Die genomische Grundlage von extremen Sexualdimorphismus bei Glühwürmchen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Ana Catalan, Ph.D.; Dr. Sebastian Höhna
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 503346030

Glühwürmchen sind für ihre charismatischen leuchtenden Paarungssignale bekannt. Weniger bekannt ist, dass Glühwürmchen eine faszinierende Variation von mildem bis zu extremen Sexualdimorphismus aufweisen. Bei Arten mit extremem Sexualdimorphismus verbleiben die Weibchen in einem neotenischen Zustand mit Flügelstummel anstelle von voll entwickelten Flügeln. Bei einigen Arten ist auch das Lichtorgan sexuell dimorph, wobei Männchen kein Lichtorgan haben im Gegensatz zu den neotenischen Weibchen. Wichtig für dieses Projekt ist, dass sich dieser Geschlechtsdimorphismus in der gesamten Glühwürmchen-Phylogenie wiederholt entwickelt hat. Ein beträchtlicher Anteil der starken Merkmalsvariationen, einschließlich der geschlechtsdimorphen Merkmale, muss auf eine Variation der Genexpression zurückzuführen sein. Es ist jedoch nur sehr wenig bekannt welche Art von evolutionären Prozessen auf die geschlechtsspezifische Genexpression einwirken und ob dieselben Gene in verschiedene Arten geschlechtsspezifisch sind. Die Genexpression wird höchstwahrscheinlich durch die Zugänglichkeit von offenem Chromatin reguliert. Der Zusammenhang zwischen der geschlechtsspezifischen Zugänglichkeit des offenen Chromatins und der geschlechtsspezifischen Genexpression ist bisher noch unklar. In diesem Projekt werden wir die evolutionären Prozesse (z. B. Drift, stabilisierende oder gerichtete Selektion) die auf die Genexpression wirken anhand eines phylogenetischen Ansatzes identifizieren. Zur Beantwortung unserer Fragen werden wir neue Methoden für die statistische Analyse entwickeln (Brownsche Bewegung und Ornstein-Uhlenbeck Prozesse). Unsere neuen Methoden werden es uns ermöglichen, die evolutionären Prozesse zu untersuchen, die auf die geschlechtsspezifische Genexpression einwirken, und ob die geschlechtsspezifische Genexpression durch wiederholte Evolution mit extremem Sexualdimorphismus verbunden ist. Um die genetischen Grundlagen des extremen Sexualdimorphismus zu untersuchen, werden wir ganze Transkriptome von 15 Glühwürmchenarten aus 5 verschiedenen Gattungen sequenzieren, wobei mehrere Individuen pro Art und nach Körperteilen getrennt sequenziert werden. Darüber hinaus werden wir durch die Generierung von ATAC-seq-Daten neue Erkenntnisse über die Korrelation zwischen der Evolution der Genexpression und der Evolution der Chromatinzugänglichkeit auf phylogenetischer Ebene gewinnen. Zusammenfassend, unser Projekt wird (a) einen neuen umfassenden transkriptomischen und Chromatinzugänglichkeits-Datensatz erzeugen, (b) neue Methoden zur Untersuchung der Genexpression und der Chromatinzugänglichkeit für mehrere Arten und Individuen über eine Phylogenie hinweg entwickeln und (c) unser Verständnis über die Evolution von Genomen im Hinblick auf den molekularen Mechanismus, der dem Sexualdimorphismus zugrunde liegt, verbessern. Schließlich wird unser Projekt aufdecken, welche genomischen Elemente Innovationen bei Insekten, wie z. B. die Neotenie, hervorrufen.

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