Detailseite
Projekt
Genomische Mechanismen der Anpassung und Plastizität von olfaktorischer Wahrnehmung bei Wespen, Bienen und Ameisen
Antragstellerinnen / Antragsteller
Dr. Jan Büllesbach; Dr. Barbara Feldmeyer; Privatdozent Dr. Florian Menzel; Volker Nehring, Ph.D.; Professor Dr. Oliver Niehuis; Professor Dr. Thomas Schmitt
Fachliche Zuordnung
Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 503307636
Die Evolution komplexer Kommunikationssysteme zu verstehen erfordert Erkenntnisse über Signalproduktion als auch Signalwahrnehmung. Bei Insekten spielen kutikuläre Kohlenwasserstoffe (CHCs) eine zentrale Rolle in der chemischen Kommunikation. Die genomischen Mechanismen, welche die Evolution der Perzeption von CHC-Mischungen ermöglicht haben, sind bislang jedoch wenig verstanden. Ein zentrales Problem liegt in dem begrenzten Wissen darüber, welche Odorantrezeptoren (ORs) spezifische CHCs binden – ein Mangel, der umso schwerer wiegt angesichts der massiven Expansion der OR-Genfamilie, die bei Hymenopteren (Wespen, Ameisen und Bienen) oft hunderte Gene umfasst. Frühere Studien haben gezeigt, dass sich die Expression von OR-Genen als Reaktion auf Ligandenbindung ändern kann. Die Veränderung der OR-Genexpression nach Exposition gegenüber CHC-Mischungen kann daher als Werkzeug zur Identifizierung von OR-Sets dienen, die an der Erkennung spezifischer CHC-Mischungen beteiligt sind. Aufbauend auf dieser Erkenntnis möchten wir die Expression von OR-Genen in Antennen von ausgewählten Hymenopteren untersuchen, die verschiedenen CHC-Mischungen ausgesetzt wurden, um entsprechende OR-Sets zu identifizieren. Darauf aufbauend möchten wir die Regulation der Expression der zugrunde liegenden Gene analysieren und ihre evolutionäre Dynamik zwischen Arten vergleichen, die unterschiedliche CHC-Profile besitzen. Unser Ansatz hat das Potenzial, grundlegende Fragen zur genomischen Basis olfaktorischer Perzeption zu beantworten. Wir möchten untersuchen, ob Gene für ORs, die auf die Bindung bestimmter CHC-Klassen spezialisiert sind, genomisch stärker gruppiert und phylogenetisch enger verwandt sind als es dem Zufall entspräche, und ob sich CHC-Vielfalt in einer entsprechenden Vielfalt von CHC-bindenden ORs widerspiegelt. Auch möchten wir klären, ob kurzfristige Änderungen der CHC-Wahrnehmungs-Sensitivität epigenetisch durch DNA-Methylierung und/oder Histon-Modifikationen in OR-Genclustern reguliert werden und ob diese Mechanismen evolutionär konserviert sind. Unser Projekt baut auf der ersten Phase des SPP auf, in der wir die genomische und epigenetische Architektur von CHC-Vielfalt in 13 Paaren nah verwandter Hymenopteren untersucht haben, deren CHC Profile stark unterschiedlich sind. Aus dieser Phase stehen uns die quantitative und qualitative Charakterisierung sämtlicher untersuchter CHC-Profile sowie hochwertige Genome von 26 Arten zur Verfügung – von denen wir 13 Genome de novo sequenziert und assembliert haben. Zudem konnten wir umfassende Expertise im Bereich epigenetischer Profilierung aufbauen. Diese Daten und methodischen Ressourcen versetzen uns in die Position, unsere Forschung in der zweiten Phase des SPP mit einem Fokus auf die CHC-Chemoperzeption fortzusetzen. Die gesammelten Erkenntnisse unserer Studien werden somit unser Verständnis der genomischen Grundlagen chemischer Kommunikation fundamental erweitern.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
