Genomweite Signaturen von Selektion und konvergenter Evolution in Corviden

• Antragstellerin: Dr. Verena Esther Kutschera
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282481844

Organismen sind ständigem Wandel ausgesetzt. Gemäß des Prinzips der natürlichen Auslese (Selektion) tragen nur die am besten angepassten Individuen erfolgreich Nachkommen für nachfolgende Generationen bei. Erbliche Variation, die für denTräger von Vorteil ist wird durch sog. positive Selektion in der Population gefördert, negative Selektion gegen schädliche genetische Varianten garantiert hingegen den Erhalt physiologischer Funktionsfähigkeit. Unser Wissen, wie Selektion das Erbgut formt und ob z.B. neue Mutationen schädlich, neutral oder vorteilhaft sind, ist jedoch wegen eines historisch bedingten Mangels genomweiter Daten begrenzt. Die jüngste technologische Entwicklung im Bereich der Hochdurchsatzsequenzierung ermöglicht nun erstmals die Erstellung einer Karte des Erbgutes, mit dem Ziel Stärke und Modalität von Selektion nachzuzeichnen - im Menschen letztlich auch eine Frage hoher medizinischer Relevanz. Eine Kombination zwischenartlicher vergleichender Ansätze auf Zeitskalen von Millionen von Jahren mit innerartlichen populationsgenomischen Ansätzen innerhalb mehrerer tausender Generationen ist dabei besonders vielversprechend, ermöglicht sie doch das Testen fundamentaler Vorhersagen der Evolutionstheorie. In einer Organismengruppe mit ähnlichem Lebenszyklus angewendet, birgt diese kombinierte Herangehensweise überdies das Potential sog. Hotspots der Selektion im Genom zu identifizieren, die im Vergleich zwischen Arten auf konvergente Prozesse hindeuten könnten.Vögel sind ein gut geeignetes Modellsystem für diese Fragestellungen: Ihre Genome sind stark konserviert und arm an repetitiven Elementen. Ihre Chromosomen unterscheiden sich darüber hinaus stark hinsichtlich ihrer Rekombinationsrate, da sie karyotypisch in Mikro- (<20 Megabasenpaare [Mb]) und Makrochromosomen (>40 Mb) organisiert sind. Ziel des geplanten Projektes ist eine Kombination vergleichender und populationsgenomischer Methoden in der Gattung Corvus auf einer Zeitspanne von etwa 15 Millionen Jahren. Dieser Antrag basiert auf einem verfügbaren Datensatz assemblierter Genome von 12 Krähen- und Rabenarten und populationsgenomischen Resequenzierungsdaten von 9 dieser Arten, der im Laufe des Projektes erweitert werden soll. In mehreren Schritten wird 1) eine genomweite Karte der Selektionslandschaft erstellt (Stärke und Richtung von Selektionskoeffizienten), 2) der Effekt struktureller genetischer Variation (Rekombination) auf Selektion quantifiziert, 3) die Bedeutung der Geschlechtschromosomen während der Artaufspaltung ergründet (engl. fast-Z effect), sowie 4) nach molekularer Konvergenz gesucht, womit möglicherweise das wiederkehrende Auftreten eines Phänotypen mit teilweise weißem oder grauem Federkleid in der durch ansonsten schwarzes Gefieder charakterisierten Gattung Corvus erklärt werden könnte. Somit ist zu erwarten, dass dieses Projekt maßgeblich zum Verständnis von Anpassung, konvergenter Evolution und deren Wechselspiel während der Artaufspaltung beitragen wird.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Schweden
• Gastgeber: Professor Dr. Jochen B. W. Wolf