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Projekt
Gen- und Genomduplikation und phänotypische Neuerungen – Erkenntnisse aus Spinnen und Insekten
Antragstellerinnen / Antragsteller
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
Phänotypische Neuerungen, wie die Flügel der Insekten oder die Spinndrüsen bei Spinnen, erleichtern die Anpassung an sich verändernde Umweltbedingungen und treiben somit die evolutionäre Diversifizierung voran. Die Vermehrung genomischer Information durch einzelne Genduplikationen (Tandemduplikationen) oder umfangreiche Verdopplungen von Chromosomen und ganzen Genomen sind wichtige Voraussetzungen für solche Neuerungen. Jüngste Genomanalysen in verschiedenen Arthropoden haben mindestens ein umfangreiches Duplikationsereignis an der Basis der Arachnopulmonaten (u.a. Spinnen und Skorpione) identifiziert. Dieser Befund bietet die einzigartige Gelegenheit, die Folgen umfangreicher Gen- und Genomverdopplungen mit regionalen, genspezifischen Duplikationen zu vergleichen, wie sie häufig bei Insekten beobachtet werden. Bisher waren Wirbeltiere (die mehrere Genomverdopplungen durchlaufen haben) die einzigen Tiere, an denen die Folgen umfangreicher Verdopplungsereignisse untersucht werden konnten. Die neuen Genomdaten von Arthropoden machen es nun möglich, die Folgen von umfassenden Duplikationsereignissen über verschiedene Tiergruppen hinweg zu vergleichen. Duplizierte Gene, die für den Organismus von Vorteil sind, bleiben in der Regel im Genom erhalten, und die anschließende Diversifizierung der Genexpression und -funktion trägt zu phänotypischen Innovationen bei. Eine systematische, genomweite Analyse von Genduplikationen und deren Auswirkungen auf phänotypische Neuerungen in Arthropoden fehlt bisher. Deshalb werden wir Ansätze der vergleichenden und funktionellen Genomik und der funktionellen Genetik kombinieren, um phylogenetische Muster von Erhalt bzw. Verlust duplizierter Gene bei Insekten und Spinnen aufzudecken und die Bedeutung von Genduplikationen für phänotypische Neuerungen funktionell zu testen. Wir werden hochwertige Referenzgenome für unterrepräsentierte Spinnengruppen etablieren und diese zusammen mit bestehenden Insekten- und Cheliceratengenomen analysieren. Wir werden die Intronarchitektur, das Vorkommen mobiler DNA-Elemente (Transposons), die Chromatinstruktur und die Expression von Entwicklungsgenen untersuchen, um Einblicke in die molekularen Mechanismen zu gewinnen, die der Diversifizierung der Expression von Genduplikaten zugrunde liegen. Für ausgewählte Genduplikate werden wir die räumliche und zeitliche Expression analysieren, mit einem Fokus auf Expression in phänotypischen Neuerungen bei Spinnen (beispielsweise in sich entwickelnden Buchlungen oder Spinndrüsen), und wir werden die Funktion einiger ausgewählter Gene mittels RNA-Interferenz testen. Unsere Arbeit wird einzigartige Einblicke in das Ausmaß, das Wesen, und die Folgen von Gen- und Genomverdopplungen sowie ihre Bedeutung für die Evolution und Diversifizierung phänotypischer Neuerungen liefern.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
