Regulatorische Kontrolle phänotypischer Plastizität: Analyse der molekularen Basis Stressor-induzierter Adaptationsprozesse in der limnischen Schlüsselart Daphnia pulex

• Antragstellerin: Dr. Dörthe Becker
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen ; Biochemie und Physiologie der Tiere ; Evolution, Anthropologie ; Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 255211972

Das geplante Forschungsprojekt untersucht, welchen Einfluss Umweltveränderungen auf die Regulation von Genen haben können, und wie Veränderungen im exprimierten Genprofil mit phänotypischer Plastizität und phänotypischer Evolution verknüpft sind. Besonderer Fokus dieser Studie wird auf Entwicklungsstadien-bedingte, Gewebs-spezifische und reversible morphologische Veränderungen im Modellorganismus Daphnia pulex gelegt, deren Ausbildung durch Kontakt mit chemischen Signalstoffen aus der unmittelbaren Umgebung induziert wird. Bis zum heutigen Zeitpunkt ist die molekularen Grundlage morphologischer Variation nur sehr lückenhaft erforscht und bisher konnten keine empirischen Muster zellulärer Kontrollmechanismen phänotypischer Plastizität entschlüsselt werden. Allerdings stell die Identifizierung der molekularen Grundlage komplexer (phänotypischer) Merkmale eine Herausforderung dar, da plastische Entwicklungsprozesse typischerweise nicht durch einzelne Plastizitätsgene reguliert werden, sondern vielmehr durch komplexe Interaktionen zwischen verschiedenen Umwelt-sensitiven Komponenten und Zellprozessen hervorgerufen werden, die mit hoher Wahrscheinlichkeit durch eine Vielzahl von Genloci kontrolliert werden. Die vorliegende Studie wird diesen Aspekt zellulärer Kontrollmechanismen unter Anwendung hochaktueller omic-Verfahren (RNA-Seq) in Kombination mit verschiedenen in silico Methoden direkt thematisieren. Das vorliegende Forschungsvorhaben profitiert dabei besonders von den außergewöhnlichen Eigenschaften des verwendeten neuen genetischen Modellorganismus Daphnia: Als Reaktion auf chemische, von Prädatoren abgesonderte Signalstoffe, sogenannte Kairomone, zeigt diese Gattung ein erstaunliches Repertoire an induzierbaren Verteidigungsmechanismen, die unter anderem durch die Neubildung Entwicklungsstadien-bedingter, Gewebs-spezifischer und reversibler morphologischer Strukturen gekennzeichnet sind. Durch den Gebrauch funktioneller genomischer Analyseverfahren über verschiedene Genotypen und Entwicklungsstadien hinweg, die sich in der Ausbildung der untersuchten adaptiven und plastischen Merkmale deutlich unterscheiden, wird dieser integrative und innovative Forschungsansatz einen entscheidenden Beitrag zum Verständnis von Umwelt-Organismus-Interaktionen leisten. Angesichts der Tatsache, dass es sich bei Daphnia um eine Schlüsselart limnischer Systeme handelt, wird diese Studie schlussendlich dazu beitragen, Ökosysteme und ihre Stabilität im Hinblick auf die aktuell ständig zunehmende Umweltproblematik besser verstehen und schützen zu können.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor John Kenneth Colbourne, Ph.D.