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SPP 1819:  Rapid evolutionary adaptation: Potential and constraints

Fachliche Zuordnung Biologie
Medizin
Förderung Förderung von 2015 bis 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 255619725
 
Es gibt verschiedene Szenarien schneller Evolution, aber die Anpassung von Arten in parasitischen oder pathogenen Interaktionen ist eine der Häufigsten. Die hohe Wirtspezifität vieler biotrophen Pathogene wird oft in Bezug auf „trench warfare” oder „arms race” Dynamiken in den interagierenden Populationen diskutiert. Obwohl in den letzten Jahren einige Virulenzfaktoren in verschiedenen Pflanzen-Pathogen-Systemen identifiziert wurden, blieb der genetische Mechanismus von Wirtsspezifität und dessen Evolution unklar. Traditionell dienten „gene-for-gene“ Modelle als Erklärung für Wirtsspezifität und Koevolution, aber scheinbar bauen nur wenige Modellsysteme auf derartige reziproke Interaktionen zwischen Avirulenz- und Resistenz-Genen. Somit sind die Mechanismen von Wirtsspezifität und schneller Anpassung an neue Wirte, wie sie für Wirtssprünge gebraucht werden, in den meisten Modellsystemen unbekannt. In den letzten Jahren wurde die Bedeutung der Hybridisierung bei der Überwindung der evolutionären Sackgasse von Wirtsspezifität populär und einige Populationsstudien konzentrieren sich auf introgressive Hybridisierung um Wirtssprünge oder Wirtswechsel zu erklären. Diese Studien basieren jedoch auf Populationsgenetik und haben die Mechanismen der Hybridisierung bisher nicht untersucht.Deshalb schlagen experimentelle Evolution im Modelsystem Microbotryum–Silene zur Erzeugung von Hybriden von verwandten Arten und zur Selektion von Individuen die Wirtssprünge auf neue Wirte vollzogen haben. Im Rahmen der Vorarbeiten konnten wir zeigen, dass Hybrid-Infektionen mit angemessener Häufigkeit vorkommen und dass sogar Rückkreuzungen mit einem Elter in positiven Infektionen resultieren, indem sie Pathogenität in Bezug auf einen neuen Wirt entwickeln. Vergleichende Genomik der Nachkommen offenbaren Rekombination in den meisten Chromosomen. Deshalb schlagen wir vor, die experimentelle Evolution mit den Hybriden in die F3 Generation weiter zu führen und eine geeignete Anzahl an ausgewählten Stämmen jeder Generation zu sequenzieren, um die Genomzusammensetzung und Genomorganisation in den Eltern, Hybriden und Rückkreuzungen zu vergleichen. Somit sollen mögliche Loci, die für die Wirtsspezifität notwendig sind, identifiziert werden. Zusätzlich planen wir das Transkriptome von kompatiblen und inkompatiblen Interaktionen zu analysieren, um Kandidatengene validieren und ihre Rolle während der wirtsspezifischen Infektion zu analysieren. Der Transkriptom-Ansatz erlaubt darüber hinaus zwischen Dosis-Effekten, die durch die Rekombination von regulatorischen Elementen entstehen, und Fitness-Effekten, die durch einzelne Gene entstehen, zu unterscheiden. Somit zielt unser Projekt auf ein besseres Verständnis der schnellen Evolution von Wirtssprüngen durch Hybridisierung ab.
DFG-Verfahren Schwerpunktprogramme
Internationaler Bezug Großbritannien, Norwegen, Österreich, Schweden, Schweiz, USA

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