Riechst du dasselbe wie ich? Die Kopplung intranasaler phänotypischer Merkmale und ihrer unterliegenden olfaktorischen Rezeptorgene mit der Riechleistung unter Verwendung von Genotyp-Phänotyp-Assoziationen. Eine Fallstudie in Primaten (Primates, Mammalia)

• Antragstellerin: Dr. Franziska Wagner
• Fachliche Zuordnung: Systematik und Morphologie der Tiere
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 507060877

Der Geruchssinn der Säugetiere ist schwer anhand der Morphologie zu bewerten und erfolgt meist getrennt von der Analyse olfaktorischer Rezeptor- (OR) Gene. Basierend auf der Vergleichenden Genomik sollen im vorliegenden Projekt Genotyp (OR Gene) und Phänotyp (z.B. Morphologie) der Nasenregion mikrosmatischer (schwacher Geruchssinn) Primaten miteinander verknüpft werden, um ihre vergleichsweise hohe Sensitivität gegenüber Geruchsmolekülen trotz reduzierter Nasenregion aufzudecken. Wir wenden die innovative Phänotypisierungsmethode an, in der phänotypische Merkmale in die Darstellung numerischer Codes übersetzt und in eine Online-Datenmatrix eingetragen werden, die 45 Primatenarten aus 13 Familien umfasst. Die Primärdaten (z.B. Dicke und Oberflächengröße des olfaktorischen Epithels, Neuronendichte) werden anhand einer neuartigen Methodik gesammelt, die meine beiden gastgebenden WissenschaftlerInnen entwickelt haben: Dasselbe Individuum wird mit Micro- (µCT) bzw. mit Iod-Lösung kontrastierter Computertomographie (diceCT) gescannt und anschließend histologisch präpariert. Die komplementären μCT-/diceCT- und digitalisierten histologischen Schnittbilder des Nasenbinnenraums werden über einander gelegt, um einzelne Zell- und Gewebestrukturen in einem einzigen virtuellen 3D-Modell zusammenzufügen. Morphologische und topographische Merkmale werden deskriptiv erfasst und morphometrische Merkmale mittels Geometric Morphometrics. Zusätzlich beziehen wir Literaturdaten der Aktivitätsmuster und der Ernährung ein, da sie mit dem Geruchssinn assoziiert sind und wir folglich ebenfalls eine Interaktion mit der Morphologie der Nasenhöhle vermuten. Die an den Objekten gesammelten Primärdaten und die textbasierten Literaturangaben der ökologischen/ethologischen Merkmale werden in maschinenlesbare Form transferiert. Sie repräsentieren die Phänotypen, die mit den sequenzierten OR Genen (Kooperation mit Genetikern) unter Anwendung deskriptiver und statistischer Analysen verknüpft werden. Wir berücksichtigen phylogenetische Beziehungen und wenden die Grundplanrekonstruktion an um herauszufinden, wie die Koevolution der Nasenphänotypen und ihrer assoziierten OR Gene die Riechleistung der Primaten geprägt hat. Entlang ausgewählter Linien diskutieren wir Selektionszwänge und ihre Auswirkungen auf Anpassungsstrategien bei der Besetzung ökologischer Nischen. Durch die Kombination zweier innovativer Methoden, Phänotypisierung und Vereinigung komplementärer bildgebender Verfahren, erhalten wir umfassende computerlesbare Phänotypendaten für multidisziplinäre Forschung in der Neontologie und Paläontologie, wie ökologische Interaktionen, evolutive Muster und Genotyp-Phänotyp-Assoziationen. Die Verbindung histologischer und CT-Daten ermöglicht die derzeit detaillierteste Darstellung von Strukturkomplexen, ist auf sämtliche Organe und Gewebe anwendbar und wird in den kommenden Jahren die biologische und biomedizinische Forschung vorantreiben.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberinnen / Gastgeber: Professorin Valerie Burke DeLeon, Ph.D.; Professor Timothy D. Smith, Ph.D.