Selective sweeps in Drosophila melanogaster

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Stephan
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 64631874

• Erstellungsjahr: 2016

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Lebensbedingungen von Organismen können sich im Laufe der Evolution dramatisch ändern. Wie passen sich Pflanzen und Tiere solchen Umweltveränderungen an? Welche Gene lassen sich im Genom ausmachen, die eine solche Anpassung ermöglichen? Wir haben eine von uns entwickelte Methode benützt, um im Genom von Drosophila melanogaster Spuren positiver Selektionsereignisse zu finden, die zur Adaptation dieser in Afrika beheimateten Fliegen geführt haben (z. B. an die temperierten Klimazonen außerhalb Afrikas). Dazu haben wir ca. 250 kurze Fragmente auf dem X-Chromosom und dem dritten Chromosom von einer Stichprobe von Fruchtfliegen aus Südostasien sequenziert und mit einer bereits analysierten anzestralen Population aus Afrika und einer abgeleiteten Population aus Europa verglichen. Dabei konnten wir feststellen, dass die beiden abgeleiteten Populationen (aus Asien und Europa) zeitgleich aus Afrika ausgewandert sind und sich erst später aufgespalten haben. Ferner haben wir begonnen, die Signaturen der positiven Selektion genauer zu untersuchen. Diese sind vor allem durch eine Reduktion der genetischen Variabilität gekennzeichnet (sog. selective sweeps). Durch die Identifizierung von selective sweeps im Genom konnten wir in drei Fällen das Target-Gen der Selektion bestimmen. Ferner haben wir die Analyse von selective sweeps mit der Kartierung von quantitativen Merkmalen (Kältetoleranz) im Genom kombiniert. Insgesamt konnten wir so mehrere Gene finden, die an der Temperaturanpassung beteiligt sind.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2009): Recent strong positive selection on Drosophila melanogaster HDAC6, a gene encoding a stress surveillance factor, as revealed by population genomic analysis. Mol. Biol. Evol. 26: 1549-1556
  Svetec, N., P. Pavlidis, and W. Stephan
  
• (2010): Detecting strong positive selection in the genome. Mol. Ecol. Resources 10: 863-872
  Stephan, W.
  
• (2010): Genetic hitchhiking versus background selection: the controversy and its implications. Phil. Trans. R. Soc. B 365: 1245-1253
  Stephan, W.
  
• (2010): Searching for footprints of positive selection in whole-genome SNP data from non-equilibrium populations. Genetics 185: 907-922
  Pavlidis, P., J. D. Jensen, and W. Stephan
  
• (2011): Approximate Bayesian analysis of Drosophila melanogaster polymorphism data reveals a recent colonization of Southeast Asia. Mol. Biol. Evol. 28: 2041-2051
  Laurent, S., A. Werzner, L. Excoffier, and W. Stephan
  
• (2011): Identification of X-linked quantitative trait loci affecting cold tolerance in Drosophila melanogaster and fine-mapping by selective sweep analysis. Mol. Ecol. 20: 530-544
  Svetec, N., A. Werzner, R. Wilches, P. Pavlidis, J. Alvarez-Castro, K.W. Broman, D. Metzler, W. Stephan
  
• (2011): Population transcriptomics of Drosophila melanogaster females. BMC Genomics 12: 81
  Müller, L., S. Hutter, R. Stamboliyska, S. Saminadin-Peter, W. Stephan, and J. Parsch
  
• (2012): A critical assessment of storytelling: Gene Ontology categories and the importance of genomic scans. Mol. Biol. Evol. 29: 3237-3248
  Pavlidis, P., J. D. Jensen, W. Stephan, and A. Stamatakis
  
• (2012): Selective sweeps in multi-locus models of quantitative traits. Genetics 192: 225-239
  Pavlidis, P., D. Metzler, and W. Stephan
  
• (2013): Demographic inference reveals African and European admixture in North American Drosophila melanogaster population. Genetics 193: 291-301
  Duchen, P., D. Zivkovic, S. Hutter, W. Stephan, and S. Laurent
  
• (2013): Selective sweep in the Flottilin-2 region of European Drosophila melanogaster. PLoS One 8: e56629
  Werzner, A., P. Pavlidis, L. Ometto, W. Stephan, and S. Laurent
  
• (2014): Adaptive fixation in two-locus models of stabilizing selection and genetic drift. Genetics 198: 685-697
  Wollstein, A. and W. Stephan
  
• (2014): Fine-mapping and selective sweep analysis of QTL for cold tolerance in Drosophila melanogaster. G3-Genes Genomes Genetics 4: 1635-1645
  Wilches, R., S. Voigt, P. Duchen, S. Laurent, and W. Stephan
  
• (2015): Positive selection at the polyhomeotic locus leads to reduced thermosensitivity of gene expression in temperate Drosophila melanogaster. Genetics 200: 591-599
  Voigt, S., S. Laurent, M. Litovchenko, and W. Stephan