Jenseits der Artbildungsgene: Trägt die postzygotische Isolierung zum Erhalt sympatrischer Arten bei?

• Antragstellerin: Dr. Melanie Heckwolf
• Fachliche Zuordnung: Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Entwicklungsbiologie ; Evolution, Anthropologie ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen ; Systematik und Morphologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452090896

„Das Geheimnis der Geheimnisse“, so nannte Darwin (1859) die Entstehung neuer Arten. Während wir bereits einige Geheimnisse der Artentstehung aufdecken konnten, gibt uns das Phänomen der sympatrischen Artbildung weiterhin Rätsel auf. Die Hamletbarsche, eine Gruppe eng verwandter Korallenrifffische, sind aufgrund ihrer jüngsten Diversifizierung mit bis zu 9 von 18 verschiedenen Arten, die gleichzeitig am selben Riff vorkommen, ein hervorragendes System zur Untersuchung dieses Phänomens. Der größte Unterschied zwischen Hamletbarschen ist ihr Farbmuster, welches eine zentrale Rolle bei der Partnerwahl spielt. Trotz bevorzugter Paarung innerhalb des arttypischen Farbmusters können sich Hamletbarsche verschiedener Arten in natürlichen Populationen erfolgreich fortpflanzen. Die daraus entstehenden Hybride sind lebensfähig, wobei ihre Fitness in freier Wildbahn oder im Labor weitgehend unbekannt ist. Damit jedoch verschiedene Hamletbarscharten ohne komplette prezygotische Isolation sympatrisch bestehen können, müssen postzygotische Fortpflanzungsbarrieren vorhanden sein. Solche Barrieren können durch (epi)genetische Inkompatibilitäten verursacht werden, die zu einer abnormalen epigenetischen Stilllegung oder Überexpression von Genen, einer Reaktivierung von Transposons oder zur Genominstabilität führen. All diese Prozesse hängen eng miteinander zusammen und können einander beeinflussen. Selbst bei geringer Prävalenz würden diese Mechanismen zu einer verminderten Fitness bei Hybriden führen und wären daher für die Erhaltung der verschiedenen Hamletbarscharten von entscheidender Bedeutung. Ich werde dieses Phänomen mit drei aufeinander aufbauenden Zielen untersuchen: (I) Die Beschreibung der relativen Fitness von Hybriden, (II) die Charakterisierung der funktionellen Differenzierung (DNA-Methylierung und Genexpression) zwischen Hamletbarscharten und (III) die Identifizierung postzygotischer Isolationsmechanismen, die dazu beiträgt sympatrische Hamletbarscharten zu erhalten. Aufgrund ihrer ökologischen Vorgeschichte, der verfügbaren genomischen Ressourcen und vor allem wegen ihrer Paarungsstrategie, sind Hamletbarsche ein geeignetes Modell, um diese Ziele zu untersuchen. Als gleichzeitige Hermaphroditen wechseln Hamletbarsche während einer Paarung die Geschlechterrollen. Dies ermöglicht es uns, bei der Untersuchung von postzygotischen Isolationsmechanismen die Auswirkungen des Geschlechts von denen des Genotyps zu differenzieren. Das ist wichtig, da Eier und Spermien sehr unterschiedliche Vektoren für die Vererbung von RNA und DNA-Methylierung sind. Insgesamt wird dieses Projekt beispiellose Einblicke in die Inkompatibilitäten bei Hybriden liefern und die postzygotischen Isolierungsmechanismen untersuchen, die der sympatrischen Artbildung im Ozean zugrunde liegen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Panama
• Gastgeber: Owen McMillan, Ph.D.