Alternativer Ansatz in der biologischen Systematik: phylogenetische Analyse der Neuropeptide der Polyneoptera (Hexapoda, Insecta)

• Antragsteller: Professor Dr. Reinhard Predel
• Fachliche Zuordnung: Systematik und Morphologie der Tiere ; Evolution, Anthropologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 249768800

Neuropeptide bilden die strukturell vielfältigste Gruppe von interzellulären Botenstoffen im Nerven- und Hormonsystem der Metazoa. Bedingt durch die funktionelle Abhängigkeit von spezifischen membrangebundenen Rezeptoren setzen sich Aminosäuresubstitutionen v.a. dann durch, wenn es zu einer entsprechenden Koevolution der Rezeptorsequenzen kommt. Solche Ereignisse sind tendenziell selten. Deshalb besitzen Aminosäuresubstitutionen bei Neuropeptiden einen oft hohen phylogenetischen Informationsgehalt. Eigene Arbeiten diesbezüglich haben gezeigt, dass umfangreiche Datensätze von Neuropeptidsequenzen einzelner Insekten mit massenspektrometrischen Methoden extrem schnell und reproduzierbar ermittelt werden können (High Speed Species Analysis). Dieser massenspektrometrische Ansatz wird im vorliegenden Projekt ausgebaut. Im Mittelpunkt steht dabei die Beantwortung der Frage, ob sich Neuropeptidsequenzen für die Untersuchung der Verwandtschaftsbeziehungen von Großgruppen artenreicher Taxa wie Hexapoda eignen. Von der hinsichtlich ihrer Verwandtschaftsbeziehungen immer noch kontrovers diskutierten Gruppe der Polyneoptera (Insecta) wird zu diesem Zweck ein für Metazoa bislang einmaliger Datensatz erstellt und umfassend analysiert. Der Projektantrag enthält zwei Teilprojekte; das erste Teilprojekt umfasst massenspektrometrische Strukturaufklärungen und die nachfolgende Verwendung der ermittelten Peptidsequenzen für phylogenetische Analysen. Erstmals werden dabei multiple Neuropeptidsequenzen in großem Umfang berücksichtigt. Im zweiten Teilprojekt sollen aktuell entstehende Datensätze aus anderen Projekten (e. g. 1KITE, Genomprojekte) analysiert und für die Entschlüsselung von Neuropeptid-Genen genutzt werden. Um die Position multipler Neuropeptide innerhalb der entsprechenden Peptid-Präkursoren zu ermitteln, werden bei ausgewählten Vertretern der Polyneoptera Teilsequenzen aus EST-Daten vervollständigt (kloniert). Diese Experimente haben unmittelbare Auswirkung auf Teilprojekt 1, da sie eine korrekte Alignierung von Neuropeptidkopien zwischen entfernt verwandten Taxa absichern. Die im Projekt verwendeten Arten orientieren sich an dem Taxonsampling des 1KITE-Projektes; eine Einbindung der eigenen Daten in derzeit entstehende Datensätze anderer Arbeitsgruppen ist geplant (total evidence trees). Neben der phylogenetischen Interpretation der Neuropeptid-Sequenzen wird die Analyse der Evolution und Diversifizierung von Neuropeptid-Präkursoren, insbesondere der Präkursoren mit multiplen Sequenzkopien, einen wesentlichen Schwerpunkt bilden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Norwegen
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Rolf Georg Beutel; Dr. Steffen Roth; Dr. Benjamin Wipfler