Was entstehende Arten trennt – Ursachen pre- und postzygotischer Isolationsbarrieren in Spodoptera frugiperda

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. David G. Heckel; Dr. Sabine Hänniger
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446441643

Das Konzept der Entstehung neuer Arten trotz Genfluss zwischen den Populationen (sympatrische Artbildung) erfreut sich zunehmender Akzeptanz. Dennoch ist dieser Mechanismus der Evolution schwer zu erforschen, da meist viele verschiedene Faktoren Einfluss auf die Populationen nehmen und als Isolationsbarrieren dienen. Reproduktionsbarrieren können entweder durch divergente Selektion initiiert werden, oder durch das Entstehen genetischer Inkompatibilität zwischen Populationen. Unser Projekt hat zum Ziel, jene Faktoren zu entwirren, die zur Differenzierung der beiden sympatrischen Populationen des Herbstheerwurms (Spodoptera frugiperda) beitragen. Dieser Eulenfalter ist ein idealer Organismus um verschiedene Isolationsbarrieren bei beginnender Artbildung zu untersuchen. Die beiden Populationen unterscheiden sich genetisch und in phänotypischen Unterschieden, die als Reproduktionsbarrieren dienen können. Die Ziele des Projektes sind im Einzelnen:1) Identifikation und Charakterisierung von divergenten genetischen Regionen Mit einem neuen populationsgenetischen Ansatz werden alle genetischen Regionen identifiziert, die sich zwischen den Populationen unterscheiden. Die identifizierten Gene werden nach ihrem hypothetischen Beitrag zur Artbildung klassifiziert: zeitliche Unterschiede, Präferenzen der Eiablage, Pheromone, Frigidität und Fertilität von Hybriden sowie larvale Präferenzen und Fitnessunterschiede. Mit CRISPR/Cas9 werden die Kandidatengene in ihrer Funktion charakterisiert. 2) Untersuchung der genetischen Basis der Reproduktionsbarrieren in invasiven Populationen. Vorexperimente zeigte, dass Larven afrikanischer invasiver Populationen Fitnesskosten erleiden, wenn sie von Mais gesammelt und auf Reis umgesetzt werden und andersherum. Das deutet auf das Potential zur Adaption in neuen Habitaten hin. Wir werden die genetischen Unterschiede zwischen den invasiven Populationen untersuchen. 3) Erforschen der Ursachen unterschiedlicher FutterpflanzenDie beiden Populationen werden häufig auf unterschiedlichen Futterpflanzen gefunden. Dies beruht wahrscheinlich entweder auf unterschiedlichen Eiablagepräferenzen oder auf unterschiedlichen Eigenschaften der Eier. Wir werden die genetische Basis beider Merkmale mit GWAs erforschen. 4) Untersuchen der ultimaten Gründe der zeitlichen DifferenzierungWarum unterscheiden sich die Populationen in ihrer Paarungszeit während der Nacht? Die genetische Basis dieses Unterschied wird bereits erforscht, aber uns interessieren weiterhin, welche Vorteile es für beide Populationen hat, sich in unterschiedlichen Zeitfenstern zu paaren. Wir gehen den Fragen nach, ob Fressfeinde oder die Verteidigung der Futterpflanzen eine Rolle dabei spielen.Die Kraft der Studie basiert auf der Kombination verschiedener Ansätze: Die Untersuchung der Phänotypen in der Natur kombiniert mit Vorwärtsgenetik (in Deutschland) und Rückwärtsgenetik kombiniert mit funktioneller Genetik (in Frankreich).

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Emmanuelle D' Alencon; Dr. Ki-Woong Nam