Temperaturabhängigkeit der Punktmutationsrate: unterliegende Faktoren und Prozesse

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Pfenninger
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496364805

Mutationen führen Variation in die Genome von Organismen ein und sind somit der Prozess, ohne den Evolution nicht möglich wäre. Die Mutationsrate einer Art wurde lange als umweltunabhängige Konstante angesehen. In einer aktuellen Studie konnten wir jedoch erstmals umfassend zeigen, dass die Umgebungstemperatur tatsächlich die Mutationsrate stark bestimmt. Es gibt eine Optimaltemperatur, bei der die Mutationsrate am geringsten ist. Abweichungen in beiden Richtungen führen zum Anstieg der Rate. Diese Ergebnisse werfen sofort mehrere wichtige Fragen auf: Welche Prozesse stehen hinter der beobachteten Optimumkurve? Welche Prozesse treiben die Variation der Mutationsrate an? Warum steigt die Mutationsrate zu beiden Extremtemperaturen hin an? Was bestimmt die Position des Optimums der Mutationsrate auf der Temperaturskala? Ist es eine artspezifische Konstante oder entwickelt es sich als Reaktion auf die lokalen Temperaturbedingungen? Mit diesem Projekt möchte ich die kausalen Prozesse für die beobachtete Temperaturabhängigkeit der Mutationsrate verstehen und ihre evolutionären Ursachen und Konsequenzen erforschen. Es sollen konkret zwei verschiedene Hypothesen getestet werden: Der beobachtete Anstieg der Mutationsrate zu niedrigeren als optimalen Temperaturen ist auf die Länge der Generationen zurückzuführen. Oxidativer Kältestress ist für den Anstieg der Mutationsrate bei niedrigeren Temperaturen verantwortlich. Diese Hypothesen werden durch die experimentelle Entkopplung der Generationszeit von der Temperatur untersucht. Das thermische Optimum der Mutationsrate unterscheidet sich zwischen den Populationen in Abhängigkeit von dem in ihrer Evolution erlebten Klima, ist also lokal angepasst. Alternative: Das thermische Optimum der Mutationsrate ist eine artspezifische Konstante. Diese Hypothese wird in einem common-garden-Design getestet, indem die Temperaturabhängigkeit der Mutationsrate von kälte- und wärmeangepassten Populationen bestimmt wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen