Untersuchung der Rolle von Wirt-Mikroben-Interaktion in der Adaptation am Beispiel von Drosophila und Essigsaeurebakterien

• Antragstellerin: Professorin Dr. Judith Korb, seit 6/2022
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 408908608

Obwohl Mikroben oft die Adaptation ihrer Wirte an die Umwelt ermoeglichen, erfolgt in den meisten Studien, in denen Adaptation untersucht wird, ausschliesslich die Untersuchung des Wirts. Unser Ziel ist es diese Perspektive zu erweitern und am Beispiel von Drosophila melanogaster und Essigsaeurebakterien (EB) zu verstehen, wie Wirte und Mikroben in der Adaptation an die Umwelt interagieren. D. melanogaster und EB leben in erster Linie von reifen Fruechten. Diese Ressource ist fluechtig, oft nur lueckenhaft zugaenglich, hat einen hohen Zucker- und niedrigen Aminosaeuregehalt. Unter aminosaeurearmen Laborbedingungen beschleunigen EB das Wachstum von Drosophila drastisch und koennen die Entwicklungszeit um bis zu 10 Tage verkuerzen. Weil von uns und anderen gezeigt werden konnte, dass EB auch haeufig mit wildgefangenen D. melanogaster assoziiert sind, liegt die Vermutung nahe, dass EB auch unter natuerlichen Bedingungen die Fitness von D. melanogaster erhoehen. Daher sollte es fuer Fliegen adaptiv sein, wachstumsfoerdernde EB zu neuen Nahrungsquellen und Eiablageplaetzen zu transportieren. Gleichzeitig profitieren die unbeweglichen Bakterien vom Transport durch Fliegen, um die fluechtige Ressource rechtzeitig verlassen und zur Naechsten gelangen zu koennen. Daher sollten genetische Varianten, die die assoziation von EB mit D. melanogaster foerdern, Spuren positiver Selektion in Fliegen und Bakterien aufweisen. Im vorliegenden Antrag konzentrieren wir uns auf die mikrobiellen Symbionten, die bisher weniger Aufmerksamkeit genossen haben. Wir werden (i) messen, wie gut unterschiedliche EB von Fliegen transportiert werden und diese Eigenschaft mit bakteriellen Genen und Genvarianten in einer pan-genome wide association study (pan-GWAS) assoziieren, (ii) die Genaktivitaet von Bakterien im symbiotischen und aposymbiotischen Zustand mittels RNA-seq vergleichen, um Bakteriengene zu identifizieren, die an der Interaktion mit dem Wirt beteiligt sind, (iii) evolutionaere Analysen an den Genen aus pan-GWAS und RNA-seq-Experiment durchfuehren, (iv) funktionell analysieren, ob und wie Gene aus pan-GWAS und RNA-seq-Experiment, die Anzeichen positiver Selektion tragen, den Bakterientransport und die Fitness von D. melanogaster beeinflussen und (v) kontinentweite Mikrobiomdaten analysieren, um die Funktion von wirtinteragierenden Genen in der Adaptation an die Umgebung zu verstehen. Im Gegensatz zu vielen vorherigen Studien, werden wir die Interaktion mit Bakterien untersuchen, die von wildgefangenen D. melanogaster isoliert wurden und daher fuer die Evolution der Fliegen unter natuerlichen Bedingungen eine Rolle spielen koennen. Durch die Verwendung von D. melanogaster als Wirt koennen wir uns die gesamte Bandbreite der populationsgenomischen und genetischen Methoden zu Nutze machen, die fuer D. melanogaster zur Verfuegung stehen. Fuer die Untersuchung der EB steht uns ebenfalls ein volles Arsenal an genetischen Methoden zur Verfuegung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Fabian Staubach, bis 6/2022