Molekulare Grundlagen der photoperiodischen Adaptation von Daphnia

• Antragstellerin: Dr. Anke Schwarzenberger
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 401831661

Photoperiodismus von parthenogenetischen Arthropoden ist für den spektakulären Wechsel von asexueller Reproduktion im Frühling und Sommer hin zu sexueller Reproduktion und Dauereibildung im Winter verantwortlich. Die Bildung von Dauereiern ist ökologisch überaus wichtig, um Haplotypen an die nächste Generation zu vererben, zuZeiten in denen asexuelle Nachkommen nicht überleben können. Die molekularen Grundlagen für diese photoperiodische Reaktion sind weitestgehend unbekannt, vor allem bei Crustaceen. Daphnien als ein Beispiel für ein wichtiges Krebstier hat einen große Einfluss auf Ökosysteme. Zum einen handelt es sich bei ihnen um eineSchlüsselart im Kohlenstofftransfer vom Phytoplankton zur nächsten trophischen Ebene. Zum anderen beeinflussen Daphnien dadurch die saisonale Dynamik des ganzen aquatischen Nahrungsnetzes. Das Ziel dieses Projekts ist, die molekularen Mechanismen aufzudecken, die saisonaler und lokaler Adaptation von Daphnien an sichverändernde Photoperioden zugrundeliegen. Die Kombination einer Feldstudie mit kontrollierten Laborexperimenten und modernsten genetischen Methoden (z.B. droplet digital PCR) ermöglicht die Untersuchung mehrerer Zielmoleküle, von denen erwartet wird, eine Rolle bei photoperiodischen Reaktionen zu spielen: i) Enzyme desMelatoninsynthesepfads und ii) Gene der zirkadianen Uhr. Es wird erwartet, dass entweder phänotypische Plastizität oder klonale Unterschiede der Daphnien (in Bezug auf Melatoninsynthese und Genexpressionsveränderungen) für saisonale und/oder lokaleAdaptation an Veränderungen der Photoperiode verantworlich sind. Unabhängig davon ob Adaptationen an die Photoperiode beobachtet werden können oder nicht, wird davon ausgegangen, dass es klonale Unterschiede in der Melatoninsynthese gibt. Die daraus zuerwartenden Unterschiede in der endogenen Melatoninkonzentration sollten zu klonalen Unterschieden in der Reaktion auf exogenen Stress (d.h. Prädation und Dichtestress) führen. Es wurde gezeigt, dass Daphnien eine außergewöhnlich hohe Rate von vervielfachten Genen besitzt. Daher kann mit hoher Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden, dass der Unterschied in der Melatoninproduktion von Daphnienklonen durch eine unterschiedliche Anzahl von Genkopien verursacht wird. Die unterschiedliche Anzahl von Genkopien, die unter Zuhilfenahme von droplet digital PCRbestimmt werden, sind sehr wahrscheinlich der Hauptgrund für Adaptationen an sich verändernde Photoperioden und Empfindlichkeit gegenüber exogenen Stress.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen