Onderzoeksproject Polyploïdie in beeld: van genoom tot toepassing met AI en modellering

Algemeen kader

Genoomduplicaties zijn een belangrijke innoverende biologische kracht. Toch zijn er nog zeer veel vragen omtrent de rol, impact, en voorkomen van genoomduplicaties. In dit project willen we, door een holistische benadering, en door gebruik te maken van zowel ‘wet-lab’ als computationele methoden, de mechanismen bestuderen die aan de grondslag liggen van polyploïdie en zijn effecten, alsook de mogelijke toepassingen ervan. Het project richt zich op volgende vragen: hoe beïnvloedt de toegenomen complexiteit van gedupliceerde gen regulatorische netwerken een polyploïd organisme? Waarom is de tetraploïde status in ecologische niches vaak transiënt, gevolgd door diploïdisatie, en wat is de relatieve bijdrage van de subgenomen aan polyploïdie en/of rediploïdisatie? Wat zijn de onderliggende mechanismen die een voordeel bieden aan polyploïden ten opzichte van diploïden, onder stress of veranderende omgevingsfactoren?

Onderzoeksaanpak

Herhaaldelijk afspelen van het genoom-duplicatie scenario in populaties van snelgroeiende cellen of organismen, of in gesimuleerde digitale organismen, brengt inzichten over wanneer, hoe, en onder welke omstandigheden genoom duplicatie een selectief voordeel biedt. Spirodella en Chlamydomonas worden onderworpen aan “evolve and resequence” experimenten, waar genomen van natuurlijke of artificiële polyploïde cellen of organismen worden gesequeneerd na vele generaties onder selectie. Er wordt een AI systeem uitgebouwd om effecten van polyploïdie te bestuderen in populaties van digitale organismen. Een nieuwe vorm van modelleren wordt geïmplementeerd om effecten van polyploïdie te bestuderen vanuit een eco-evolutionair perspectief, waarbij populatie en kwantitatieve genetica worden geïntegreerd met ecologische interacties. Interspecifieke Festulolium hybriden met een breed spectrum van genetische diversiteit en ploïdie worden gebruikt om de genoom en transcriptoom response van allotetraploïden op droogte stress te bestuderen in een agronomisch kader.

Relevantie/Valorisatie

Het Methusalem project onderzoekt de rol van genoom duplicatie en polyploïdie in het genereren van biodiversiteit, adaptatie aan nieuwe omgevingen, en verbeteringen in agricultuur en horticultuur, kankertherapie en andere medische toepassingen. Integratie van onderzoek rond genoom duplicatie en polyploïdie maakt het mogelijk om gemeenschappelijke mechanismen te ontdekken op verschillende biologische schalen (van cel tot ecosysteem), en tegelijk specifieke responsen te identificeren die uniek zijn voor een organisme, om zo de onderliggende ‘regels’ te ontrafelen. Voorspelbare adaptieve eigenschappen (‘regels’) zouden een polyploïd organisme moeten helpen om correct op veranderingen in de leefomgeving te reageren.

Financiering

UGent