Genomische Innovationen als Treiber der Evolution der Termitensozialität

• Antragsteller: Dr. Mark C. Harrison; Professor Dr. Dino McMahon
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 433073542

Die Erhöhung der Präzision und des Ertrags neuer Sequenzierungstechnologien der dritten Generation erlaubt jetzt die Sequenzierung von qualitativ hochwertigen Genomen zu akzeptablen wirtschaftlichen Kosten. Dieses Projekt nutzt diese neuen Entwicklungen, um eine Grundlage für die Genomforschung von Insekten zu schaffen, mit dem primären Ziel, neue Einblicke in einen wichtigen Meilenstein der Evolution zu gewinnen: die Entstehung der Sozialität. Außerhalb der gut untersuchten sozialen Hymenoptera (Bienen, Ameisen und Wespen) sind solche fortgeschrittenen Stufen der Eusozialität nur einmal evolviert: in den Termiten. Es ist daher von außerordentlichem Interesse, die Evolution von Termiten zu verstehen: sowohl als wichtiges Taxon in der Grundlagen- und angewandten Forschung, als auch als Vergleichssystem zu den Hymenoptera. Unsere jüngsten Erkenntnisse haben Aufschluss über adaptive Änderungen in Genfamilien und Genomen in den Termiten gebracht. Trotz dieser Bemühungen bleibt die molekulare Basis dieses großen Übergangs weitgehend ungeklärt. Der Mangel an Fortschritten ist zum großen Teil darauf zurückzuführen, dass es keine koordinierte Unterstützung für „Next-Generation-Sequencing“-Projekte im großen Maßstab gibt. Wir wollen diese Lücke schließen, indem wir fehlende Daten von wichtigen Schaben- und Termitenarten generieren. Diese Gruppen sind entscheidend, weil sie wichtige ökologische und evolutionäre Diversität widerspiegeln, die bisher übersehen wurde. Das erste Ziel ist daher die Sequenzierung, Assemblierung und Annotation von Genomen von acht Schaben- und Termitenarten. Wir werden diese Daten dann nutzen, um zwei weitere Ziele zu adressieren: i) Untersuchung der molekularen Mechanismen, die der Evolution der Termiten-Eusozialität zugrunde liegen, und ii) Aufklärung der evolutionären Ursprünge von Termitenkasten. Eine wichtige Hypothese, die wir testen, besagt, dass die Evolution der Termitensozialität durch einen zweistufigen Prozess erfolgte, der eine anfängliche Expansion genomischer Elemente in Schaben und anschließende umfangreiche Umstrukturierungen in Termitengenomen beinhaltet. Wir testen die spannende Hypothese, dass Transposons diesen Prozess durch die Generierung genomischer Neuheiten begünstigt haben. Dies erfordert die Verwendung modernster genomischer Techniken. Schließlich werden wir die Genome mit Transkriptomen hoher Auflösung kombinieren, um die mechanistischen Grundlagen der phänotypischen Termitenplastizität zu erforschen und somit die evolutionären Ursprünge der sozialen Kasten der Termiten zu verstehen. Unser übergeordnetes Ziel ist die Sequenzierung und Analyse von acht Genomen mit „Platin“-Qualität, die einen Vergleich von Arten aus verschiedenen wichtigen evolutionären Bahnen der sozialen Komplexität von Termiten ermöglichen. Dies wird uns letztendlich ermöglichen, die übergeordnete Frage zu beantworten: Was sind die molekularen Ursprünge der Termitensozialität?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen