Molekulare Regulation von thelytoker Reproduktion und ihre Langzeit-Konsequenzen

• Antragsteller: Dr. Eckart Stolle
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445756277

Thelytoke Reproduktion in Tieren, eine Form von Parthenogenese in der weiblicher Nachwuchs asexuell (aber nicht klonal) aus unbefruchteten Eiern produziert wird, kommt in zahlreichen sehr erfolgreichen Arten vor, wie in Planarien, Blattläusen, Ameisen, Bienen und Wespen. Auch wenn Doploidie wiederhergestellt wird, kann abgeleitet werden, dass Thelytokie die Homozygosität erhöht, da mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit die gesamte Region zwischen einem meiotischen Crossover und dem Chromosomenende die Heterozygotie verliert. Von einem solch breiten Verlust von Heterozygotie wird erwartet, dass er zu einem Fitnessverlust führt, da er einen Verlust von Komplementation (also das Offenlegen von rezessiven Mutationen) und eine Reduktion von genetischer Diversität verursacht. Trotzdem sind viele permanent thelytoke Arten sehr erfolgreich, insbesondere als notorisch invasiven Arten, wie zum Beispiel viele global-invasive Ameisenarten und eine parasitische Honigbienen-Linie. Es wurde gezeigt, dass diese Arten, unerwarteterweise, große Teile ihrer Heterozygotie erhalten haben, durch reduzierte Rekombination, oder durch Selektion gegen Homozygotie an überdominanten Loci.Um die Mechanismen zu bestimmen, mit denen thelytoke Tiere ihre Heterozygotie erhalten (Rekombination, Selektion), um zu bestimmen welche genomische Regionen betroffen oder nicht betroffen sind (welche Loci den Verlust von Heterozygotie blockieren und wie) und wie der heterozygotieverlust über kurze evolutionäre Zeiträume akkumuliert, und um zu verstehen, wie Thelytokie evolutionär sowie geographisch stabil bleibt, nutzen wir das ideale Modellsystem Kaphonigbiene (Apis mellifera capensis). Die Kaphonigbiene ist das am Besten untersuchte thelytoke Tier und ist tatsächlich bestens als Modell geeignet weil es polymorph ist, d.h. manche Arbeiterinnen können sich thelytok fortpflanzen (Weibchenproduktion), manche arrhenotok (Männchenproduktion), verpaarte Königinnen können sich sexuell fortpflanzen, und eine parasitische Linie pflanzt sich permanent thelytok fort. Zusätzlich haben wir kürzlich den genetischen Hauptregulator für Thelytokie entdeckt, der ein heterozygotes Proteinkodierendes Gen ist, dass stark differentiell exprimiert ist (thelytoken vs. arrhentoken Individuen). Daher kann dieser Locus als Positivkontrolle/Marker für Genexpressionsunterschiede, für Parthenogeneseformen, und (zusammen mit dem obligat heterozygoten Sexlocus) für Heterozygotieverlust-blockierende Loci genutzt werden. Die Ergebnisse dieser Studie werden allgemein relevant sein, sowohl für populationsweite genetische Architektur von Thelytokie, als auch für generelle Mechanismen welche Heterozygotie erhalten können, d.h. das Zusammenspielvon Rekombination und Selektion via Heterozygotie-blockierenden Loci. Diese Mechanismen von Heterozygotieerhalt sind insbesondere wichtig für viele fragmentierte und ingezüchtete Arten, die nicht immer betroffen sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen