Genomische Grundlagen der Anpassung an unterschiedliche Lebensräume in Limnephilidae (Köcherfliegen, Trichoptera)

• Antragstellerin: Jacqueline Heckenhauer, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 502865717

Limnephilidae ist eine diverse Familie in der Insektenordnung Trichoptera (Köcherfliegen), die Seide produziert, um im Larvenstadium Röhrengehäuse und im Puppenstadium Puppenzellen mit einer permeablen Membran zu bauen. Diese evolutionären Innovationen ermöglichen vermutlich ihre Anpassung an unterschiedliche Lebensräume, z. B. von lotischen (schnell fließende) an lenitische (sauerstoffarme, langsam fließende oder stehende) Gewässer, sowie an terrestrische Habitate. Darüber hinaus wurden bei Limnephilidae Expansionen von Transposons (TEs) und deren Einfluss auf proteinkodierende Gene identifiziert. Ziel dieses Projekts ist die Untersuchung der genomischen Grundlagen für die Anpassung an unterschiedliche Lebensräume bei Limnephilidae. Zunächst werden vergleichende genomische und transkriptomische Methoden angewendet, um Genfamilien zu identifizieren, die mit der Anpassung an unterschiedliche Lebensräume assoziiert sind (z.B. Gene für Atmung, Stoffwechsel, Geruch, Sehvermögen, Wärmetoleranz). Es wird untersucht, ob diese Gene/Genfamilien einer positiven Selektion unterliegen und/oder Genfamilienexpansionen durchlaufen haben. Zweitens trägt das Projekt dazu bei, Trichoptera als Modellsystem für funktionelle Genomstudien zu etablieren, indem potenzielle Regulationsmechanismen für die Evolution von Innovationen untersucht werden. In diesem Zusammenhang werden, aufbauend auf früheren Erkenntnissen zur Evolution von TEs bei Köcherfliegen, die potenziellen evolutionären und regulatorischen Rollen von TEs und TE-Gen-Assoziationen untersucht. TEs können an der Modifikation der Chromatinfaltung und Aktivierung der Transkription beteiligt sein. Dies kann die Expression benachbarter Gene beeinflussen. Zunächst wird RNAseq eingesetzt, um zu testen, ob Gene während des Larvenstadiums und der Verpuppung, zwischen in verschiedenen Habitaten vorkommenden Arten unterschiedlich exprimiert werden und um zu untersuchen, ob die Nähe zu TEs im Genom die Genexpression beeinflusst. Dies ermöglicht auch die Bewertung der Rolle der permeablen Puppenzelle für die Anpassung an verschiedene Habitate. Im Puppenstadium stehen die Seideneigenschaften der Puppenzelle möglicherweise mit Osmoregulation in Zusammenhang. Diese variiert potentiell bei Arten aus verschiedenen Habitaten. Die unterschiedliche Expression von Genen, die mit der Regulierung von Körperflüssigkeiten assoziiert sind, spiegelt möglicherweise Anpassungen an Unterschiede im osmotischen Druck in verschiedenen Habitaten wider. Um die Chromatinverfügbarkeit von Genregionen mit hoher Expression zu bewerten, werden Chromatin-Zugänglichkeitsprofile mittels ATACseq erstellt. Dies ermöglicht den Vergleich der regulatorischen Landschaften, Unterschiede im offenen Chromatin, zwischen Limnephilidae-Arten aus unterschiedlichen Habitaten. Um Informationen über die Regulation von Gene, die in einem bestimmten Habitat exprimiert werden, zu erhalten werden offene Chromatinregionen innerhalb des jeweiligen Genlocus untersucht.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2349: Die Genomischen Grundlagen Evolutionärer Innovationen (GEvol)