Evolutionärer Wandel durch genomische Vermischung in einem Hybrid Fisch

• Antragsteller: Dr. Stefan Dennenmoser
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418090872

Hinweise darauf dass Vermischung von divergenten Evolutionslinien Evolutionsprozesse verstärken kann haben sich zwar verdichtet, aber wie genau solche evolutionäre Veränderungen bewirkt werden ist noch immer hoch umstritten. Ein relevanter Effekt wird allgemein unter dem Begriff "Genomischer Schock" oder "Genomische Instabilität" zusammengefasst. Ein Beispiel hierfür ist eine Erhöhung von Kopienanzahlen, bewirkt durch die Aktivierung von Transposons oder auch durch erhöhte Raten nicht-homologer Rekombinationsereignisse. Obwohl solche Auswirkungen durch Transposons schon lange vor der genomischen Ära bekannt waren, bleibt es nach wie vor unklar welche Mechanismen der Anhäufung von Transposons in natürlichen Hybridlinien zugrunde liegen. Deshalb schlage ich vor, solche Fragen betreffend der Evolutionsdynamik vermischter Genome mit neuen technologischen Möglichkeiten zu erforschen, und von einer jungen Evolutionslinie einer Hybridart ("Invasive Cottus") mitsamt seinen verfügbaren Forschungs-Ressourcen, Gebrauch zu machen. In meinen genomischen Analysen von Genduplikationen und Transposition habe ich einen auffälligen Anstieg von Kopienanzahlen sowohl von Transposons als auch von repetitiven Elementen bei invasiven Cottus gefunden. Dies könnte durch einen Transpositions "Burst" erklärbar sein, aber auch durch eine Expansion centromerischer Bereiche in welchen Transposons und repetitive Elemente sehr häufig sind. Centromerische Expansion könnte einen Mechanismus darstellen der für ungleiche Centromerlängen kompensiert wenn zwei Elternarten hybridisieren (centromerischer Drive). Die Anhäufung von Transposons in Hybriden könnte daher durch einen Transpositions Burst, oder alternativ, durch einen indirekten Effekt genomischer Stabilisierung erklärt werden.Mein Forschungsansatz beinhaltet die Sequenzierung langer Genabschnitte, kombiniert mit verschiedenen experimentellen Ansätzen, um zwischen Transposition und Expansion repetitiver Bereiche als möglicher Ursache der Akkumulation von Transposons zu unterscheiden. Evolutionärer Wandel genomischer Stabilität wird durch eine Populationsanalyse von strukturellen Veränderungen untersucht. Solche Daten werden sowohl von Hybriden als auch den Elternarten mit Hilfe von Nanopore Sequenzierung erhoben. Die Verwendung von extrem langen Genabschnitten wird es erlauben centromerische Regionen zu assemblieren, welche mit Hilfe von ChIP-seq Experimenten mit einem Centromer-spezifischen Antikörper (CENP-A) auf Expansion in den Hybriden getestet werden können. Nanopore Daten werden weiterhin verwendet um Veränderungen vom Methylierungsmustern, welche die Regulierung von Transposons beeinflussen können, zu untersuchen. Zuletzt werde ich unter Verwendung von small-RNA Sequenzierung invasive Cottus auf evolutionäre Veränderung der Transposon Regulierung durch small RNAs testen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen