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Projekt
Genomische und genregulatorische Grundlagen schneller evolutionärer Diversifikation eines multifunktionalen Merkmals
Antragstellerinnen / Antragsteller
Dr. Jan Büllesbach; Dr. Barbara Feldmeyer; Privatdozent Dr. Florian Menzel; Volker Nehring, Ph.D.; Professor Dr. Oliver Niehuis; Professor Dr. Thomas Schmitt
Fachliche Zuordnung
Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 503307636
Evolutionäre Innovation kann durch unterschiedliche Mechanismen hervorgerufen werden: z. B. Mutation in Genen, Evolution neuer Gene aus nicht kodierender DNA, Genduplikation, Insertion transposabler Elemente (TE) und Veränderung der Gen-Transkriptionsrate. Sie ist besonders faszinierend bei komplexen phänotypischen Merkmalen, die lebenswichtig sind und dennoch rasch evolvieren. Ein Beispiel für ein solches Merkmal sind kutikuläre Kohlenwasserstoffe (CHCs). CHCs schützen Insekten vor Austrocknung und fungieren gleichzeitig als Kommunikationssignale. CHC-Profile können sich zwischen nahe verwandten Arten und zwischen Geschlechtern und Kasten derselben Art stark unterscheiden. Die Biosynthese von CHCs ist generell gut verstanden, doch weiß man nur wenig über die molekularen Mechanismen, die CHC-Profilunterschieden und der Evolution neuen Profile zugrunde liegen. Wir möchten daher die genomischen, transkriptomischen und epigenetischen Grundlagen der CHC-Diversifikation aufdecken. Dazu werden wir 13 Paare von nahverwandten Arten mit unterschiedlichen CHC-Profilen aus nahezu allen großen Linien der Stechimmen (Hymenoptera: Aculeata) untersuchen. Zusätzlich werden wir CHC-Profil-Unterschiede zwischen Geschlechtern und Kasten in elf der Arten berücksichtigen. Mittels eines vergleichenden genomischen Ansatzes über Arten hinweg werden wir die Bedeutung von Variation in der Anzahl von Genkopien, nicht-synonymen Veränderungen in kodierenden Sequenzen, alternativem Splicen und regulatorischen Veränderungen für die Divergenz von Phänotypen eruieren. Wir werden untersuchen, ob Veränderungen in der Kopienanzahl von Genen durch ektopische Rekombination oder TE-Aktivität verursacht wurden. Wir werden auch untersuchen, ob bestimmte Gruppen von an der CHC-Biosynthese beteiligt Genen durch Co-Regulation als Einheiten evolvieren. Solche könnten sowohl rasche CHC-Profil-Divergenz als auch häufig auftretende CHC-Profil-Konvergenz erklären. Wir werden dazu die Genome von 13 Arten sequenzierten, Gewebe-spezifische Transkript-Bibliotheken anlegen und die Verteilung von offenem Chromatin und DNA-Methylierungs-Mustern betrachten, um zusätzlich auch die Rolle epigenetischer Mechanismen bei Evolution von CHC-Profilen-Variation einschätzen zu können. Wir vermuten, dass der CHC-Profil-Divergenz zwischen naheverwandten Arten dieselben Mechanismen zugrunde liegen wie der CHC-Profil-Divergenz zwischen Geschlechtern und Kasten. Divergenz von Nukleotiden innerhalb von Genen und Änderungen in der Kopienanzahl von Genen sollten entsprechend erst für CHC-Profil-Divergenzen zwischen entfernt verwandten Arten eine Rolle spielen. Unsere Ergebnisse werden zu einem besseren Verständnis der molekularen Mechanismen führen, die die Evolution eines plastischen, aber lebenswichtigen Merkmals ermöglichen. Sie werden Einblicke in das Zusammenspiel verschiedener genomischer und genregulatorischer Mechanismen geben, die evolutionäre Innovation und Diversifikation verursachen können.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
