Die genetischen Grundlagen thermischer Akklimatisation: Vom Phänotyp zum Genotyp
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Trotz großer Fortschritte in der Aufklärung von Adaption auf phänotypischer Ebene, ist unser Wissen um zugrundeliegende genetische Mechanismen noch immer sehr begrenzt. Unter anderem in Hinblick auf den anthropogen-bedingten globalen Wandel ist ein tiefergehendes Verständnis der Mechanismen adaptiver Evolution von essentieller Bedeutung. Vor diesem Hintergrund haben wir die genetischen Mechanismen, welche adaptiver phänotypischer Plastizität bei dem tropischen Tagfalter Bicyclus anynana zugrunde liegen, untersucht. Im ersten Experiment wurde verifiziert, dass Manipulationen der Imaginaltemperatur und der Fütterung der Tiere zu deutlichen phänotypischen Unterschieden führten. Die Ergebnisse zeigten ferner, dass kurzzeitiger Stress meistens negative Auswirkungen auf die nachfolgende Stresstoleranz hatte, es somit nicht zu einem ‚Hardening‘ kam. Vielmehr deuteten signifikante Interaktionen darauf hin, dass plastische Reaktionen wesentlich von den zuvor herrschenden Umweltbedingungen beeinflusst werden. Höhere Temperaturen erhöhten die Abdomenmasse und den Fettgehalt, führten aber zu reduzierter Immunkompetenz. Nachfolgend wurde eine genom-weite Genexpressionsanalyse zur Identifikation von Genen, die unter verschiedenen Umweltbedingungen differentiell exprimiert werden, mittels RNAseq durchgeführt. Die 10.696 resultierenden Transkript-Cluster stimmten vor allem mit Genen anderer Insekten (99,9%), insbesondere von Lepidopteren (93,4%), überein. Zwischen beiden Temperaturen bzw. Futterbehandlungen wurden 116 bzw. 6 Transkript-Cluster differentiell exprimiert. Unsere Ergebnisse zeigten, dass Unterschiede in Phänotypen zwischen verschiedenen, nicht-stressvollen Temperaturen in erster Linie mit metabolischen Prozessen sowie anti-oxidativen Abwehrmechanismen in Verbindung stehen. Hierdurch konnte das Verständnis der genetischen Mechanismen, welche plastischen Reaktionen zugrunde liegen, deutlich erweitert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2014): Interactive effects of acclimation temperature and short-term stress exposure on resistance traits in the butterfly Bicyclus anynana. Physiological Entomology 39: 222-228
Isabell Karl, Marlen Becker, Tjorven Hinzke, Melanie Mielke, Maria Schiffler & Klaus Fischer
