Transcriptional basis of cold adaptation in Drosophila melanogaster
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Analyse von Transkriptomen erlaubt uns Einblicke in die genetischen Grundlagen für gemeinsame oder divergente Phänotypen von Individuen aus verschiedenen Populationen einer Art. Unterschiede in der Genexpression zwischen Individuen sind potentiell das Resultat von adaptiver Evolution. Durch RNA-Sequenzierung von Drosophila melanogaster Männchen aus dem anzestralen tropischen Afrika (Zambia) und dem erst kürzlich kolonisierten gemäßigten Europa (Schweden) während eines Kälteschockexperiments versuchen wir die transkriptionellen Grundlagen der Kälteanpassung in Fruchtfliegen zu verstehen. In beiden Populationen findet als Antwort auf den Kälteschock eine schnelle und massive Hochregulation von Hitzeschockproteinen und anderen Chaperonen statt. Obwohl ca. 30% aller Gene im Genom nach einem Kälteschock ihr Expressionsmuster ändern, tun dies nur sehr wenige Gene (26) populationsspezifisch. Interessanterweise ist das Ausmaß der Expressionsänderung von 24 dieser 26 Gene größer in der afrikanischen Population. Über das komplette Genom betrachtet beobachtet man generell in afrikanischen Fliegen einen Überschuss an Genen die besonders stark auf den Kälteschock reagieren. Die Analyse der Gene, die durch den Kälteschock aktiviert werden, zeigt eine Hochregulation von Komponenten einer generellen Stressantwort, die über viele Taxa konserviert ist und auch von anderen Stressfaktoren aktiviert werden kann. Obwohl die Antwort auf den Kälteschock in beiden Populationen relativ ähnlich ist, weist die quantitativ stärkere Antwort in Afrika auf eine schädliche Deregulierung der Genexpression oder eine Überreaktion auf den Kältestress hin. Die Kanalisation der Genexpression in Europa ist daher möglicherweise für die erhöhte Kältetoleranz europäischer Fliegen verantwortlich.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2012): Population and sex differences in Drosophila melanogaster brain gene expression. BMC Genomics 13: 654
Catalán, A., S. Hutter, and J. Parsch
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(2013): Demographic inference reveals African and European admixture in the North American Drosophila melanogaster population. Genetics 193: 291-301
Duchen, P., D. Živković, S. Hutter, W. Stephan, and S. Laurent
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(2015): Survival rate and transcriptional response upon infection with the generalist parasite Beauveria bassiana in a world-wide sample of Drosophila melanogaster. PLoS ONE 10(7): e0132129
Paparazzo, F., A. Tellier, W. Stephan, and S. Hutter
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(2016): Balancing selection at immunity genes: review of the current literature and new analysis in Drosophila melanogaster. Zoology
Croze, M., D. Živković, W. Stephan, and S. Hutter
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(2016): Population genetic evidence for cold adaptation in European Drosophila melanogaster populations. Molecular Ecology 25: 1175-1191
Božičević, V., S. Hutter, W. Stephan, and A. Wollstein
