Populationsgenomische Studien und Anpassung an die Umwelt in Drosophila ananassae

• Antragstellerin: Dr. Sonja Grath
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 271330745

• Erstellungsjahr: 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In Phase 1 des Projekts wurde daher die CCRT eingesetzt, um die genetischen Grundlagen der Kälteanpassung zu untersuchen. Zunächst wurden Kandidatengene identifiziert, die an der physiologischen Reaktion auf Kälteschock beteiligt sind, indem die Genexpression in kältetoleranten und kälteempfindlichen Linien verglichen wurde. Drei quantitative Merkmalsloci (QTL) wurden kartiert, die zusammen 64 % der CCRT-Variationen in der angestammten Population erklärten. Erstmals wurden molekulare Genom-Editing-Tools auf der Grundlage von CRISPR/Cas9- und PiggyBac-Systemen in D. ananassae etabliert, um künftige Funktionsstudien von Kandidatengenen, nicht nur für Kältestresstoleranz, zu ermöglichen. In Phase 2 wurde mit der Untersuchung weiterer Phänotypen ergänzt, da CCRT allein die ökologisch relevante Kältetoleranz nichtvollständig erfasst. Außerdem wurden Experimente zur Kälteakklimatisierung, sowohl systemisch, als auch in ionoregulatorischen Geweben, durchgeführt. Die wichtigsten Ergebnisse waren, dass die Kälteakklimatisierung die Kältetoleranz verbessert und die Genexpression, insbesondere in ionoregulatorischen Geweben, drastisch verändert. Wichtig ist, dass zusätzliche Kältetoleranz-Phänotypen, wie die Letalzeit und die Kälteschock-Sterblichkeit, nicht signifikant mit der Erholungszeit im Kälteschlaf korrelieren. Dies zeigt, dass die CCRT zwar nützlich ist, die Untersuchung mehrerer Phänotypen jedoch ein umfassenderes Verständnis der Kältetoleranz ermöglicht. Weitere genomische Analysen brachten spezifische Regionen, die die CCRT beeinflussen, mit biologischen Prozessen wie Muskelentwicklung und Stoffwechsel in Verbindung. Insgesamt hat dieses Projekt unser Wissen über die thermische Anpassung in natürlichen Populationen erweitert.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Transcriptome Analysis Reveals Candidate Genes for Cold Tolerance in Drosophila ananassae. Genes, 9(12), 624.
  Königer, Annabella & Grath, Sonja
  
• The molecular basis of cold tolerance in Drosophila ananassae. [Doctoral dissertation, LMU Munich]
  Königer A.
  
• Three Quantitative Trait Loci Explain More than 60% of Variation for Chill Coma Recovery Time in a Natural Population of Drosophila ananassae. G3 Genes|Genomes|Genetics, 9(11), 3715-3725.
  Königer, Annabella; Arif, Saad & Grath, Sonja
  
• Genomic Analysis of European Drosophila melanogaster Populations Reveals Longitudinal Structure, Continent-Wide Selection, and Previously Unknown DNA Viruses. Molecular Biology and Evolution, 37(9), 2661-2678.
  Kapun, Martin; Barrón, Maite G.; Staubach, Fabian; Obbard, Darren J.; Wiberg, R. Axel W.; Vieira, Jorge; Goubert, Clément; Rota-Stabelli, Omar; Kankare, Maaria; Bogaerts-Márquez, María; Haudry, Annabelle; Waidele, Lena; Kozeretska, Iryna; Pasyukova, Elena G.; Loeschcke, Volker; Pascual, Marta; Vieira, Cristina P.; Serga, Svitlana; Montchamp-Moreau, Catherine ... & González, Josefa
  
• Drosophila Evolution over Space and Time (DEST): A New Population Genomics Resource. Molecular Biology and Evolution, 38(12), 5782-5805.
  Kapun, Martin; Nunez, Joaquin C. B.; Bogaerts-Márquez, María; Murga-Moreno, Jesús; Paris, Margot; Outten, Joseph; Coronado-Zamora, Marta; Tern, Courtney; Rota-Stabelli, Omar; Guerreiro, Maria P. García; Casillas, Sònia; Orengo, Dorcas J.; Puerma, Eva; Kankare, Maaria; Ometto, Lino; Loeschcke, Volker; Onder, Banu S.; Abbott, Jessica K.; Schaeffer, Stephen W. ... & Bergland, Alan O.
  
• Natural variation in the transcriptional response ofDrosophila melanogasterto oxidative stress. G3 Genes|Genomes|Genetics, 12(1).
  Ramnarine, Timothy J. S.; Grath, Sonja & Parsch, John
  
• Tropical super flies: Integrating Cas9 into Drosophila ananassae and its phenotypic effects. Journal of Insect Physiology, 147, 104516.
  Yılmaz, Vera M.; Ramnarine, Timothy J.S.; Königer, Annabella; Mussgnug, Selina & Grath, Sonja
  
• From whole bodies to single cells: A guide to transcriptomic approaches for ecology and evolutionary biology. Molecular Ecology, 34(15).
  Hoedjes, Katja M.; Grath, Sonja; Posnien, Nico; Ritchie, Michael G.; Schlötterer, Christian; Abbott, Jessica K.; Almudi, Isabel; Coronado‐Zamora, Marta; Durmaz Mitchell, Esra; Flatt, Thomas; Fricke, Claudia; Glaser‐Schmitt, Amanda; González, Josefa; Holman, Luke; Kankare, Maaria; Lenhart, Benedict; Orengo, Dorcas J.; Snook, Rhonda R.; Yılmaz, Vera M. & Yusuf, Leeban
  
• Navigating the Cold: Integrative Transcriptome Sequencing Approach Reveals Ionoregulatory and Whole-Body Responses to Cold Acclimation in Drosophila ananassae. openRxiv.
  Yılmaz, Vera Miyase; Bao, Zhihui & Grath, Sonja
  
• Dissecting Cold Tolerance in Drosophila ananassae: A Multi-Phenotypic and Bulk Segregant Analysis.
  Yılmaz, Vera Miyase; Ohlhauser, Vincent; Kara, Fikri Tuğberk & Grath, Sonja