Evolutionaere Dynamik des natuerlichen Drosophila Mikrobioms

• Antragstellerin: Professorin Dr. Judith Korb, seit 6/2022
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 433035363

Alle bekannten Lebewesen sind mit Mikroorganismen assoziiert. Pathogene koennen starke Selektionsdruecke auf Ihre Wirte ausueben. Eine Folge davon ist, dass an der Immunantwort beteiligte Gene oft Teil eines Wettruestens zwischen Wirt und Pathogen werden und daher besonders schnell evolvieren. Andererseits haben Mikroben viele evolutionaere Adaptationen ihrer Wirte erst ermoeglicht. Nichtsdestotrotz wird die Rolle des Mikrobioms in der Adaptation hoeherer Organismen oft vernachlaessigt. D. melanogaster lebt in einer mikrobenreichen Umwelt, auf faulendem Obst und Gemuese. Das Mikrobiom hat einen deutlichen Einfluss auf D. melanogasters Phaenotypen und Fitness. Deshalb ist die Annahme naheliegend, dass in D. melanogaster natuerliche Selektion auf jene Mechanismen wirkt, die dazu dienen, das assoziierte Mikrobiom zum Vorteil des Wirts zu kontrollieren. Damit Selektion zu Adaptation fuehren kann, muessen die Kontrollmechanismen eine variable genetische Grundlage haben. Unsere Arbeitshypothesen fuer das Projekt sind, dass unter evolutionaer relevanten, also natuerlichen Bedingungen (i) das Mikrobiom D. melanogasters variiert, (ii) es eine genetische Grundlage fuer diese Variation gibt, (iii) natuerliche Selektion auf die Loci wirkt, die das Mikrobiom beeinflussen. Wir untersuchen diese Hypothesen in zwei Projektteilen. Im ersten Teil werden wir eine Mikrobiom-Genom-Weite-Assoziations-Studie (mGWAS) durchfuehren. Wir werden die Resourcen des europaeischen Drosophila Populationsgenomik Konsortiums (DrosEU) nutzen, um 1000 Proben aus Europa zu analysieren. Hiermit koennen wir den Beitrag der Wirtsgenetik zum Mikrobiom quantifizieren und die beteiligten Loci (mQTL) ermitteln. Drosophila eignet sich aussergewoehnlich gut fuer die vorgeschlagenen Arbeiten: 1. Die genetische Kopplung ist klein, was das Ermitteln kausaler Varianten auf Nukleotidebene erlaubt. 2. Es gibt nur sehr geringe Populationsstruktur, die die mGWAS beeinflussen koennte. 3. Das Mikrobiom ist verhaeltnismaessig einfach strukturiert, was einen kosteneffektiven detaillierten Zugang ermoeglicht. 4. Die Moeglichkeiten zur experimentellen Ueberpruefung der Ergebnisse sind nahezu unbegrenzt. Im zweiten Schritt werden wir die Ergebnisse der mGWAS in einem evolutionaeren Kontext untersuchen, um die ultimaten Kraefte zu verstehen, die natuerliche Variation mit dem Mikrobiom interagierender Loci auf genomischer Ebene bestimmen. Um das zu erreichen, werden wir moderne populationsgenomische Methoden verwenden. Hierzu zaehlen Tests, die es ermoeglichen, polygenische Selektion auf komplexe Merkmale zu identifizieren. Zusaetzlich zur Analyse moeglicherweise variierender Selektionsdruecke in Europa, werden wir oeffentlich zugaengliche Daten aus dem afrikanischen anzestralen Verbreitungsgebiet der Spezies nutzen, um zu verstehen, welche Rolle Selektion auf mQTLs fuer die Expansion aus Afrika und die Kolonisation gemaessigter Klimate spielt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Fabian Staubach, bis 6/2022