Evolution, genetische Basis und Verhaltenskonsequenzen der Diversifizierung von kutikulären Kohlenwasserstoffprofilen: das Fallbeispiel parabiotischer Ameisen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Barbara Feldmeyer; Privatdozent Dr. Florian Menzel; Professor Dr. Thomas Schmitt
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 285894508

Die Kutikula von Insekten ist mit kutikulären Kohlenwasserstoffen (CHC) bedeckt. Sie dienen als Austrocknungsschutz und zur Kommunikation. Vor allem bei sozialen Insekten codieren CHC-Profile vielerlei Informationen wie Art- oder Koloniezugehörigkeit, Geschlecht und reproduktive Kaste. Trotz ihrer wichtigen Rolle wissen wir wenig über die Evolution von CHC-Profilen und die zugrundeliegenden genetischen Mechanismen. Ebenso ist wenig darüber bekannt, welche CHC für intra- oder interspezifische Erkennung wichtig sind.Unser Modellsystem ist zur Beantwortung dieser Fragen ideal geeignet. Die neotropischen Ameisen Crematogaster levior und Camponotus rufifemur leben in parabiotischer Assoziation, d.h. sie sind Mutualisten und bewohnen ein gemeinsames Nest. Ihre CHC-Profile sind ungewöhnlich divers: in beiden Arten existieren jeweils mehrere Chemotypen, deren CHC stark verschieden sind. Dies ist bei anderen Arten fast nie der Fall, wo sich intraspezifische CHC-Variation auf quantitative Änderungen der gleichen Stoffe beschränkt. Unser Modellsystem zeigt also hohe chemische Variabilität zwischen nahe verwandten Chemotypen, die sich folglich physiologisch und ökologisch weitgehend gleichen. Diese einzigartige Kombination eröffnet hochinteressante Möglichkeiten, die Evolution von CHC-Profilen, die Ursachen und Folgen chemischer Diversifikation sowie ihre Rolle bei der Artbildung zu erforschen. Wir werden die genetische Basis von CHC-Diversität und ihre Rolle bei der intra- und interspezifischen Kommunikation untersuchen.Zunächst werden wir genetische und chemische Differenzierung zwischen Cr. levior-Populationen in Französisch-Guyana untersuchen und ihre Populationsstruktur ermitteln. Dies ermöglicht Einsichten in den Zusammenhang von genetischer, chemischer und geographischer Distanz, und damit in die Rolle von chemischer Differenzierung für reproduktive Isolation und Speziation. Wir werden außerdem untersuchen, wie sich chemische Differenzierung auf Erkennung durch Artgenossen und assoziierte Arten auswirkt. Für Cr. levior und Ca. femoratus werden wir jeweils untersuchen, welche Gene in verschiedenen Chemotypen differenziell exprimiert und/oder selektiert sind. Unsere Ergebnisse werden neue Erkenntnisse über die genetische Regulation des CHC-Profils liefern, was bisher kaum bekannt ist. Um die Funktionalität der CHC-Kandidatengene zu verifizieren, planen wir diese über RNAi auszuschalten und die Veränderungen im CHC-Profil zu bestimmen. Die Relevanz der CHC-Änderungen für die Art- und Kolonieerkennung wird mittels Aggressionsversuchen analysiert werden. Die hohe chemische Variabilität innerhalb der Arten legt nahe, dass kleine Änderungen auf DNA- und/oder regulatorischer Ebene bereits starke Änderungen im CHC-Profil auslösen können. Unser Projekt wird auf vielen Feldern neue Kenntnisse zur Evolution, den genetischen Mechanismen und Verhaltenskonsequenzen der Diversifizierung von kutikulären Kohlenwasserstoffprofilen bei Ameisen liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Christophe Duplais, Ph.D.; Dr. Jérôme Orivel