Die Rolle von MicroRNAs in der Diversifikation von Midas Buntbarschen aus Nicaragua

• Antragsteller: Paolo Franchini, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 253390846

Buntbarsche gehören zu den am besten untersuchten Modellorganismen für Speziationsprozesse und der Entstehung von biologischer Vielfalt. Jeder der großen Seen Ostafrikas beheimatet Hunderte von endemischen Arten und wir haben begonnen diese Radiationen molekulargenetisch zu untersuchen. Allerdings erschwert die Komplexität dieser großen Artenschwärme die Beziehung zwischen genetischen Unterschieden und phänotypischen Merkmalen herzustellen. Der mittelamerikanische Midas-Buntbarsch-Artenkomplex (Amphilophus cf. citrinellus) ist sehr divers an trophischen Merkmalen, wie Körperform und Morphologie der Schlundkiefer. Zudem kommt ein Farbpolymorphismus vor, bei dem die meisten Individuen eine dunkle Färbung aufweisen, während andere golden oder selten auch weiß gefärbt sind. Im Vergleich zu Afrikanischen Buntbarschen besteht diese Radiation aus einer relativ kleinen Anzahl von extrem jungen Arten, von denen die meisten nur einige Tausend Jahre alt sind. Daher sind viele der genetischen Unterschiede sehr wahrscheinlich funktionell relevant. Diese jungen Arten können auch gekreuzt werden, wodurch genetische Experimente ermöglicht werden. Ich werde acht Arten untersuchen, die ausnahmslos in den großen und alten Seen Nicaragua und Managua vorkommen sowie in den kleineren Kraterseen Apoyo und Xiloá. Die endemischen Buntbarsche der beiden Vulkanseen haben wiederholt und unabhängig voneinander bestimmte Adaptationen entwickelt, so dass ich der Frage nachgehen kann, ob bestimmte genomische Variationen ursächlich mit wiederholt erworbenen phänotypischen Innovationen verbunden sind. Bisherige Untersuchungen zur molekularen Grundlage von Artbildung und Artunterschieden haben sich überwiegend auf proteinkodierende Regionen des Genoms beschränkt. Besonders in den letzten Jahren wurde jedoch die Rolle der Genregulation als alternative, möglicherweise sogar bedeutendere, treibende Kraft in der Diversifikation von Arten erkannt. Unter den genregulatorischen Systemen bilden microRNAs (miRNAs), kleine Ribonukleinsäuren, wichtige Regulatoren der Genexpression auf post-trankriptionaler Ebene. Allerdings ist in Buntbarschen bisher nur sehr wenig über miRNAs und deren genregulatorische Funktionen bekannt. Die neuen Hochdurchsatz-Sequenzierungsmethoden der zweiten Generation bieten nun die Möglichkeit die genomweite miRNA Diversität zu charakterisieren und somit ihre mögliche Rolle in der außergewöhnlich schnellen Artbildungsrate von Buntbarschen zu erforschen. Insbesondere werde ich untersuchen ob differenzielle Expression von miRNAs während der Entwicklung phänotypische Unterschiede zwischen den Arten erklären kann. Solche Untersuchungen sind bisher noch nicht durchgeführt worden, so dass dieser neue Ansatz, zusammen mit Arbeiten zu proteinkodierenden Regionen des Genoms, dabei helfen wird Genotyp und Phänotyp zu verbinden sowie möglicherweise fundamentelle neue Einsichten in die Prozesse von phänotypischer Differenzierung und Artbildung aufdecken wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen