Aufklärung der genomischen Grundlagen von Fitnessvariation eines langlebigen polymorphen Prädators

• Antragsteller: Dr. Nayden Chakarov; Professor Dr. Oliver Krüger
• Fachliche Zuordnung: Biologie des Verhaltens und der Sinne ; Evolution, Anthropologie ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 433069365

Fitnessvariation in wilden Organismen wird oft von vielen komplexen Merkmalen bestimmt. Die ökologischen und molekularen Mechanismen dahinter sind deswegen schwer zu verstehen. Im Gegensatz zu diesem mutmaßlich generellen Bild ist Fitness in manchen Gruppen hauptsächlich durch ein simples Merkmal bestimmt. Ein solches Beispiel sind Mäusebussarde Buteo buteo und ihre verwandten Greifvögel Accipitriformes. Hier hängt der lebenslange Reproduktionserfolg am stärksten von der genetisch bedingten Farbmorphe ab, die nach der einfachen Mendelschen Regel von einem Lokus mit zwei Allelen vererbt wird. Unsere Langzeitstudien zeigen, dass die Farbmorphe mit vielen anderen Merkmalen zusammenhängt, die zu den Fitnessunterschieden führen können, z.B. Wirt-Parasit Interaktionen, Immunabwehr, Migrations- und Aggressionsverhalten. Das liefert drei alternative Hypothesen, wie diese Korrelationen entstehen können: 1. Ein Nukleotidpolymorphismus (SNP) in einem Gen im Melaninstoffwechsel, 2. Mehrere SNPs in interagierenden Genen, die pleiotropische Effekte auf die Farbe und diverse andere Merkmale haben. 3. Eine Chromosominversion, die die Variation zwischen funktionell unabhängigen Genen koppelt. Dieses Projekt wird genomische Mittel nutzen, um ausschlaggebende Belege für eine dieser Hypothesen zu liefern. Es wird den Farbpolymorphismus und die Fitnessvariation bei Greifvögeln und dem Mäusebussard als Fokusart in einem Top-down Ansatz angehen. Im ersten Schritt des Projekts werden mehrere Sequenziermethoden eingesetzt, um lange und linked Reads zusammen mit optischem Mapping zu chromosomalen Referenzgenomen von den verschiedenen Bussardmorphen zu erzeugen. Die resultierende Hybridassembly wird ein wertvolles und seltenes Nebenprodukt erzeugen – das Genom vom Malaria-verwandten Blutparasiten des Bussards, Leucocytozoon toddi. Die hochwertigen Referenzgenome werden weiter für die Auswertung von kurzen Reads von vielen Mäusebussarden und Vertretern anderer polymorphen und monomorphen Greifvogelarten eingesetzt. Die gewonnenen Daten werden für genomweite Assoziationsstudien und singleton-basierte Selektionsanalysen eingesetzt, um die genomischen Abschnitte zu enthüllen, die den Morphen und der Fitnessvariation in Bussarden entsprechen, aber auch in ihren Parasiten und allen Greifvögeln als Gesamtmuster vorkommen. Schließlich wird dieses Projekt die Genomabschnitte, die für die Farbvariation beim Mäusebussard verantwortlich sind, entdecken und wird die Merkmale vorhersagen, die mit der Farbe wegen Pleiotropie oder Genkopplung korrelieren sollten. Wir werden zudem feststellen, ob Farbpolymorphismen bei Greifvögeln mehrmals unabhängig entstanden sind, oder auf einem ursprünglichen Polymorphismus beruhen, was ihnen einen Weg für schnelle Artbildung eröffnet hat.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen