Neue Einblicke in die Genetik und Evolution kutikularer Kohlenwasserstoffe mittels Untersuchungen eines außergewöhnlichen Falls intrasexuellen kutikularen Kohlenwasserstoffprofil-Dimorphismus in einer Lehmwespe, Odynerus spinipes

• Antragsteller: Professor Dr. Oliver Niehuis; Professor Dr. Thomas Schmitt
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282602688

Die Kutikula der Insekten ist mit einer Schicht kutikularer Kohlenwasserstoffe (CHCs) bedeckt. CHCs schützen Insekten vor Austrocknung und haben als chemische Merkmale und Signale darüber hinaus fundamentale Bedeutung in der Kommunikation dieser Tiere erlangt. CHCs dienen beispielsweise häufig der Art- und Geschlechtererkennung. Über die Gene, welche der Fähigkeit der Biosynthese von CHCs zugrunde liegen, ist bisher sehr wenig bekannt. Dies gilt insbesondere für diese Gene in der artenreichen Gruppe der Hautflügler, zu der Bienen, Wespen und Ameisen gehören. In einem von der DFG geförderten Projekt entdeckten wir vor kurzem den ungewöhnlichen Fall eines extrem ausgeprägten intrasexuellen CHC-Dimorphismus: Weibchen der Lehmwespe Odynerus spinipes sind in der Lage, zwei unterschiedliche CHC-Chemotypen auszubilden. Diese Chemotypen unterscheiden sich qualitativ in mehr als 70 CHCs voneinander. Da O.-spinipes-Weichen mit unterschiedlichem Chemotyp zeitgleich am gleichen Ort vorkommen und sich in keinem anderen bekannten nicht mit der Synthese von CHCs in Verbindung stehenden Merkmal voneinander unterscheiden, zielt unser Forschungsprojekt darauf ab, jene Gene durch Suche nach auffallenden Genexpressions-Unterschieden zu identifizieren, die an der Ausbildung dieses auffallenden CHC-Dimorphismus beteiligt sind. Hierfür planen wir, die Transkripte aller Protein-kodierenden Gene von O.-spinipes-Weibchen zu sequenzieren und ihre Abundanz (ein Maß für die Aktivität/Expression der korrespondierenden Gene) in Weibchen beider Chemotypen zu ermitteln. Von jenen Genen, die statistisch signifikante Expressionsunterschiede zwischen Weibchen unterschiedlichen Chemotyps aufweisen, planen wir, die Expression von zehn ausgewählten Kandidaten mittels einer unter der Bezeichnung RNA-Interferenz (RNAi) bekannten Technik zu manipulieren. Damit wollen wir einen kausalen Zusammenhang zwischen der Aktivität dieser Gene und der Biosynthese von CHCs aufzuzeigen. Unsere Untersuchungen werden dadurch möglich, dass wir in der Lage sind, O. spinipes unter experimentell kontrollieren Bedingungen aufzuziehen, und das Genom der Art umfassend sequenziert haben. Wir werden auch Licht auf die Evolutionsgeschichte dieser Gene und auf die Selektionsdrücke, die auf diesen Genen eingewirkt haben, werfen. Dafür werden wir die Nukleotid- und Aminosäuresequenzen experimentell als an der CHC-Biosynthese beteiligter Gene bestätigter Kandidaten mit korrespondierenden Sequenzen aus 21 weiteren Faltenwespenarten, deren Transkripte wir im internationalen 1KITE-Projekt (http://www.1kite.org) bereits sequenziert haben, vergleichen. Begleitende Labor- und Felduntersuchungen sollen schließlich klären, ob adulte O.-spinipes-Weibchen in der Lage sind, ihren Chemotyp zu wechseln. Die Ergebnisse unseres Projekts werden damit für Forscher aus zahlreichen Disziplinen (Chemische Ökologie, Evolutionäre Genomik, Speziationsgenetik, Verhaltensbiologie) von großem und grundsätzlichem Interesse sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen