SPP 1819:
Rapid evolutionary adaptation: Potential and constraints
Fachliche Zuordnung
Biologie
Medizin
Förderung
Förderung von 2015 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 255619725
Es gibt verschiedene Szenarien schneller Evolution, aber die Anpassung von Arten in parasitischen oder pathogenen Interaktionen ist eine der Häufigsten. Die hohe Wirtspezifität vieler biotrophen Pathogene wird oft in Bezug auf „trench warfare” oder „arms race” Dynamiken in den interagierenden Populationen diskutiert. Obwohl in den letzten Jahren einige Virulenzfaktoren in verschiedenen Pflanzen-Pathogen-Systemen identifiziert wurden, blieb der genetische Mechanismus von Wirtsspezifität und dessen Evolution unklar. Traditionell dienten „gene-for-gene“ Modelle als Erklärung für Wirtsspezifität und Koevolution, aber scheinbar bauen nur wenige Modellsysteme auf derartige reziproke Interaktionen zwischen Avirulenz- und Resistenz-Genen. Somit sind die Mechanismen von Wirtsspezifität und schneller Anpassung an neue Wirte, wie sie für Wirtssprünge gebraucht werden, in den meisten Modellsystemen unbekannt. In den letzten Jahren wurde die Bedeutung der Hybridisierung bei der Überwindung der evolutionären Sackgasse von Wirtsspezifität populär und einige Populationsstudien konzentrieren sich auf introgressive Hybridisierung um Wirtssprünge oder Wirtswechsel zu erklären. Diese Studien basieren jedoch auf Populationsgenetik und haben die Mechanismen der Hybridisierung bisher nicht untersucht.Deshalb schlagen experimentelle Evolution im Modelsystem Microbotryum–Silene zur Erzeugung von Hybriden von verwandten Arten und zur Selektion von Individuen die Wirtssprünge auf neue Wirte vollzogen haben. Im Rahmen der Vorarbeiten konnten wir zeigen, dass Hybrid-Infektionen mit angemessener Häufigkeit vorkommen und dass sogar Rückkreuzungen mit einem Elter in positiven Infektionen resultieren, indem sie Pathogenität in Bezug auf einen neuen Wirt entwickeln. Vergleichende Genomik der Nachkommen offenbaren Rekombination in den meisten Chromosomen. Deshalb schlagen wir vor, die experimentelle Evolution mit den Hybriden in die F3 Generation weiter zu führen und eine geeignete Anzahl an ausgewählten Stämmen jeder Generation zu sequenzieren, um die Genomzusammensetzung und Genomorganisation in den Eltern, Hybriden und Rückkreuzungen zu vergleichen. Somit sollen mögliche Loci, die für die Wirtsspezifität notwendig sind, identifiziert werden. Zusätzlich planen wir das Transkriptome von kompatiblen und inkompatiblen Interaktionen zu analysieren, um Kandidatengene validieren und ihre Rolle während der wirtsspezifischen Infektion zu analysieren. Der Transkriptom-Ansatz erlaubt darüber hinaus zwischen Dosis-Effekten, die durch die Rekombination von regulatorischen Elementen entstehen, und Fitness-Effekten, die durch einzelne Gene entstehen, zu unterscheiden. Somit zielt unser Projekt auf ein besseres Verständnis der schnellen Evolution von Wirtssprüngen durch Hybridisierung ab.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Internationaler Bezug
Großbritannien, Norwegen, Österreich, Schweden, Schweiz, USA
Projekte
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Ablaufenden Wirt-Pathogen Coevolution auf Genomebene
(Antragsteller
Tellier, Aurélien
)
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Adaptive Evolution von Genfamilien des Immunsystems: Ursprung, Diversifizierung und Diversität der NLR Gene im Zebrafisch
(Antragstellerinnen / Antragsteller
Leptin, Ph.D., Maria
;
Wiehe, Thomas
)
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Bakterielle Populationgenomik während der evolutiven Anpassung an Antibiotika
(Antragsteller
Schulenburg, Hinrich
)
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Constraints on Rapid Adaptation in Sticklebacks: availability & maintenance of genetic variation used in adaptation to freshwater environments.
(Antragstellerin
Jones, Felicity
)
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Der Einfluß von phänotypischer Plastizität und genetischer Assimilation auf die konvergente Evolution und Diversifikation von Buntbarschen in Ostafrikanischen adaptiven Radiationen
(Antragsteller
Meyer, Axel
)
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Die Bedeutung von phänotypischer Plastizität für rasche evolutive Anpassung: Theoretische und experimentelle Ansätze mit Tribolium castaneum und Bacillus thuringiensis.
(Antragsteller
Kurtz, Joachim
)
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Die Molekulare Grundlage von Phänotypischer Plastizität und Genetischer Assimilation in schnell evolvierender Linien Ostafrikanischer Buntbarsche
(Antragsteller
Meyer, Axel
)
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Die Rolle epigenetischer Vererbung in schnelle evolutionäre Anpassung von invasiven Pflanzen
(Antragstellerinnen / Antragsteller
Joshi, Jasmin
;
van Kleunen, Mark
)
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Die Rolle von Rekombination in der schnellen adaptiven Evolution von pflanzenpathogenen Pilzen: Eine vergleichende Studie in Populationsgenomik
(Antragstellerin
Holtgrewe-Stukenbrock, Ph.D., Eva
)
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Erforschung der molekularen Mechanismen, die raschen evolutionären Anpassungen im "one-speed"-Genom des phytopathogenen Mehltaupilzes der Gerste zu Grunde liegen
(Antragsteller
Panstruga, Ralph
)
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Experimentelle Evolution der Ko-adaptation von Mais und seinem Pathogen Exserohilum turcicum
(Antragsteller
Schmid, Karl
)
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Genetische Grundlagen metabolischer und phänotypischer Plastizität und ihre Rolle für die Fitness von Pflanzen
(Antragstellerinnen / Antragsteller
Laitinen, Roosa
;
Nikoloski, Ph.D., Zoran
)
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Genetische und epigenetische Mechanismen von schneller Wirtsanpassung in dem Blattlausparasitoiden Aphidius ervi
(Antragsteller
Gadau, Jürgen
;
Schrader, Lukas
)
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Introgression ortsfremder Gene fördert schnelle Anpassung: ein unbeabsichtigtes Experiment an der Rotbauchunke (Bombina bombina) am Nordrand ihrer Verbreitung
(Antragsteller
Tiedemann, Ph.D., Ralph
)
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Koevolution zwischen drei Arten bei sich verändernden Umweltbedingungen: Können prophagen die Evolution bakterieller Virulenz beschleunigen?
(Antragstellerin
Roth, Olivia
)
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Koordinationsfonds
(Antragsteller
Schmid, Karl
)
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Koordinationsprojekt des Schwerpunkts SPP1819 - Schnelle evolutionäre Anpassung
(Antragsteller
Schmid, Karl
;
Tellier, Aurélien
)
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Modellierung und Inferenz von genomischen Signaturen polygener Selektion in schnellen Adaptationsprozessen
(Antragsteller
Stephan, Wolfgang
)
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Schnelle Adaption durch Membranvesikel-vermittelten DNA Transfer
(Antragstellerin
Dagan, Tal
)
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Schnelle adaptive Veränderung durch hohe Rekombinationsraten in eusozialen Insekten
(Antragsteller
Oettler, Jan
;
Schrader, Lukas
)
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Schnelle Anpassung an saisonale Wärmeregime in Chironomus riparius
(Antragsteller
Pfenninger, Markus
)
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Schnelle Evolution der Genregulation
(Antragsteller
Parsch, John
)
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Schnelle Evolution von Signalnetzwerken im pathogenen Pilz Magnaporthe oryzae
(Antragsteller
Jacob, Stefan
;
Tenzer, Stefan
)
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Schnelle evolutionäre Anpassung an Schwermetall-verseuchte Böden in Pflanzenarten der Gattung Arabidopsis
(Antragstellerin
Krämer, Ute
)
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Schnelle evolutionäre Prozesse in Pflanzen als Konsequenz des Wechselspiels von Pathogenen, microRNAs und Resistenzgentranskriptmenge.
(Antragstellerin
Rose, Laura
)
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Vergleichende mechanistische Analyse der Anpassung von Sporisorium reilianum an seine Wirtspflanzen Mais und Hirse
(Antragsteller
Schirawski, Jan
)
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Wirt-Virus Koevolution: Demographie versus Selektion und multiple Stressoren
(Antragsteller
Becks, Lutz
)