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Projekt
Die Evolution epigenetischer Regulation in Käfern (Coleoptera)
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr. Joachim Kurtz; Professorin Dr. Sonja J. Prohaska
Fachliche Zuordnung
Evolution, Anthropologie
Bioinformatik und Theoretische Biologie
Bioinformatik und Theoretische Biologie
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 503349225
Epigenetische Prozesse beeinflussen das Verhältnis zwischen Genotyp und Phänotyp über die Regulierung der Genexpression. Sie gelten als Schlüssel für evolutionäre Innovationen. Insekten zeigen eine bemerkenswerte evolutionäre Flexibilität bei der epigenetischen Regulation. Unser Projekt nutzt die Vielfalt der Coleoptera, um ein tieferes Verständnis der Evolution epigenetischer Regulationssysteme zu erlangen. Käfer eignen sich besonders gut für die Untersuchung möglicher gegenseitiger Abhängigkeiten und alternativer Funktionen von DNA-CpG-Methylierung und Histonmodifikationen, da einige Arten CpG-Methylierung aufweisen, während andere sie verloren haben. Dementsprechend sind die Gene, die für DNA-Methyltransferasen (Dnmt1 und Dnmt3) kodieren, bei einigen Käferarten teilweise oder vollständig verloren gegangen. In Phase I von GEvol haben wir EM-seq und CUT&Tag als neuartige Techniken zur Untersuchung von DNA-Methylierung bzw. Histon-Modifikationen erfolgreich etabliert und diese Techniken in neun Käferarten angewendet. Der Kartoffelkäfer verlor zum Beispiel Dnmt3, behielt aber im Gegensatz zum Reismehlkäfer relativ hohe CpG-Methylierungswerte bei, wobei H3K36me3 die CpG-Methylierungsmuster spiegelt. Unsere Ergebnisse mahnen zur Vorsicht bei der Verallgemeinerung über verschiedene Arten hinweg und lassen auf eine evolutionäre Variabilität epigenetischer Regulierungssysteme schließen. Wir untersuchten Dnmt-Gene und Gene, die DNA-Methylierung und Histon-Modifikationen miteinander verbinden, sowohl aus einer vergleichenden bioinformatischen Perspektive als auch funktionell unter Verwendung von RNAi-vermitteltem Knock-down in mehreren Käferarten. In Phase II werden wir die Erkenntnisse und Daten aus Phase I voll nutzen, um unseren vergleichenden Ansatz über Käferarten hinweg fortzusetzen und zu fokussieren, mit dem Ziel, ein tieferes Verständnis der Evolution epigenetischer Regulierungssysteme zu erlangen. Wir werden Verbindungen und evolutionäre Übergänge zwischen den koexistierenden epigenetischen Regulationssystemen untersuchen und nun auch die CpG-Methylierung in verschiedenen Geweben einbeziehen, um die Aufrechterhaltung der Methylierung bei Fehlen von DNMT3 zu verstehen. Wir werden weitere Kandidatengene für funktionelle Studien mit Hilfe von RNAi über mögliche Verbindungen zwischen CpG-Methylierung und Histonmodifikationen einbeziehen. Darüber hinaus werden wir unsere gewonnenen Daten mit der gezielten Aufnahme weiterer Histonmarkierungen kombinieren, um die Regulierung der Expression duplizierter Gene zu untersuchen - ein Schlüsselprozess, bei dem epigenetische Mechanismen vermutlich eine entscheidende Rolle spielen. Schließlich wollen wir zusammen mit anderen GEvol-Projekten Hypothesen über den evolutionären Druck, der zu Veränderungen in der epigenetischen Regulation geführt hat, aufstellen und testen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
