Dynamiken in der Chromosomenevolution von Termiten: Inzucht, neue Chromosomentranslokationen und Sozialität

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Ann Kathrin Huylmans; Professor Dr. Dino McMahon
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 503256468

Fortschritte in Genauigkeit, Ertrag und Kosten von Sequenziermethoden haben die Genomforschung von Nicht-Modellorganismen revolutioniert. Wir nutzen diese neuen Möglichkeiten für Einblicke in die evolutionären Ursachen und Folgen von Ringchromosomenentstehung in Termiten. Ringe oder Ketten mehrerer miteinander verbundener Chromosomen können während der Meiose in den Männchen verschiedener Termitenarten beobachtet werden und die weite Verbreitung dieses Merkmals deutet an, dass dies in der Evolution dieser Gruppe eine wichtige Rolle gespielt haben könnte. Die Entstehung von Ringchromosomen kann Auswirkungen über verschiedene evolutionäre Zeiträume haben und wir werden dies auf zwei verschiedenen Ebenen betrachten. Zum Einen werden wir uns die Chromosomenevolution über den Zeitraum anschauen, in dem Eusozialität bei Termiten entstanden ist. Hier ist von besonderm Interesse, ob Ringchromosomen mit weitreichenden Translokationen in Verbindung gebracht werden können und ob dies zur Evolution neuer Chromosomen, wie z.B. Geschlechtschromosomen, in Termiten beigetragen hat. Zweites erforschen wir, ob Ringchromosomen auch Auswirkungen auf die Evolution der Termiten über kurze Zeiträume haben. Wir nutzen europäische Reticulitermes-Arten, um an ihnen zu untersuchen, ob Ringchromosomen eine evolutionäre Antwort auf ein hohes Maß an Inzucht sein könnten. Inzucht ist in Termiten weit verbreitet und hat vermutlich bei ihrer Entstehung eine wichtige Rolle gespielt. Zusätzlich zur Verbindung zu Inzucht untersuchen wir, inwieweit Ringchromosomen zur Genomhistorie verschiedener Populationen und erst kürzlich entstandener Arten beigetragen haben. Im Besonderen wollen wir ergründen, wie Ringchromosomen (und assoziierte strukturelle Varianten) zu genomisch divergenten Regionen werden, da sie Rekombination unterdrücken und sich in Folge die genetische Variation zwischen Populationen und nah verwandten Arten ändert. Wir werden populationsgenetische Methoden basierend auf genomweiten Polymorphismen aus Resequenzierungsdaten mehrerer Termiten nutzen, die aus verschiedenen Populationen ihres europäischen Verbreitungsgebietes stammen. Wir werden die genetische Vielfalt innerhalb und zwischen den Populationen messen und testen, in welchen Ausmaß nicht-neutrale Genloci mit der Ringchromosomenentstehung und assoziierten strukturellen Genomvarianten zusammenhängen. Unser übergeordnetes Ziel ist es, vier qualitativ hochwertige Termitengenome zu sequenzieren und analysieren und zudem eine Resequenzierung für 200 Individuen von vier europäischen Reticulitermes-Arten durchzuführen. Zusammen mit bereits vorhandenen Daten wird uns dies ermöglichen, zu testen, ob Ringchromosomenentstehung mit folgenden Phänomenen zusammenhängt: i) Signaturen von Inzucht, ii) Entstehung von (Geschlechts-)Chromosomen, iii) Entstehung von strukturellen Genomvarianten, wie z.B. Translokationen und iv) Signaturen genetischer Differenzierung und Anpassung innerhalb von und zwischen Arten.

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