Veraenderung der Mikrobiota waehrend der kompletten Metamorphose: Ursache oder Folger?

• Antragsteller: Professor Dr. Jens Rolff
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 389139730

Mit insgesamt einer Million beschriebenen Arten sind die Insekten die artenreichste Tiergruppe. Die große Mehrheit der Insekten entwickelt sich mittels kompletter Metamorphose, bei der viele Organe in der Puppe ganz abgebaut und wieder neu aufgebaut werden und es zu einer völligen Veränderung der Gestalt kommt. Der adaptive Vorteil dieser Entwicklung ist nicht geklärt. Die komplette Umorgansiation des Körpers ist potentiell mit grossen Kosten verbunden. Einerseits könnte die Darmmikrobiota verloren gehen, andererseits besteht wöhrend der Erneuerung des Darms das Risiko opportunistischer Infektionen. Aber genau diese Aspekte der Reorganisation koennten ein adaptiven Vorteil darstellen; eine Reset der Mikrobiota im Darm während der Entwicklung. Dies könnte darin resultieren, dass Larven und Adulte einer Art unterschiedliche Nahrungsquellen nutzen können und daher wesentlich einfacher unterschiedliche Nischen besetzen könnten.Dies Projekt hat drei wesentliche Ziele. 1) Erstens soll ein Vergleich zwischen der Aenderung der Mikrobiota während der Ontogenese zwischen holo-und hemimatabolen Insekten durchgefuehrt werden. Die Vorraussage ist, dass sich sowohl in Diversität als auch Abundanz der Mikrobiota wesentlich stärkere Änderungen in den holometabolen Insekten zeigen als in den Hemimetabolen. Dies wird durch eine vergleichended Studie verschiedener Lebensstadien in den wesentlichen Insektenordnungen untersucht. Im zweiten Teil 2) geht es darum zu zeigen, dass das Immunsystem die Änderungen der Mikrobiota während der Ontogense reguliert. Es wird erwartet, dass die Immungenregulation während der Metamorphose weitgehend unabhängig von der Mikrobiota stattfindet (hardwired). Zunächst wird in ausgewählten holo-und hemimetabolen Insekten mittels RNAseq die Regulation der Immungene während der Ontogenese untersucht. Besonders hoch exprimierte Gene werden dann in einem weiteren Experiment ausgeschaltet, um ihre Rolle in der Regulation der Mikrobiota zu untersuchen. 3) Soll die Mikrobiota während der Ontogenese experimentell manipuliert werden, um zu zeigen, dass diese Änderung ein adaptiver Vorteil der kompletten Metamorphose ist. Dazu wird die Darmmikrobiota in hemimetabolen Insekten so verändert, wie es in holometabolen Insekten waehrend der Metamorphose geschieht. Damit können hemimetabole Insekten an neue Nahrungsquellen angepasst werden, d.h. Larven und Adulte ernähren sich anders. Dieses Experiment beinhaltet die Aenderung der Darmmikrobiota durch Antibiotika und Mikrobiota-Transplantationen. Dieses Forschungsprogramm wird wesentliche Erkenntnisse liefern, die unser Verständnis, warum die komplette Metamorphose evolvierte, signifikant vertiefen. Dies bildet einen sehr wichtigen Beitrag zum Verständnis der Diversifikation der artenreichsten Gruppe vielzelliger Organismen, den holometabolen Insekten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen