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Projekt
Molekulare Mechanismen und phänotypische Konsequenzen der Paralogdivergenz bei Insekten und Cheliceraten
Antragstellerinnen / Antragsteller
Dr. Mathilde Cordellier; Dr. Matthias Pechmann; Dr. Nico Posnien; Professor Dr. Nikola-Michael Prpic-Schäper; Dr. Natascha Turetzek
Fachliche Zuordnung
Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 503325252
Die Beibehaltung duplizierter Gene in verschiedenen Pflanzen, Tieren und Pilzen deutet auf adaptive Vorteile und eine entscheidende Rolle bei der Evolution phänotypischer Neuheiten hin. Genduplikationen prägen auch die Genomevolution und phänotypische Diversifizierung von Arthropoden. Aufgrund ihrer langen Divergenzzeit (570 Millionen Jahre), ihrer geringen Körpergröße und ihrer kurzen Generationszeiten eignen sich Arthropoden hervorragend zur Untersuchung der Mechanismen und Folgen von Gen- und Genomduplikationen. In der ersten GEvol-Phase generierten wir hochwertige Genome für phylogenetisch relevante Spinnenarten, kurierten Transposon-bibliotheken und erstellten mittels Kollaborationen innerhalb von GEvol homogene Annotationen von Chromosom-level Genomen für über 230 Arthropodenarten. Diesen umfangreichen und vergleichbaren Datensatz werden wir nutzen um die Analyse von Genduplikationsereignissen zu erweitern, um molekulare Mechanismen der Duplikatsdivergenz aufzudecken und ihren Beitrag zur phänotypischen Innovation bei Cheliceraten, Crustaceen und Insekten zu testen. Wir werden Duplikationsereignisse in den genannten Arthropoden zeitlich erfassen und kategorisieren. Hierfür werden wir Intron-evolution, alternatives Spleißen, Sequenzvariation, Transposonaktivität, genregulatorische Veränderungen und Genexpression analysieren, um molekulare Mechanismen zu entschlüsseln, welche zur Diversifizierung duplizierter Gene beitragen. Eine Auswahl interessanter, single-copy Gene, anzestraler sowie linienspezifischer Duplikationen, sowie Duplikate mit Sub- und Neofunktionalisierung werden experimentell getestet, um Zusammenhänge zwischen Genduplikation und phänotypischer Innovation zu untersuchen. Geleitet von einer umfassenden Analyse neu generierter und verfügbarer bioinformatischer Ressourcen (z. B. gewebe- und zeitlich spezifischer Transkriptom Sequenzierungen und Einzelzellsequenzierung) werden interessante Genexpressionsmuster mithilfe moderner Färbetechniken wie der Hybridisierungskettenreaktion-Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (HCR) detailliert analysiert. Die Funktion ausgewählter Gene wird durch RNA-Interferenz und CRISPR/Cas9-Genomeditierung weiter validiert, um ihren spezifischen Beitrag zur phänotypischen Evolution zu bewerten. Unser Projekt trägt dazu bei generelle molekulare Mechanismen zu identifizieren, welche die Genevolution nach Duplikation steuern und die phänotypischen Konsequenzen verschiedener Duplikationsereignisse zu bewerten. Durch die Kombination aus Expertise in Bioinformatik und Entwicklungsbiologie, der Nutzung der GEvol-Kooperationen, vielfältiger Fachkenntnisse und Ressourcen aus der ersten Phase haben wir die einzigartige Gelegenheit, mithilfe einer umfassenden Genomanalyse, welche Multi-Omics und experimentelle Genfunktionsstudien integriert, neue Erkenntnisse zur Evolution von Arthropoden Genomen zu gewinnen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
