Die Lösung des Endreplikationsproblems bei den Dipteren - egoistische genetische Elemente als genomische Innovation bei Insekten?

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Peter Czuppon; Professorin Dr. Lena Wilfert
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 503256371

Bei jeder Zellreplikation stehen Eukaryoten vor einer Herausforderung: sie müssen die kodierende DNA vor der Verkürzung der chromosomalen Endstücke schützen. Telomere sind eine weit verbreitete Lösung für dieses Problem. Sie bestehen aus repetitiven DNA-Motiven, die Chromosomenenden abdecken und somit kodierende DNA vor Verlust schützen. Telomere wiederum werden durch das Enzym Telomerase erhalten. Hierfür fügt Telomerase repetitive DNA-Motive an Chromosomenenden an. Telomere und Telomerase sind für die Unversehrtheit der Chromosomen von entscheidender Bedeutung und evolutionär stark konserviert. Dies macht die Dipteren zu einer Ausnahme - Fliegen haben sowohl repetitive Telomerelemente, als auch Telomerase verloren. Drosophila sind unter den Zweiflüglern einzigartig, da sie die einzige bekannte Gattung sind, bei der Chromosomenenden lediglich von Transposons (engl. transposable element – TE) erhalten werden. Diese TEs agieren wie Telomerase und verlängern Telomere durch Selbstduplizierung. Dieser Mechanismus wird als eindeutiges Beispiel für eine TE-Domestizierung gewertet. Jedoch fehlen nach wie vor Beweise für diese Aussage, zumal die Evolution telomerspezifischer TEs nicht ausreichend verstanden ist. In unserem Projekt FlyInnovation wollen wir erforschen, ob telomerspezifische TEs eine Innovation zur Telomererhaltung in Abwesenheit von Telomerase sind, oder ob es sich um egoistische genetische Elemente handelt, die sich lediglich an einer unzugänglichen genomischen Region der Wirtskontrolle entziehen. Um diese Frage zu beantworten, werden wir die evolutionäre Dynamik von TEs in neutralen Szenarien mit Hilfe ökologischer Methoden modellieren, und empirisch auf Anzeichen von Konflikt oder Kooperation zwischen Wirt und TEs testen um Abweichungen von neutralen Modellvorhersagen zu verstehen. Um den evolutionären Ursprung dieser potentiellen genomischen Innovation zu klären, werden wir die Vielfalt telomerspezifischer TEs in der Gattung Drosophila charakterisieren und allgemeiner untersuchen wie andere Dipteren Telomere in Abwesenheit von Telomerase schützen. Durch die Verknüpfung von theoretischen und empirischen Ansätzen über taxonomische Ebenen hinweg werden wir Einblicke in die TE-Domestizierung und die evolutionären Triebkräfte innovativer Mechanismen der Telomer-Erhaltung gewinnen.

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