Genomweite Detektion von Selektion und Adaptation bei einer sklavenhaltenden Ameise und ihrem koevoluierenden Wirt

• Antragstellerinnen: Dr. Barbara Feldmeyer; Professorin Dr. Susanne Foitzik
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Biologie des Verhaltens und der Sinne
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 254024224

Die Koevolution zwischen antagonistischen Arten kann ein evolutionäres Wettrüsten mit Zyklen der Koadaptation antreiben. Fortschritte in der Sequenzierungstechnologie erlauben es nun die molekulare Basis von evolutionären Anpassungen auf genomischen Niveau in Nicht-Modelarten zu untersuchen. In diesem Projekt fokussieren wir uns auf ein gut untersuchtes Parasit-Wirtssystem bestehend aus der sklavenhaltenden Ameise Temnothorax americanus, einem obligaten Sozialparasiten, und seiner verwandten Wirtsart Temnothorax longispinosus, für welches es viel Evidenz für Koevolution und lokaler Anpassung gibt. Während unserer ersten Förderphase haben wir mittels Transkriptomik Gene ermittelt, die dem Raubzugsverhalten und dem Wirtsverteidigungsverhalten dreier sklavenhaltender Ameisen und deren drei Wirtsarten der Gattung Temnothorax zugrunde liegen. Wir konnten Kandidatengene detektieren, die während der Sklavenraubzüge hochreguliert waren und unter Selektion liegen. Erste RNAi-Experimenten konnten deren Funktion für das Raubzugsverhalten zeigen. Wir fanden sowohl bei den differenziell exprimierten Genen als auch jenen unter Selektion wenig Überlappung zwischen Arten, was auf artspezifische, evolutionäre Entwicklungen hindeutet. Ein erstes Projekt, welches unterschiedliche Populationen vergleicht, zeigte, dass die Wirtsreaktionen und die Genexpression im Gehirn von der Herkunft des angreifenden Sklavenhalters abhängt, insbesondere der Parasitenprävalenz in der Sklavenhalterpopulation. In der 2. Förderphase möchten wir einen Schritt weitergehen und die molekulare Basis der Koevolution genomweit untersuchen. Dies ist nun möglich, da wir nun die annotierten Genome unserer beiden Modelarten zur Verfügung haben. Wir verwenden Populationen eines „natürlichen Experimentes“, in denen Wirt und Parasit in Sympatrie koevoluieren oder in Allopatrie vorkommen. Wir schlagen vor, die genetische Basis von Anpassungen, den Typ und die Stärke der Selektion und ob hauptsächlich regulatorische Regionen oder protein-kodierende Gene für Koadaptation wichtig sind, zu untersuchen. Wir werden genomweites Pool-Seq und Resequenzierung von Ameisengenomen kombinieren, um in 12 Wirts- und 8 Sklavenhalterpopulationen Gene und Regionen unter Selektion und Kopplung zu identifizieren. Wir werden chemische Merkmale (kutikuläre Kohlenwasserstoffe und Dufourdrüsensekrete) und gewebespezifische Genexpression aller Populationen bestimmen, um damit eine genomweite Assoziierungsstudie durchzuführen, welche die genomischen Informationen mit chemischen, transkriptomischen und Verhaltensphänotypen verknüpft. Indem wir mehrere Populationen unter ähnlichen Selektionsdrücken analysieren können wir aufdecken, ob Koevolution verschiedene Wege in unterschiedlichen Gebieten geht oder parallel verläuft. Interessante Kandidatengene werden wir experimentell auf ihre Funktion überprüfen. Insgesamt wird unsere Studie wichtige Einblicke in genetische Mechanismen koevolutiver Anpassungsprozesse geben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen