Genetik der zeitlichen Anpassung der Diapausebeendigung beim Wasserfloh Daphnia - Identifikation von Genen und evolutionären Prozessen mit Relevanz in der Natur

• Antragsteller: Dr. Till Czypionka
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 266707583

Der Lebenszyklus vieler in saisonalen Lebensräumen beheimateter Organismen ist durch eine Dormanzperiode gekennzeichnet. Dadurch können ungünstige Umweltbedingungen bis zum Einsetzen der nächsten Wachstumsperiode überdauert werden. Der Wasserfloh Daphnia ist ein Zooplankter aus der Familie der Krebsartigen, der als Herbivore eine zentrale Stellung im Nahrungsnetz stehender Gewässer einnimmt. Die Dormanzperiode, bei Daphnia in Form einer Diapause realisiert, wird durch die Produktion widerstandsfähiger Dauereier eingeleitet und durch den Schlupf aus diesen Eiern wieder beendet. Die exakte zeitliche Anpassung der Diapausebeendigung (ZAD) ist ein fitnessrelevanter Phänotyp, der zwischen verschiedenen Lebensräumen adaptiv differenziert ist. Empirische Untersuchungen weisen darauf hin, dass die Anpassung natürlicher Populationen an die derzeitige Klimaerwärmung größtenteils durch eine Modifikation der ZAD geschieht. Es besteht die Notwendigkeit, die genetische Kontrolle der ZAD zu erforschen, um zu verstehen, wie dieser wichtige Phänotyp in natürlichen Population evolvieren kann. Hier präsentieren wir eine Strategie zur Bestimmung der Gene, welche die ZAD in Daphnia kontrollieren. Diese beinhaltet die Identifikation relevant Genomabschnitte durch Genkartierung, gefolgt von der weitergehenden Charakterisierung und Validierung der resultierenden Kandidatenregionen im Genom. Das Vorkommen erblich determinierter Differenzierung in der ZAD zwischen natürlichen Populationen wird über einen latitudinalen Gradienten und auf einer mikrogeographischen Skala quantitativ erfasst. Zum Test der Hypothese, dass adaptive Differenzierung der ZAD auf wiederholter Veränderung der selben Gene und biologischen Signalwege basiert, werden Assoziationsstudien zwischen der ZAD und den genomischen Kanidatenregionen durchgeführt. Zudem wird die Herkunft adaptiver Genvarianten und die Relevanz verschiedener evolutionärer Mechanismen in der Natur durch eine paleogenomische Untersuchung aufgeklärt. Dies ist in Daphnia durch die Analyse von in Sedimenten erhaltenen Dauereiern möglich. Für anzestrale Gründungspopulationen und abgeleitete angepasste Populationen werden sowohl die Kandidatenregionen sequenziert als auch der genetische Hintergrund durch neutrale Marker erfasst. Auf diesen Daten basierend testen wir, ob die evolutionäre Anpassung der ZAD in natürlichen Daphnia Populationen durch (a) Selektion aus stehender genetischer Variation der Gründungspopulationen (b) Hybridisierung und Introgession adaptiver Allele in den genetischen Hintergrund der Residentpopulation oder durch (c) de novo Mutation in hoch variablen genomischen Regionen stattfindet.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Belgien
• Gastgeber: Professor Dr. Luc De Meester