Die genetische Basis von Phylosymbiose und mikrobiell vermittelter Hybridletalität

• Antragsteller: Dr. Aram Mikaelyan
• Fachliche Zuordnung: Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere ; Immunologie ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390375589

Darmtrakte von Tieren beherbergen mit die dichtesten Gemeinschaften mikrobieller Symbionten, und Studien der letzten Jahre haben deren wichtige Rolle in der Biologie des Wirts aufgeklärt. Die Treue der Wirt-Mikrobiota-Assoziation spiegelt sich zum Teil in der wirtspezifischen Zusammensetzung der Mikrobiota wider. Oft rekapituliert die Ähnlichkeit der Darmmikrobiota die Evolution des Wirtes - ein Muster, das als "Phylosymbiose" bekannt ist. Außerdem können Störungen der Phylosymbiose der Darmmikrobiota mit schweren Anomalien in Hybriden verknüpft sein und zu Wirtsspeziation führen. Welche genetischen Faktoren und Mechanismen regulieren die Phylosymbiose? Welche Bedeutung haben diese Gene und wie beeinflussen sie mit der Darmmikrobiota verbundene Krankheiten von Hybriden?Die zentrale Hypothese dieses Antrags ist, dass Phylosymbiose und mikrobenabhängiger Hybrid-Tod aus (1) einer abnormen Migration von Darmbakterien in die Hämolymphe und (2) einer Misexpression von bestimmten Immungenen in Hybriden resultieren, die in reinen Arten normalerweise die im Darm ansässigen Bakterien kontrollieren. Die Nasonia-Wespe ist hierfür ein idealer Modellorganismus, da ihre Darmmikrobiota zur Letalität in interspezifischen Hybriden beiträgt. Daher strebe ich die folgenden Ziele an:I: Verfolgung bakterieller Darmbesiedelung und Identifizierung der in Hybriden als Reaktion auf Besiedelung hyperexprimierten Wirtsgene. Proteus mirabilis, ein verbreitetes Mitglied der Darmmikrobiota von Nasonia, trägt zur Hypermelanisierung und zum Tod keimfreier Nasonia-Hybriden bei. Hier wird mittels GFP-markiertem P. mirabilis die Hypothese getestet, dass in der reinen Spezies das Bakterium im gutartigen "Schwimmer"-Morphotyp existiert, im Hybrid aber in den virulenteren "Swarmer" differenziert und in der Hämolymphe Melanisierung mit Todesfolge auslöst. Ort und Proliferationsrate von P. mirabilis werden mit Fluoreszenzmikroskopie ermittelt. Weiterhin wird via RNA-Seq und qPCR in keimfreien versus durch Mikrobiota kolonisierten Wespen die Hypothese untersucht, dass spezifische mutmaßliche Immungene im Hybrid an einem letalen Zusammenbruch der Wechselwirkung zwischen Wirt und Mikrobiota beteiligt sind.II: Funktionelle Analyse ausgewählter Gene, die Hybridletalität und Phylosymbiose zugrunde liegen. Basierend auf in Ziel I aus (Nicht-)Hybrid-Larven erhaltenen Expressionsprofilen werden für Hybridletalität und Phylosymbiose wichtige Gene ausgewählt. Dann wird geprüft, ob die Lebensfähigkeit von Hybriden wiederhergestellt wird, wenn ein für Hybrid-Letalität wichtiges Gen durch RNA-Interferenz unterdrückt oder durch CRISPR stillgelegt wird. Außerdem wird die Repression desselben Gens intraspezifisch den phylosymbiotischen Gemeinschaftsaufbau stören und damit die Hypothese prüfen, dass die Hybrid-Letalitätsgene auch die Phylosymbiose beeinflussen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Seth Bordenstein, Ph.D.