Ausmaß, Geschwindigkeit und Ursachen der Veränderungen des Repertoires Protein-kodierender Gene holometaboler Insekten (Insecta: Endopterygota)

• Antragsteller: Professor Bernhard Misof, Ph.D.; Professor Dr. Oliver Niehuis
• Fachliche Zuordnung: Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere ; Evolution, Anthropologie ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315489364

Die meisten phänotypischen Unterschiede zwischen Arten repräsentieren Manifestationen ihrer genomischen Unterschiede. Auch wenn die Evolution organismischer Diversität häufig als Evolution regulatorischer Netzwerke interpretiert wird, könnten die Veränderungen des Genrepertoires der Arten ebenfalls signifikant zur Entstehung organismischer Vielfalt beigetragen haben. Tatsächlich haben Genomsequenzierprojekte zu der unerwarteten Erkenntnis geführt, dass nahezu jede (eukaryotische) Art einen umfangreichen Satz artspezifischer Protein-kodierender Gene besitzt. Dieses Ergebnis impliziert, dass Genfluktuation (GF) ein möglicherweise unterschätzter Faktor bei der Entstehung organismischer Vielfalt ist. Die Abschätzung von GF-Raten und die Identifikation von Mechanismen und Faktoren, welche Veränderungen der GF-Raten verursachen könnten, erfordern eine umfangreiche Stichprobe sequenzierter Genome sowie das Wissen um die Verwandtschaftsverhältnisse und die Divergenzzeiten der untersuchten Spezies. Solche Datensätze waren bisher kaum vorhanden. Insbesondere die Untersuchung der Rolle der GF in den Genomen der Insekten, der artenreichsten Gruppe (in Anbetracht ihres phylogenetischen Alters) von Tieren, war bisher aus diesem Grund nur unbefriedigend möglich. Um solche Analysen zu ermöglichen und damit auch ein besseres Verständnis dieses wichtigen Aspektes der Genomdynamik zu erhalten, haben wir entsprechende genomische und phylogenetische Daten erhoben. So haben wir die Genome von insgesamt 33 Insektenarten, welche nahezu alle rezenten Ordnungen der artenreichen Holometabola abdecken, de novo sequenziert. Außerdem haben wir die frühe Stammesgeschichte der Insekten rekonstruiert und dabei auch die Divergenzzeiten verlässlich abgeschätzt. Die Auswertung dieses Datensatzes erlaubt uns, zuverlässig die GF-Raten in Insektengenomen zu kalkulieren. Unsere Daten erlauben darüber hinaus, die Bedeutung viel versprechender genomischer Faktoren für GF-Ratenänderungen zu beurteilen, insbesondere jene von Genomduplikationen sowie von nicht-homologer (ektopischer) Rekombination. Letztere kann durch die Präsenz und die Vervielfältigung transposabler Elemente (TE) gefördert werden. Um das Wirken dieser Faktoren zu rekonstruieren, möchten wir in unserem Vorhaben die Repertoires und Diversifikationsgeschichten Protein-kodierender Gene und transposabler Elemente ermitteln und nach genomweiten simultanen Expansionen von Genfamilien suchen. Unsere Annahme ist, dass Veränderungen der TE-Häufigkeit und/oder das Auftreten von Genomduplikationen mit Änderungen der GF-Raten korrelieren. Die Ergebnisse unserer Studie werden neues Licht auf die Dynamik von GF-Raten in Insektengenomen werfen und helfen, Faktoren und Mechanismen aufzudecken, die für GF-Ratenveränderungen verantwortlich sind. Da das Genrepertoire ein fundamentaler Bestandteil eines Genoms ist, sind die erwarteten Ergebnisse für Wissenschaftler unterschiedlichster Disziplinen von großem und grundsätzlichem Interesse.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen