Evolutionäre Genomik der Sozialität in Käfern

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Peter Biedermann; Dr. Mark C. Harrison; Volker Nehring, Ph.D.; Professorin Dr. Sandra Steiger
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 503320462

Sozialität ist bei Insekten selten, aber doch mehrmals in verschiedenen Taxa entstanden. Dabei können soziale Interaktionen von reiner Brutpflege (subsozial) bis hin zu komplexen Kolonien mit reproduktiver Arbeitsteilung reichen, z.B. bei Ameisen, Bienen und Termiten, (eusozial). In mehreren Studien wurden genomische Besonderheiten im Zusammenhang mit der Evolution von Eusozialität gefunden, insbesondere bei Hymenopteren (v.a. Ameisen und Bienen) und Termiten. Ähnliche Studien über die frühe Evolution von subsozialem Verhalten, z.B. bei Käfern, wurden bislang noch nicht durchgeführt.Dadurch ergibt sich ist eine bedeutende Wissenslücke, da Subsozialität, die in mindestens elf Käferfamilien auftritt, als wichtiger erster Schritt in Richtung Eusozialität angesehen wird. Im Rahmen unseres Projekts wollen wir diese Lücke schließen, indem wir Änderungen im Genom untersuchen, die mit der Evolution von Sozialverhalten bei Käfern einhergehen. Dabei unterscheiden wir zwischen den ersten Schritten in Richtung subsozialer Brutpflege und fortgeschrittener Evolution zu Eusozialität. Wir beabsichtigen, jeweils mehrere Arten aus zwei Käferfamilien (Aaskäfer und Rüsselkäfer) zu untersuchen, die eine unterschiedlich starke Ausprägung der Subsozialität sowie zwei Ursprünge der fakultativen und einen Ursprung der obligaten Eusozialität aufweisen.Mit Genom- und Transkriptomanalysen wollen wir Veränderungen der Zusammensetzung des Genoms, der transkriptionalen Regulation, der Proteinevolution und der Expressionsmuster untersuchen, die mit den Übergängen von solitärem zu subsozialem Leben und der weiteren Evolution zu obligater Eusozialität zusammenhängen. Diese Ergebnisse werden wir durch Tests auf stabilisierende und gerichtete Selektion untermauern. In den frühen Stadien der sozialen Evolution erwarten wir, dass vor allem regulatorische Veränderungen für die Entstehung der für Brutpflege typischen Genexpressionsmuster verantwortlich sind. Bei der Evolution zu obligater Eusozialität bei holzbrütenden Rüsselkäfern erwarten wir größere adaptive Veränderungen, vor allem solche, die sich auf Kommunikation, Ernährung und Immunität auswirken. Mit Vergleichen der Genomevolution bei sozialen Käfern mit mehreren Ursprüngen der Eusozialität bei anderen Insektenordnungen (Hymenoptera, Isoptera) wollen wir molekulare Mechanismen identifizieren, die universell mit den seltenen evolutionären Entwicklungen von solitären zu eusozialen Arten zusammenhängen. Darüber hinaus wollen wir durch die Kombination dieser genomischen und transkriptomischen Analysen mit RNAi-Experimenten Genfamilien und -netzwerke identifizieren, die funktionell für soziales Verhalten verantwortlich sind. Dieses Projekt kann uns dem Verständnis der genomischen und regulatorischen Mechanismen näherbringen, die die Entstehung von Subsozialität und Eusozialität begünstigen oder aber durch sie verursacht wurden.

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