Anpassung und Diversifikation von Schildkrötenkäfern angesichts der metabolischen Variation von Symbioten

• Antragsteller: Dr. Hassan Salem
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Physiologie der Tiere ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 513349254

Mikrobielle Symbionten sind eine wichtige Quelle für evolutionäre Innovationen bei Insekten. Während obligate Symbionten im Allgemeinen über den gesamten Stammbaum der Insekten verbreitet sind, sind sie besonders häufig unter herbivoren Kladen zu finden. Unsere früheren Arbeiten an Schildkrötenblattkäfern (Coleoptera: Chrysomelidae: Cassidinae) haben gezeigt, dass der γ- proteobakterielle Symbiont, Stammera, für die Entwicklung und das Überleben des Wirts essenziell ist. Stammera besitzt ein reduziertes Genom, das für die Produktion und den Export von Pektinasen optimiert ist und es seinem Wirt ermöglicht, Blätter zu verdauen, die reich an abbauresistenten Pektinensind. Trotz eines hohen Maßes an genomischer Konservierung variiert Stammera zwischen den Wirtsspezies in den Pektinasen, für die es kodiert. Während alle Stammera-Stämme für Polygalacturonase kodieren, ergänzt eine Untergruppe von Arten zusätzlich mit Rhamnogalacturonan-Lyase (RL) die Verdauung ihres Wirts. Da Cassidinae die symbiotisch mit beiden Pektinasen ausgestattet sind, eine größere ökologische Verbreitung aufweisen, zielt dieser Aantrag darauf ab, den kausalen Zusammenhang zwischen dem metabolischen Potential eines Symbionten und der ökologischen Ausbreitung seines Wirtes aufzuweisen. Der Antrag umfasst zwei Forschungsprojekte. Das erste wird sich mit der adaptiven Bedeutung und ökologischen Relevanz, der von Stammera kodierten RL für Schildkrötenkäfer befassen. Mit einer Kombination aus manipulativen Bioassays, biochemischen Charakterisierungen und Immunhistochemie werden wir darlegen, wie die RL die Verdauungsphysiologie des Wirts formt und die Entwicklung und Fitness beeinflusst. Das zweite Projekt wird die Auswirkungen eines erweiterten Verdauungsspektrum der Symbionten auf die Diversifizierung des Wirtskäfers untersuchen.Dieses Projekt stellt die die Frage, ob die Nischenerweiterung mit erhöhten Diversifikationsraten einhergeht. Metagenomische Daten werden für Schildkrötenkäferarten aus allen 43 Stämmen der Unterfamilie Cassidinae generiert, die einen repräsentativen Bereich von ökologischen Gilden abdecken. Auf der Seite der Symbionten werden die generierten Genomdaten das Stammera-Pangenom, seine Kerngene und die akzessorischen Signalwege, die die Unterschiede in der Wirtsökologie widerspiegeln, definieren. Auf der Wirtsseite soll eine phylogenetische Analyse die Beziehungen der Cassidinae auf Stammesebene aufklären und die Diversifizierungsraten der Wirte abschätzen. Beide Bemühungen sollen Aufschluss darüber geben, wann die RL von Stammera erworben wurde und wie dieser Erwerb die Diversifikation des Wirts beeinflusst hat. Insgesamt sollen die vorgeschlagenen Forschungsprojekte zu unserem Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Tieren und Mikroben beitragen, indem sie Aufschluss darüber geben, wie sich Variationen im Stoffwechselpotenzial der Symbionten auf die Anpassung, Verbreitung und Diversifizierung des Wirts auswirken können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen