Die Rolle phänotypischer Plastizität der Spermienfunktion in der Artbildung

• Antragsteller: Dr. Oliver Otti; Professor Dr. Klaus Reinhardt
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391178378

Der wichtigste Schritt der Artbildung ist die reproduktive Isolation, wenn Kreuzpaarungen zwischen Populationen verringert oder weniger produktiv sind. Die Isolation vor der Paarung wurde intensiv untersucht, bei jener nach der Paarung, d.h. bei gametischer oder präzygotischer Isolation oder dem Hybridennachteil bestehen besonders bei der gametischen noch Forschungslücken. Außerdem wurde bisher nur die genetische Komponente der Spermien betrachtet. Da alle Aspekte der Spermienfunktion aber auch stark umweltabhängig sind, kann die Umweltkomponente der Spermienfunktion zur gametischen Isolation beitragen. Diese Idee soll hier erstmals getestet werden. Der relative Anteil von Umwelteinflüssen auf Spermien, definitionsgemäß die phänotypische Plastizität von Spermien, soll im Verhältnis zur rein genetischen Komponente der Spermien an Populationen von Bettwanzen untersucht werden, die auf Menschen (HL) oder Fledermäusen (BL) leben. BL und HL divergieren auf der Genomebene und ihre Kreuzungen resultieren in reduzierter Fitness. Außerdem können die Individuen auf der jeweils anderen Wirtsrasse aufgezogen werden so dass eine experimentelle Trennung der ökologischen und genetischen Komponente der Artbildung möglich ist. In ihrer Gesamtheit repräsentieren die fünf antragstellenden tschechischen und deutschen Arbeitsgruppen eine einzigartige Kombination von Theorie, Labor- und Freilandkompetenz (Wanzenzucht, Proteom- und Lipidom-Analyse, Messung des Spermienmetabolismus und künstlichen Besamung). Um die Funktion von HL- und BL-Spermien in verschiedenen Umweltkombinationen zu charakterisieren, werden die Fertilität und Parameter von Spermien (Lipidom, ROS-Produktion, Stoffwechselrate und Langlebigkeit) gemessen, die i) von von auf BL- oder HL-Nahrung aufgezogenen Männchen stammen, ii) die von BL- oder HL-Weibchen gespeichert wurden, die iii) ihrerseits auf BL oder HL Nahrung aufgezogen wurden. iv) Allgemeine Effekte der Männchen und der Samenflüssigkeit per se werden dadurch getrennt quantifiziert, dass BL- und HL-Spermienparameter in Gegenwart von HL- oder BL-Samenflüssigkeit analysiert werden. Mit dieser engen Fokussierung auf die Spermienfunktion in verschiedenen Umwelten und der Trennung reiner Spermien- von Männchen- bzw. Weibcheneffekten trägt dieser Antrag zur Untersuchung von Mechanismen der reproduktiven Isolation bei - eine der dringlichsten Aufgaben der gegenwärtigen Speziationsforschung. Der Antrag stellt die erste Untersuchung der ökologischen, d.h. phänotypisch plastischen Komponente der Spermienfunktion in der Artbildung dar, unterstützt durch erste Lipidomdaten von Insektenspermien und einem ökologisch induzierten Proteom der Samenflüssigkeit. Damit kann eine zentrale Frage der Speziation an einem momentan stark zunehmenden Humaparasiten beantwortet werden - die relative Rolle der genetischen und ökologischen Divergenz auf der postmating-Ebene.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Partnerorganisation: Czech Science Foundation
• Kooperationspartner: Professor Dr. Andrej Shevchenko
• Mitverantwortliche: Dr. Ondrej Balvin; Dr. Tomas Bartonicka