Genomische Analyse zu Inzucht, DNA-Methylierung und Expression sexueller Merkmale in einer Vogelart mit Balzverhalten

• Antragsteller: Professor Dr. Joseph Hoffman
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 454606304

Bereits Darwin prägte den Begriff „sexuelle Selektion“ um die Evolution auffälliger Merkmale zu beschreiben, deren komplexe Verknüpfungen wir seither immer besser verstehen. Sexuelle Selektion unterliegt der Idee, dass individuelle Qualität signalisiert wird und obwohl wir bereits wissen, dass die genetische Diversität ein wichtiger Bestandteil der genetischen Qualität eines Individuums ist, haben wir wenig Verständnis über sowohl die genetische Architektur als auch Mechanismen der Genregulation von Geschlechtsmerkmalen. Bei der Merkmalsausprägung spielen neben Inzucht und Inzuchtdepression oft auch dynamische Faktoren wie Alter und Lebensraum eine wichtige Rolle und lässt folglich suggerieren, dass epigenetische Effekte des Körperzustands vermitteln können, wie Genotyp-abhängige Geschlechtsmerkmale reguliert werden. Solche bisher ungelöste Fragen über die Evolution von Partnerwahl und sexueller Selektion können nur aufgeklärt werden, wenn notwendigen genetischen und epigenetischen Beschaffenheiten sexuell selektierter Merkmale verstanden werden. Am Modell des Birkhuhns, einem Vogel mit ausgeprägten Balzverhalten, werden wir Analysen am Genom und Epigenom benutzen, um den Reproduktionserfolg und die Expression von Geschlechtsmerkmalen zu untersuchen. Präzise genomische Schätzungen erlauben uns das Ausmaß an Inzuchtdepression verschiedener Geschlechtsmerkmale zu erfassen und anschließend in einem Strukturgleichungsmodell zu integrieren, um potenzielle Pfadwege zu entdecken, die die Unterschiede des Reproduktionserfolges mit der Ausprägungung von Inzucht-getriebenen Geschlechtsmerkmalen verknüpfen. Insbesondere werden wir verschiedene genomische Regionen quantifizieren, die zur Inzuchtdepression beitragen, um die “Genic capture”-Hypothese zu evaluieren, die besagt, dass sexuelle Merkmale von den kumulativen Effekten einer großen Anzahl von Loci beeinflusst werden, die über das gesamte Genom verteilt sind. Andernfalls könnte es sein, dass einzelne genomische Bereiche überproportional wichtig sind, wie etwa genetische Pfadwege zu Immunität und Stoffwechsel. Wir werden einen genomweiten epi-GBS Assay benutzen, um epigenetische Signaturen, die mit Inzucht und der Ausprägung männlicher Geschlechtsmerkmale assoziiert sind nutzen, um an eine Pilotstudie anzuknüpfen, die bereits zeigen konnte, dass veränderbare Methylierungen in Verbindung zu genetischer Diversität bei der Ausprägung von Geschlechtsmerkmalen stehen.Zusammenfassend wird unser Projekt dazu beitragen, eine wichtige Wissenlücke über Mechanismen der sexuellen Selektion zu schließen, in dem wir auschlussreiche genetische und epigenetische Daten in Kombination mit verschiedene Geschlechtsmerkmalen an einem klassischen Modellorganismus für Balzverhalten auswerten werden. Dieses Projekt hat unangefochtenes Potenzial unser Verständnis der sexuellen Selektion voranzutreiben und schafft gleichzeitig die Grundlage für eine nächste Generation an detaillreichen Studien zu diesem Thema.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen