Die Signaturen von Speziation und Hybridisierung in den Genomen der Galápagos Iguanas

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Hofreiter; Professor Dr. Sebastian Steinfartz
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 433021569

Vulkanische Inseln werden als „natürliche Labore“ der Evolution bezeichnet, da hier wichtige evolutionäre Prozesse unter vereinfachten Bedingungen im Vergleich zum Festland analysiert werden können. Einer der fundamentalsten evolutionären Prozesse, der sich hier abspielt, ist die Besiedlung durch und anschließende Evolution von Gründer-Individuen einer Art vom Festland. Die Anpassung an ungewohnte Umweltbedingungen dieser Individuen können zur Bildung neuer Arten und ganzer Artenschwärme (adaptive Radiationen) führen. Die Galápagos-Inseln stellen mit ihren endemischen Arten und deren Evolution wohl eines der bekanntesten „natürliche Labore“ der Evolution dar. Nachdem Individuen einer Echsen-Art vom südamerikanischen Kontinent vor rund 10 Millionen Jahren auf die Galápagos-Inseln verdriftet worden sind, war dies der Beginn der Evolution der Galápagos-Iguanas, die sich dann in Land- (Gattung Conolophus) und Meerechsen (Gattung Amblyryhnchus) differenzierten. Wie keine andere Echsenart weltweit haben sich die Meerechsen an das Leben im Meer angepasst. Die zahlreichen Inselpopulationen ermölgichen die Interaktion von zwei fundamentalen Prozessen – lokale Adaptation/Artbildung und Hybridisierung – zu untersuchen. Die Sequenzierung der Genome der Galápagos-Iguanas und deren Schwestertaxa – Iguanas der Gattungen Cachryx und Ctenosaura vom südamerikanischen Festland – ermögicht die genomischen Signaturen der Divergenz der Galápagos-Iguanas und der folgenden Aufspaltung in Land- und Meerechsen zu identifizieren. So können genomische Regionen und Gene identifiziert werden, die bei der Neubesiedlung von Inseln eine Rolle spielen, und es den Meerechsen erlaubt haben, sich sekundär an einen marinen Lebensraum anzupassen. Mit den beiden Referenzgenomen der Galápagos-Iguanas wird es möglich sein unsere Hypothese, dass genetische und genomische Äquivalente von lokalen Anpassungsprozesses (wie sie z. B. auf der Insel San Cristóbal zu beobachten sind) durch Hybridisierungsereignisse in eine Art „common gene pool“ der Meerechse integriert werden. Ein solcher Prozess würde das evolutionäre Potential und somit die Überlebenswahrscheinlichkeit einer Art erhöhen. Wir testen diese Hypothese, in dem wir zuerst auf lokaler Ebene eine Feldstudie durchführen, welche Einblicke in ablaufende Adaptations- und Hybridisierungsprozesse auf der Insel San Cristóbal erlauben. Die aus diesem evolutionären Schnappschuss gewonnen Erkenntnisse sollen dann in einem größeren Kontext in einem Populations-genomischen als auch transkriptionellen und proteomischen Ansatz integriert und analysiert werden. Hierzu sollen low-coverage Genome in Kombination mit Genexpressions-Daten auf Populationsebene erhoben werden. Die für die Meerechsen-Populationen gefundenen genomischen Abdrücke lokaler Anpassung und Hybridisierung sollen mit denen der Land-Iguanas verglichen werden, bei deren Evolution phylogenetische Divergenz (Artbildung) ohne Anzeichen von Hybridisierung statt gefunden hat.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen