Die genetische Basis sich wiederholender Evolution eines adaptiven Merkmals: Hypertrophe Lippen von Buntbarschen

• Antragsteller: Professor Dr. Gonzalo Machado-Schiaffino, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 243870899

Wenn nicht verwandte Arten, die in einer ähnlichen Umwelt leben, ähnliche phänotypische Merkmale evolvieren, wird dies als konvergente Evolution bezeichnet. Dieses Phänomen ist wohlbekannt, allerdings ist noch unklar, ob phänotypische Konvergenz durch dieselben oder verschiedene Mutationen desselben Genes oder anderer Gene verursacht wird. Buntbarsche (Cichlidae) sind für ihre Mannigfaltigkeit in Morphologie, Färbung und Verhalten bekannt und gelten als Lehrbuchbeispiel für Artbildung und adaptive Evolution. Des Weiteren ist in Buntbarschen, die verschiedene isolierte Seen (z.B. die Afrikanischen Großen Seen) bewohnen, konvergente Evolution in Eigenschaften wie Färbung und Körperform belegt. Hypertrophe Lippen sind ein wichtiges ökologisches Merkmal im Zusammenhang mit dem Fressverhalten auf steinigem Grund und haben sich mehrfach parallel in Afrika und in Mittelamerika entwickelt. Dieser spannende Fall von sich wiederholender Evolution ist wahrscheinlich auf die Einwirkung ähnlicher Selektionsdrücke auf das Fressverhalten zurückzuführen. Da in diesem Fall konvergenter Evolution die Lippenhypertrophie sowohl in nah verwandten afrikanischen Buntbarschen als auch in entfernt verwandten Neuwelt Buntbarschen evolviert ist, ermöglicht uns dies die genetischen Mechanismen bei unterschiedlichen Graden evolutionärer Verwandtschaft zu vergleichen. Um diese Aspekte untersuchen zu können, beabsichtigen wir vergleichende genetische Karten mittels, Next Generation Sequencing (NGS) zu erstellen um die genomischen Regionen zu identifizieren, welche mit den hypertrophen Lippen zusammenhängen. Nachdem diese Regionen identifiziert wurden, ist es möglich zu testen, ob dasselbe bzw. dieselben Gene in unterschiedlichen Populationen und Arten dieselben phänotypischen Merkmale hervorrufen. Diese Ergebnisse behandeln eine der wichtigsten Fragen in der Evolutionsbiologie im Zeitalter der Genomik: (1) Sind Anpassungen das Ergebnis von Mutationen in vielen Genorten mit jeweils geringen Effekten oder alternativ in wenigen Genorten mit großem Effekt? (2) Was ist die Quelle adaptiver genetischer Variation (in der Ursprungspopulation vorhandene Mutationen oder neue Mutationen)? (3) Werden ähnliche Anpassungen an ähnliche Umweltbedingungen (sprich sich wiederholende Evolution) durch identische Mutationen in denselben Genen oder etwa durch verschiedene Mutationen, eventuell sogar in anderen Genen, ausgelöst?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Dr. Paolo Franchini, Ph.D.; Dr. Frederico Henning; Professor Dr. Axel Meyer