: Probing the genomic basis of rapid evolutionary diversification in the Galápagos daisy trees (genus Scalesia)

Dette prosjektet søker å forstå det genetiske grunnlaget for den raske utviklingen av mangfoldet i en unik og truet gruppe av planter fra Galápagosøyene. Studier av former og distribusjonsmønstre av arter på verdens økiske økekæder har gitt forskere stor innsikt i utviklingsprosessen. Blant disse kjedene er Galápagos skjærgård, hvor Charles Darwin samlet prøvene og observasjonene som til slutt ville føre til dannelsen av hans teori om evolusjonær forandring gjennom naturlig utvalg. Daisy trees (genus Scalesia) er en spesiell gruppe planter som bare finnes på Galápagos øyene. Innenfor en relativt liten tidsperiode (fire millioner år) utviklet plantene fra en enkelt forfader til 15 forskjellige arter med drastisk variasjon i størrelse og form, samt mangfold av livsvaner og strategier. Av denne grunn har disse plantene blitt kalt ?Darwins finker av planteverdenen.? Hovedmålet med vårt prosjekt er å bestemme de genetiske mekanismene som har tillatt en så rask og dramatisk diversifisering i denne gruppen. Vårt team vil bruke flere avanserte tilnærminger for å bestemme disse mekanismene, inkludert neste generasjons sekvensering av hele genomet (DNA) og transkriptom (RNA) som finnes i hundrevis av individuelle planter. Vi bruker disse dataene til å anvende fylogenetiske og populasjonsgenetiske metoder for å oppnå vårt sekundære mål, å rekonstruere evolusjonær historien til alle Scalesia-artene. Oppdatering 2022-12-02. Mange mål og milepæler er nådd. De to postdoktorene er ansatt og har påbegynt fulltidsarbeid med prosjektet. All generering av genomisk og transkriptomisk data er fullført. En artikkel som beskriver en referansegenomsamling av høy kvalitet for Scalesia atractyloides, samt det genomiske grunnlaget for Scalesia-plantenes tilpasning til øymiljøet, er publisert i Nature Communications. En artikkel som beskriver hvordan genomikk kan informere åpne spørsmål i adaptiv stråling er under vurdering. Analysene av populasjonsgenomiske og transkriptomiske data er i gang. Så langt er det publisert tre akademiske artikler fra arbeidet med prosjektet. Prosjektmedlemmer har holdt minst åtte akademiske forelesninger/seminarer som beskriver prosjektet og formidler hovedresultatene så langt.

-

Within the last 4M years, the endemic Galápagos daisy trees rapidly diversified from a weedy ancestor into genus Scalesia, which contains at least 15 species with spectacularly divergent life history traits and variation in the size and shape of their leaves. While Darwin’s finches of Galápagos have become a model of adaptive radiation, these plants have received remarkably little attention despite their even more dramatic radiation into diverse ecological niches. More curious is that this rapid diversification seems to have generated little genetic diversity on which evolution might act. Considering its importance in plant evolution, polyploidy may have played have a role. Novel next-generation sequencing technologies are revolutionizing evolutionary genetic studies of non-model organisms. We propose to generate an annotated reference genome assembly for Scalesia as well as whole-genome sequencing data from population samples representing all species, subspecies, and hybrid populations of these threatened plants. We will apply novel transcriptomic, phylogenomic, and population genomic analysis approaches to this data in order to determine how minimal genetic variation could generate enormous morphological diversity, and which regions of genome underlie this diversity. Specifically, DarwinPlants will test hypotheses that despite overall low genomic diversity in Scalesia, rapid diversification of these plants was enabled by both multiple bouts of inter-specific introgression and subtle changes in gene expression networks related to leaf development, light, and stress. DarwinPlants will generate fundamental insights into the genetic processes underlying rapid diversification and ecological speciation of plants, as well as new population genetic approaches for characterizing inter-population differentiation in genomic data from polyploid organisms.