FOR 1078:  Natural selection in structered populations

In Charles Darwins Evolutionstheorie stellt die natürliche Selektion den wichtigsten Mechanismus dar. Sie bestimmt, ob schädliche Mutationen in einer Population eliminiert werden und vorteilhafte sich durchsetzen. Jedoch wirkt die Selektion nie allein, sondern immer zusammen mit anderen (neutralen) Faktoren, insbesondere der genetischen Zufallsdrift, und sie ist auch abhängig von der Demografie- und Migrationsgeschichte einer Population. Während die Effekte der Zufallsdrift durch klassische Modelle der Populationsgenetik (wie dem Wright-Fisher-Modell) mathematisch beschrieben sind, ist es schwierig, die Auswirkungen von Demografie und Migration quantitativ zu fassen.
Das Ziel dieser Forschergruppe ist es, die klassischen Populationsmodelle der genetischen Zufallsdrift, die wie das Wright-Fisher-Modell eine zeitlich konstante Populationsgröße und Zufallspaarung zwischen allen Individuen annehmen, auf realistische Populationen auszudehnen.
Das bedeutet, dass wir Modelle für strukturierte Populationen entwickeln. Dabei beinhaltet Struktur einerseits, dass eine Population aus mehreren Unterpopulationen zusammengesetzt sein kann, innerhalb derer Zufallspaarung existiert, aber zwischen denen der Genfluss beschränkt ist; andererseits, dass die Individuenanzahl der Unterpopulationen (und damit der Gesamtpopulationen) anders als im Wright-Fisher-Modell zeitlichen Fluktuationen (z.B. einem Populations-Flaschenhals) unterliegen kann.
Zwei Arbeitsgruppen befassen sich mit der mathematischen Analyse dieser Modelle für strukturierte Populationen und mit der Entwicklung von Methoden zur Datenanalyse. Insbesondere spielt dabei die Frage eine Rolle, wie die Auswirkungen der natürlichen Selektion auf der genomischen Ebene von den Effekten der genannten neutralen Faktoren Drift, Demografie und Migration unterschieden werden können. Die fünf empirischen Arbeitsgruppen sammeln Daten für diese Analysen. Dabei werden z.B. DNA-Sequenzdaten erhoben, um die Gene in der Taufliege Drosophila melanogaster zu lokalisieren, die an der Anpassung dieser Spezies an temperierte Klimazonen beteiligt waren. Es wird auch gefragt, ob die Adaptation eher durch Veränderungen der Proteinsequenz oder durch Mutationen in regulatorischen Regionen erfolgt.
In ähnlicher Weise sollen in Populationen von Mäusen demografische Effekte und Migration von denen der natürlichen Selektion unterschieden werden. In Ameisen spielt die durch die Populationsstruktur (d.h. die geografische Verteilung der Nester) bedingte genetische Verwandtschaft eine besondere Rolle beim Wirken der Selektion. Und schließlich sollen die zu entwickelnden Modelle strukturierter Populationen auch auf Bakterien erweitert und angewandt werden.

DFG-Verfahren Forschungsgruppen

Internationaler Bezug Österreich

• Administration of the Research Unit (Antragsteller Stephan, Wolfgang )
• Competing selective sweeps (Antragsteller Hutzenthaler, Martin ;  Pfaffelhuber, Peter )
• Population genetic methods for inferring adaptation in populations with complex demography (Antragstellerinnen / Antragsteller Metzler, Dirk ;  Rose, Laura )
• Selective sweeps in Drosophila melanogaster (Antragsteller Stephan, Wolfgang )
• The evolution of resistance and virulence in structured populations (Antragstellerinnen / Antragsteller Foitzik, Susanne ;  Metzler, Dirk )
• The evolutionary basis of alphaproteobacterial diversity (Antragsteller Overmann, Jörg )
• The genetic signature of phenotypic selection (Antragsteller Hermisson, Joachim )
• The influence of the B4galnt2 gene and host population structure on the intestinal microbiota in house mice (Antragsteller Baines, John F. )
• The role of hybridization in the colonization of newly opened habitats (Antragstellerin Wolinska, Justyna )
• Transcriptional basis of cold adaptation in Drosophila melanogaster (Antragsteller Hutter, Stephan )
• Variation der Genexpression in natürlichen Drosophila-Populationen (Antragsteller Parsch, John )

Sprecher Professor Dr. Wolfgang Stephan