Untersuchung der Rolle von Mikroben in der Adaptation an unterschiedliche Nahrungsquellen durch komparative Symbiomik niederer Termiten

• Antragsteller: Dr. Fabian Staubach
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 270882710

Die meisten aktuellen Studien zur Adaptation von Organismen an ihre Umwelt beschaeftigen sich ausschliesslich mit dem Zielorganismus. Es wird jedoch deutlicher, dass Gene von Mikroorganismen ein riesiges Rohstoffreservoir fuer die Adaptation hoeherer Organismen darstellen. Wenn ein Mikroorganismus eine Genfunktion besitzt, die Vorteilhaft fuer einen Wirt ist, werden Wirte, die diese vorteilhaften Mikroorganismen erkennen und mit ihnen assoziieren durch natuerliche Selektion bevorzugt. Interessanterweise gibt es erhebliche Gemeinsamkeiten zwischen den molekularen Erkennungsmechanismen mit denen vorteilhafte Bakterien und Pathogene erkannt werden. Einige der oekologisch und oekonomisch wichtigsten Symbiosen sind jedoch nicht Symbiosen hoeherer Organismen mit Bakterien sondern mit eukaryotischen Mikroorganismen. Hier sind die Erkennungsmechanismen weitestgehend unbekannt.Wir werden anhand von niederen Termiten und ihren eukaryotischen Darmsymbionten (DS) testen, ob das Paradigma, dass die Erkennungsmechanismen von Pathogenen und vorteilhaften Symbionten aehnlich sind, auch fuer eukaryotische Mikroorganismen gilt. Um herauszufinden, welche Termiten- und Protistengene wichtig fuer die Wirt-Mikroben-Interaktion (WMI) sind, werden wir die Transkriptome von Termiten mit und ohne ihre DS mittels illumina RNAseq vergleichen.Mit derselben Methode werden wir drei in trockenem Holz lebende Termitenarten, was der anzestralen Lebensweise entspricht, mit einer Art vergleichen, die Bodenpartikel sammelt, um zu untersuchen, ob die DS eine Rolle in der Substratadaptation spielen. Dies ist naheliegend, da die DS benoetigt werden, um das Substrat zu verdauen. Spielen die DS eine Rolle in der Substratadaptation, erwarten wir, dass positive Selektion auf Genvarianten wirkt, die es den Bodenpartikelsammlern (BPS) ermoeglichen mit DS zu assoziieren, die ihnen auf diesem Substrat einen Selektionsvorteil verschaffen. In der Folge aendert sich die Genexpression oder kodierende Region von Genen, die an der WMI beteiligt sind. Um adaptive Veraenderungen der Genexpression zu finden, werden wir in den RNAseqdaten nach Genen suchen, die in BPS spezifisch reguliert sind und eine Rolle in der WMI spielen. Gleichzeitig wird dieser Datensatz fuer McDonald-Kreitman-Tests genutzt, um adaptive Veraenderungen der kodierenden Region von WMI-Genen, aufzuspueren. Mikrobielle Transkriptomdaten werden es uns ermoeglichen Gene zu detektieren, die spezifisch von den DS der BPS exprimiert werden und daher eine Rolle in der Substratadaptation spielen koennten.Der Effekt von Kandidatengenen, die sowohl eine Rolle in der WMI spielen als auch Spuren natuerlicher Selektion tragen, auf die artspezifischen DS wird mittels RNAi untersucht. Die artspezifische DS wird mit 16S und 18S rRNA Genanalyse erfasst. Dieser umfassende Ansatz wird es uns ermoeglichen sowohl Gene zu finden, die an der Erkennung von eukaryotischen Symbionten beteiligt sind, als auch deren Rolle in der Adaptation zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Saudi-Arabien
• Mitverantwortlich: Professor Christian Voolstra, Ph.D.