Evolutionary history of Origanum majorana L. and its specific sabinyl-chemotype

EinleitungOriganum majorana (Majoran) ist eine mehrjährige, krautige Pflanzenart die endemisch auf Zypern vorkommt. Der Majoran wird weltweit als Küchen- und Heilkraut geschätzt und zählt zu den kommerziell wichtigsten Origanum Arten. Die großen Mengen an gehandeltem Pflanzenmaterial stammen hauptsächlich aus Kulturen. Das besondere Aroma und die Popularität von Majoran beruhen auf der außergewöhnlichen Zusammensetzung seines Ätherischen Öls das besonders reich an Sabinyl-Komponenten ist und dem die den Oregano charakterisierenden Cymyl-Komponenten nahezu völlig fehlen. Die genetischen Ursachen für diese artweite Inaktivierung eines in der Gattung Origanum sonst so präsenten Synthesewegs sind unklar. Auch bezüglich der Evolutions- und Kultivierungsgeschichte von O. majorana gibt es viele offene Fragen. Projektziele und HypothesenDie Ziele dieses Projektes umfassen die Aufklärung der Verwandtschaftsbeziehungen zwischen O. majorana und seinen am nächsten verwandten Arten sowie der genetischen Grundlagen seines kennzeichnenden Sabinyl-Chemotyps. Zudem sollen Kultivierungsgeschichte und auffällige phenotypische Eigenheiten von kultiviertem Majoran erforscht werden. Von den folgenden Grundannahmen wird ausgegangen: (1) bei den beiden Taxa O. majorana und O. syriacum handelt es sich um ein und dieselbe Art, (2) O. majorana und O. syriacum weisen ein hohes Maß an genetischer Übereinstimmung jedoch jeweils sehr charakteristische RNA-Expressionsmuster auf, (3) die charakteristischen aromatischen Eigenschaften von wildem O. majorana beruhen auf der frühen Unterbrechung des Cymyl-Synthesewegs, verursacht durch die Fixierung eines nicht-funktionalen γ-Terpinen Synthase Gens, (4) frühe Kultivare stammen von O. majorana Individuen ab die in Sekundärkontakt mit O. syriacum waren und (5) die Abwesenheit von Cymyl-Komponenten im Ätherischen Öl von wildem und kultivierten Majoran beruht auf unterschiedlichen genetische Mechanismen.MethodenFür die Überprüfung dieser Grundannahmen sind umfassende vergleichende genetische und phytochemische Analysen von O. majorana (wild und kultiviert) geplant. Die genetischen Analysen umfassen NGS-Ansätze (GBS zur Abschätzung der genetischen Differenzierung, RNA-seq zur vergleichenden Transkriptom-Charakterisierung) und das Sequenzieren ausgewählter Gene des Sekundärmetabolismus. Bei den phytochemischen Analysen liegt der Fokus auf der natürlichen Diversität der bisher nur im Ansatz erforschten wasserlöslichen Komponenten, auch Analysen des Ätherischen Öls ausgewählter Pflanzen oder Populationen sind geplant. Erwartete Ergebnisse Die Kombination von umfassenden genetischen, transkriptomischen und phytochemischen Daten führt zu einem erweiterten Bild von O. majorana und erlaubt Rückschlüsse über Ursprung und Entwicklungsgeschichte von Wildtyp und Kultivarietäten und, darauf basierend, ein verfeinertes Gattungskonzept. Die Kopplung von umfassenden genetischen und transkriptomischen Daten erlaubt eine bessere Einschätzung welche evolutionären Prozesse und molekularen Mechanismen der phenotypischen Differenzierung zwischen O. syriacum und O. majorana bzw. seinem Wildtyp und Kultivarietäten zugrunde liegen. Die vergleichende Analyse von phytochemischen Eigenschaften, Transkriptom-Daten und Charakteristika von relevanten Genen trägt zu einem besseren Verständnis über die Entwicklung von Chemotypen bei. Ausgewählte SNP loci aus der GBS Analyse können als diagnostische Marker in zukünftigen Züchtungsprogrammen eingesetzt werden.

FWF Einzelprojekte

Zentrum für Tierernährung und Tierschutzwissenschaften

Universität für Bodenkultur
Funktion: Projektleitung