ImmuNov: Genomik und Epigenomik von Immuninnovationen bei Insekten

• Antragsteller: Dr. Vincent Doublet
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 502998251

Die Entstehung neuartiger funktioneller Gene ist einer der wichtigsten Prozesse, die zur evolutionären Innovation beitragen. Vergleichende Genomik ermöglicht das Studium der Generepertoire-Evolution, die Kartierung von Gewinn und Verlust von Genen über phylogenetische Knoten hinweg. Es kann jedoch schwierig sein neu identifizierte Gene, die manchmal nur in einer begrenzten Anzahl von Taxa vorkommen, funktionell zu annotieren. Genomstudien können Gene oft nicht identifizieren, wenn sie neue Funktionen erworben haben, und bestimmen, wie sie sich in bereits bestehende konservierte Genpfade integrieren. Glücklicherweise bieten jüngste Fortschritte in anderen Omics-Methoden wie Transkriptomik und Epigenomik wichtige ergänzende Ressourcen zu Genomstudien. Die Transkriptomik ermöglicht die unvoreingenommene Identifizierung von Genen, die durch experimentelle Behandlungen reguliert werden, unabhängig von homologiebasierten Annotationen. Demgegenüber deckt die Epigenomik strukturelle Veränderungen an der DNA und cis-regulatorische Sequenzen auf, welche die Genregulation und -expression beeinflussen.Mit ImmuNov möchte ich verstehen, wie sich neuartige Gene und Gene mit neuartiger Funktion in bereits existierende hochkonservierte Gennetzwerke integrieren können und wie ihre Expression reguliert wird. Als Funktionsmodell werde ich das angeborene Immunsystem von Insekten verwenden. Dieses ist sowohl in seinem Kernsatz an Genen und Signalwegen hoch konserviert als auch eines der sich am schnellsten entwickelnden biologischen Systeme. Zudem verfügt es über eine hohe Rate an Gengewinnen und -verlusten über die gesamte Insektenphylogenie hinweg. Um dies zu erreichen, werde ich ein Screening der immuninduzierten Genexpression bei phylogenetisch unterschiedlichen Insektenarten durch experimentelle Infektionen mit zwei opportunistischen Pathogenen durchführen, um gemeinsame Sätze von Immungenen und neue, taxonspezifische immuninduzierte Gene zu identifizieren. Ich werde die Rolle der Chromatinzugänglichkeit als epigenomischer Mechanismus zur Kontrolle der Immungenexpression als Reaktion auf Infektionen testen und die cis-regulatorischen Elemente identifizieren, die das Expressionsmuster immuninduzierter Gene steuern. Schließlich werde ich die Evolutionsgeschichte immuninduzierter Gene aufdecken und testen, ob taxonspezifische Immungene eine spezifische epigenetische Signatur aufweisen. Jüngste Entwicklungen in molekularen und computergestützten Technologien bieten die Möglichkeit, erstmals eine groß angelegte vergleichende Studie immuninduzierter Transkriptome zu entwerfen, die in kontrollierter Weise mit Epigenomik gekoppelt neue Gene identifizieren und ihre Regulationsmechanismen aufdecken kann. Dieses innovative Projekt wird über das Drosophila-Modell hinaus Einblicke in grundlegende funktionelle Aspekte der genomischen und epigenomischen Grundlagen der Immuninnovation bei Insekten liefern, die mit vergleichender Genomik allein nicht erreichbar sind.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2349: Die Genomischen Grundlagen Evolutionärer Innovationen (GEvol)