Wie entsteht der Zusammenhang zwischen Heterozygosität und Fitness: eine Fallstudie in einer freilebenden Wirbeltierpopulation

• Antragsteller: Professor Dr. Joseph Hoffman
• Fachliche Zuordnung: Biologie des Verhaltens und der Sinne ; Evolution, Anthropologie ; Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 243472732

Die Beziehung zwischen Genotyp und Fitness ist für das Verständnis der Evolution von zentraler Bedeutung, ist jedoch noch ungenügend verstanden. Ein klassisches Beispiel sind Korrelationen zwischen Heterozygosität und Fitness, bei denen Individuen mit höherer Heterozygosität fast immer höhere Fitness aufweisen. Diese positiven Korrelationen umfassen alle Bereiche des Lebens von Wirbeltieren, von Mortalität, Resistenz gegen Parasiten und Krankheiten bis zum Reproduktionserfolg. Da jedoch die meisten Studien nur wenige neutrale Mikrosatelliten benutzen ist der Mechanismus, der zu den Korrelationen führt, unklar. Neue Sequenziertechnologien erlauben nun die Entwicklung von gen-spezifischen Einzel-Nukleotid-Polymorphismen (SNP), die direkte Beziehungen zwischen Fitnessvariablen und der Heterozygosität von tausenden von Genen herstellen können. Dieser Antrag beruht auf dem außergewöhnlichen Langzeitdatensatz beim Kerguelen-Seebär (Arctocephalus gazella), bei dem bereits einige Korrelationen gefunden wurden. Durch die Analyse von 6000 SNPs bei 1500 Weibchen, für die detaillierte Fitnessdaten zur Verfügung stehen, kann zwischen den beiden wesentlichen Hypothesen differenziert werden, die Korrelationen zwischen Heterozygosität und Fitness erklären. Die Hypothese der generellen Effekte postuliert, dass die Marker die allgemeine Heterozygosität des Individuums beschreiben und daher als Maß für den Inzuchtkoeffizienten f benutzt werden können. Zusätzliche Marker sollten gemäß dieser Hypothese zu einer besseren Abschätzung von f und daher einer höheren Korrelation zwischen Fitnessvariablen und der Heterozygosität führen. Im Gegensatz dazu postuliert die Hypothese der lokalen Effekte, dass zwischen einem oder mehreren Markern eine zufällige Verbindung zu Genen, die unter ausgleichender Selektion stehen, besteht. Die Addition von zusätzlichen Markern würde die Korrelation zwischen Fitnessvariablen und der Heterozygosität also abschwächen.In der Praxis sollten lokale Effekte auch bei allgemeiner Inzuchtdepression involviert sein, aber diese Effekte sind ebenfalls bisher nur unzureichend verstanden. Welche Arten von Genen sind involviert: verschiedenste Gruppen oder eher solche, die bei Wachstumsprozessen oder der Immunität eine Rolle spielen? Daher werden SNPs untersucht werden, die in bestimmten Genregionen liegen, und auf ihre Assoziation mit Fitness überprüft werden. Die relevanten Genregionen werden im Vergleich mit dem Hundegenom identifiziert werden. Die gefundenen lokalen Effekte werden anschließend detailliert kartiert, was zur ersten Kopplungskarte für ein Meeressäugetier überhaupt führen wird. Zusätzlich wird vergleichende Genomik mit dem Hundegenom klären, wie viele Gene der verschiedenen Regionen involviert sind. Der resultierende Datensatz mit über 9000000 SNP-Genotypen wird einen außergewöhnlich detaillierten Einblick geben, wie genetische Variabilität fitnessrelevante Merkmale in einer wilden Säugetierpopulation beeinflusst.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien, Schweden
• Beteiligte Personen: Jaume Forcada, Ph.D.; Professor Dr. Jon Slate; Professor Dr. Fritz Trillmich; Professor Dr. Jochen B. W. Wolf