Wiederkehrende genomische Dynamik aufgrund paralleler Evolution sekundärer Phytophagie bei Hymenoptera

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Mark Lammers; Dr. Manuela Sann
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Bioinformatik und Theoretische Biologie ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 502912529

Die phytophage Lebensweise ist eine zentrale Innovation bei den Insekten und hat sich nur in einem Drittel aller Insektenordnungen entwickelt. Die Evolution der Phytophagie umfasst vermutlich grundlegende Verhaltens- und morphologische Veränderungen, einhergehend mit chemosensorischen und metabolischen Anpassungen. Bislang sind genomischen Grundlagen und genetische Innovationen im Zusammenhang mit evolutionären Ernährungsumstellungen kaum verstanden. Hier konzentrieren wir uns auf zwei monophyletische Gruppen innerhalb der Ordnung Hymenoptera, d.h. Aculeata und Chalcidoidea, die von zoophagen Vorfahren abstammen, aber mehrfache Wechsel zu einer sekundär erworbenen phytophagen Lebensweise aufweisen. Diese Gruppen, zu denen z. B. die Gallenwespen und pollen-sammelnden Bienen zählen, wechselten zur einer phytophagen Lebensweise, während die Schwestergruppen einer zoophagen Lebensstil beibehielten. Um die Anpassungen an diverse Nahrungsquellen bei Insekten besser zu verstehen, schlagen wir vor, die genomische Architektur die mit Übergängen zu sekundären Pflanzenfressern verbunden ist in repräsentativen Hymenopteren vergleichend zu untersuchen. Um die evolutionären Prozesse zu beleuchten, die die Vielfalt der Ernährungsanpassungen bei Hymenoptera geprägt haben, stellen wir die folgenden Forschungsfragen auf: (1) Spiegelt sich parallele Evolution auf phänotypischer Ebene durch parallele Genom-Evolution wieder? Und (2), traten ähnliche genomische Innovationen auf, als unabhängige Abstammungslinien konvergente Ernährungsumstellungen vollzogen? Mit vergleichender Genomik und Transkriptomik wollen wir genomische Grundlagen makroevolutionärer Ernährungsanpassungen aufdecken, die z. B. mit dem Stoffwechsel pflanzlicher Sekundärstoffe, der Zusammensetzung von Geruchs- oder Geschmacksrezeptorfamilien aber auch Kohlendioxidrezeptorgenen verbunden sein kann. Darüber hinaus werden wir genomische Veränderungen, die evolutionären Ernährungsumstellungen zugrunde liegen, untersuchen und die Wiederholbarkeit von Gengewinn und -verlust sowie die schnelle Evolution regulatorischer Sequenzen, transponierbarer Elementdynamiken und Genkopienzahlen testen. Unsere Ergebnisse werden für WissenschaftlerInnen auf den Gebieten der funktionellen Genomik, der systematischen Biologie und der Proteinfunktionsanalyse von Insekten, einschließlich wirtschaftliche bedeutender insekten, von großem Interesse sein.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2349: Die Genomischen Grundlagen Evolutionärer Innovationen (GEvol)