Öko-evolutionäre Ursachen und genomische Konsequenzen synergistischer Koevolution

• Antragsteller: Dr. Alexander Herbig; Professor Dr. Christian Kost
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525853121

Ein zentraler Forschungsschwerpunkt der modernen Evolutionsbiologie ist es zu verstehen, wie ökologische Interaktionen zwischen verschiedenen Organismen den Prozess der Koevolution beeinflussen. Obwohl dieser Zusammenhang bei antagonistischen Interaktionen (z.B. in Wirts-Parasit-Systemen) relativ gut verstanden ist, so ist wenig darüber bekannt, wie genau synergistische Interaktionen koevolutionäre Prozesse beeinflussen. So ist beispielsweise unklar, ob und wie sich ökologische Interaktionen auf die evolutionäre Dynamik koevolvierender Gemeinschaften auswirken und damit das Spektrum der auftretenden Mutationen mitbestimmen. Auch die Frage inwieweit sich eine synergistische Koevolution auf die Rate der molekularen Evolution auswirkt und somit zu einer phänotypischen Diversifizierung innerhalb interagierender Konsortien beiträgt, bleibt weitgehend unbeantwortet. Eine Klärung dieser Fragen erfordert nicht nur Kenntnis über die Reihenfolge und Identität der Mutationen, die im Laufe der Koevolution aufgetreten sind, sondern auch detaillierte mechanistische Einblicke über die ökologischen Konsequenzen, die diese Mutationen für die jeweiligen Interaktionspartner haben. Dieses Projekt wird sich mit diesen Fragen befassen. Hierzu wird ein zuvor durchgeführtes Koevolutionsexperiment genutzt, bei dem sich ein kooperativer Mutualismus zwischen zwei Genotypen des Bakteriums Escherichia coli entwickelt hat. Sowohl isolierte Stämme als auch ganze Populationen werden im Zeitverlauf sequenziert, um so die Reihenfolge und Verteilung der Mutationen zu entschlüsseln, die während der synergistischen Koevolution entstanden sind. Darüber hinaus werden mit isolierten oder genetisch rekonstruierten Stämmen sorgfältig geplante Kokulturexperimente durchgeführt, um zu verstehen, wie einzelne Mutationen die evolutionäre Dynamik interagierender Genotypen auf Zell- und Populationsebene beeinflussen. Auf diese Weise wird die experimentelle Zugänglichkeit des genutzten Modellsystems dazu beitragen, die öko-evolutionären Mechanismen zu identifizieren, die der koevolutionären Dynamik zugrundeliegen. Die dabei gewonnen Erkenntnisse werden dabei helfen andere mutualistische Interaktionen besser zu verstehen, bei denen ähnliche Analysen häufig nicht möglich sind. Die Ergebnisse dieser Studie werden wesentlich zur Entwicklung einer empirisch gestützten Theorie der synergetische Koevolution beitragen, die sowohl für die angewandte als auch für die grundlagenorientierte Forschung von großer Bedeutung sein wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen