Differentielle Regulation von Genen, Isoformen und Netzwerken während der Alterung sozialer Insekten

• Antragsteller: Professor Dr. Erich Bornberg-Bauer
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 261675780

Wir planen, die molekulare Basis davon, wie der Fekunditäts-/Langlebigkeits-Trade-off in drei Insektengruppen, in denen unabhängig Eusozialität entstand, umgeschaltet wurde zu erforschen. Bisher haben wir mit Expressionsdaten und genomischen Analysen, Termiten, Ameisen und Bienen mit nicht-sozialen Außengruppen verglichen. In einer ersten Studie (wiedereingereicht) haben wir Datensätze und Pipelines für weitere Schritte vorbereitet und die wichtigsten singulären Änderungen, Termitenkastendifferenzierung unterliegen analysiert und mit Signalen in Hymenoptera verglichen. Unter Anderem fanden wir in Termiten eine Expansion von Proteinfamilien, die an Kommunikation beteiligt sind, und Änderungen an epigenetischen Markierungen, im Vergleich zu nicht-sozialen Außengruppen wie Schaben und Wanderschrecken. Weiter (Manuskripte in Vorbereitung) ermittelten wir die wichtigsten biologischen Funktionen der Gene, die in Bezug auf Fertilität und Alter unterschiedlich exprimiert wurden, sowie Signale der evolutionären Anpassung von Genen mit bekanntem Bezug zum Alterungsprozess. Zur Weiterführung dieses Projekts möchten wir nun komplexere molekulare Zusammenhänge aufklären, wie die Analyse kompletter Signalwege und Koexpressionsnetzwerke, die Untersuchung der Rolle von alternativem Spleißen und von epigenetischen Markierungen. Koexpressionsnetzwerke werden helfen weiterer Transkripte die mit Genen assoziiert sind, die entweder einen bekannten, oder durch diese Analysen neu entdeckten Bezug zum Alterungsprozess haben, zu finden. Ausserdem sollen Transkripte aufgedeckt werden, die mit Clustern von koexprimierten Genen assoziiert sind, die entweder ein konvergentes, paralleles oder differentielles Expressionsmuster zwischen sozialen und nicht-sozialen Insektengruppen aufweisen. Zur Analyse werden vorhandene Daten durch neue ergänzt, die in enger Zusammenarbeit mit vier weiteren Gruppen aus der Forschergruppe generiert und analysiert werden. Analog hierzu werden wir Signale alternativen Spleißens und ihre mögliche Beziehung zu Alterungsprozess und Fertilität vergleichen, vor Allem im Vergleich zwischen Königinnen und Arbeiterinnen unterschiedlichen Alters. Schließlich werden wir epigenetische Marker vergleichen, die sowohl mit Hilfe von computativen Analysen an den Genom- und Transkriptomsequenzen berechnet werden, als auch an Hand von Methylierungsdaten, die durch eine neue, kostengünstige Sequenzierungsstrategie erhalten werden, welche eine gute Annäherung an altersbedingte, epigenetische Unterschiede zwischen Kasten und Spezies liefert. Alle Befunde werden kombiniert, um die Frage wie, im Bezug auf Alter, Fertilität und Sozialität, differentielle Genexpression und alternatives Spleißen innerhalb von Koexpressionsnetwerken durch epigenetische Markierungen reguliert werden, zu beantworten.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2281: Sociality and the reversal of the fecundity-longevity trade-off