Ein Wurm, zwei verschiedene Gehirne: Untersuchung der divergenten neuronalen Architektur im Zusammenhang mit der Evolution eines polyphenen Verhaltensmerkmals.

• Antragsteller: James Lightfoot, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Biologie des Verhaltens und der Sinne
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 533395631

Phänotypische Plastizität beschreibt die Fähigkeit eines einzelnen Genotyps, in Abhängigkeit von Umwelteinflüssen eine Vielzahl unterschiedlicher Phänotypen zu zeigen. Wenn ein phänotypisch plastisches Merkmal eher diskrete Phänotypen anstelle von kontinuierlichen Merkmalen hervorruft, spricht man von einem Polyphänismus. Es wird zunehmend erkannt, dass phänotypische Plastizität für die Evolution morphologischer Merkmale von Bedeutung ist, jedoch ist wenig darüber bekannt, wie sie zu Verhaltensanpassungen beiträgt. Daher werden wir in diesem Projekt die neuronale Architektur untersuchen, die mit einem Polyphänismus in der Kontrolle von zwei unterschiedlichen Verhaltensweisen der Nematodenart Pristionchus pacificus assoziiert ist. Bei P. pacificus führt ein polyphänes Fütterungsmerkmal zur Bildung von zwei möglichen irreversiblen Morphologien. Unter bestimmten Umweltbedingungen bilden die Tiere eine einzahnige Lebensform aus, die sich ausschließlich von Mikroben ernährt, während andere Bedingungen dazu führen, dass die Tiere eine alternative omnivore Lebensform mit zwei Zähnen entwickeln, die den Raub von Larven anderer Nematoden erleichtert. In diesem genetisch und molekular gut erforschten Organismus ist zwar viel über das genregulatorische Netzwerk bekannt, das über das Schicksal der Morphologie entscheidet, aber die Regulation des Verhaltens ist unbekannt. Mithilfe von RNA-seq-Experimenten werden wir zunächst genetische Komponenten identifizieren, die mit den neuronalen Expressionsunterschieden zwischen den beiden Varianten verbunden sind. Diese werden mit Hilfe von Transgenen und CRIPSR/Cas9 weiter untersucht, um mögliche funktionelle Beiträge zu identifizieren, die mit der spezifischen Verhaltensdivergenz der einzelnen Morphologie verbunden sind. Darüber hinaus verfügt P. pacificus über ein kleines Nervensystem, das aus etwa 300 Neuronen besteht und daher gut für Analysen des gesamten Konnektoms geeignet ist. Daher werden wir gleichzeitig vergleichende Konnektome der Köpfe der Würmer mit verschiedenen Morphologien erstellen, um den Beitrag der neuronalen Architektur zu den verschiedenen Verhaltensweisen zu bestimmen. Diese Arbeit untersucht somit zum ersten Mal die evolutionäre Spezialisierung und Anpassungsfähigkeit generell genutzter Hauptverschaltungen und untersucht auf funktioneller Ebene sowohl die Konservierung als auch die Divergenz zwischen genetischen Komponenten sowie die unterschiedliche Funktionsweise neuronaler Schaltkreise bei einer polyphänen Art.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2205: Evolutionäre Optimierung neuronaler Systeme
• Mitverantwortlich: Professor Kevin Briggman, Ph.D.