Dormanz in der Populationsgenetik

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Jochen Blath; Professorin Dr. Noemi Kurt
• Fachliche Zuordnung: Mathematik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 285659567

Dormanz, oder (Saat)ruhe, ist eine gut dokumentierte Eigenschaft in vielen Taxa, einschließlich vieler Mikroorganismen, und erzeugt eine ''Seedbank'', welcher eine wichtige Rolle in der Populationsgenetik zugeschrieben wird. Vor kurzem wurde eine neue universelle Koaleszenzstruktur eingeführt, der Seedbank-Koaleszent. Er tritt auf natürliche Weise als Skalierungslimes eines Wright-Fisher-Modells mit Dormanz rückwärts in der Zeit auf. Eine erste mathematische Betrachtung dieses Modells zeigt qualitative Unterschiede zu herkömmlichen Koalezsentenmodellen wie dem Kingman-Koaleszenten auf. Nachdem erste Ergebnisse bereits erzielt wurden, eröffnen diese neuen Objekte viele neue Forschungsrichtungen in der Populationsgenetik. Im vorliegenden Projekt planen wir eine sorgfältige und weitreichende mathematische und statistische Untersuchung des Seebank-Modells und des Seedbank-Koaleszenten, wobei wir drei Hauptlinien verfolgen werden: Erstens werden wir das Modell im Detail mathematisch analysieren, insbesondere im Hinblick auf Langzeitverhalten, Baumstruktur des Koaleszenten, Grenzwertsätze, Partitionsstruktur und Universalität. Zweitens werden wir das Modell um weitere evolutionäre Kräfte erweitern, insbesondere um allgemeine Mutationsräume, verschiedene Arten von Selektion, fluktuierende Populationsgröße, oder Umweltveränderungen. Auch unterschiedliche Mechanismen im Übergang in die und aus der Dormanz werden untersucht werden. Dies wird einem besseren Verständnis der Dormanz als evolutionärer Kraft und ihrem Wechselwirken mit anderen Kräften dienen. Drittens werden wir das Modell statistisch analysieren, insbesondere klassische Größen wie das Frequenzspektrum unter dem Seedbank-Koaleszenten. Ein weiteres Ziel wird die Bestimmung von Likelihoods und (näherungsweisen) Samplingformeln sein. Wir planen, Parameter wie die Seedbank-Größe, die Rate für den Übergang in die Dormanz, oder die Mutationsrate zu schätzen, und Tests entwickeln, z.B. auf Existenz von (starken oder schwachen) Seedbanks, oder auf das Vorkommen von Mutationen in dormanten Formen. Diese Inferenzmethoden sollen mittels Simulationen überprüft werden, und schließlich zu einer Toolbox für Biologen zur Anwendung auf Daten führen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1590: Probabilistische Strukturen in der Evolution