Vergleichende evolutionäre Genomik von Sklavenhalterameisen und ihren Wirten

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Erich Bornberg-Bauer; Dr. Barbara Feldmeyer; Professorin Dr. Susanne Foitzik; Professor Dr. Jürgen Heinze
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Bioinformatik und Theoretische Biologie ; Biologie des Verhaltens und der Sinne
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528337128

Dieses Projekt zielt darauf ab, die genomischen Grundlagen zu entschlüsseln, die den bemerkenswerten, wiederholten Übergängen zur Sklavenhaltung bei Ameisen zugrunde liegen. Die Sklavenhalter und ihre Wirte befinden sich in einem ständigen Wettrüsten, bei dem sie immer wieder gegenläufige Angriffs- und Verteidigungsstrategien entwickeln. Parasiten und ihre Wirte haben sich erst kürzlich von gemeinsamen Vorfahren getrennt. Daher bietet dieses System eine einzigartige Gelegenheit, die evolutionären Kräfte zu ergründen, die der konvergenten Evolution zugrunde liegen, und somit das Zusammenspiel zwischen zufälligen Mutationen und Anpassung zu verstehen. In der ersten Phase haben wir die Genome und Transkriptome mehrerer Wirts-Parasiten-Paare sequenziert, assembliert, und sie mit anderen verfügbaren Ameisengenomen verglichen. Wir haben festgestellt, dass die Parasiten im Gegensatz zu ihren Wirten zahlreiche Chemorezeptoren (OR) verloren haben. Aufbauend auf diesen Ergebnissen und den gesammelten Ressourcen werden wir nun weitere Kontraktionen und Expansionen von Genfamilien, sowie Veränderungen genomischer Merkmale untersuchen, und einige davon experimentell verifizieren. Erstens werden wir zusätzlich zu den nun dichteren phylogenetischen Stichproben ein weiteres Genom eines “degenerierten Sklavenhalters” analysieren, der nur sehr wenige Arbeiterinnen produziert und von dem wir annehmen, dass er noch mehr Rezeptoren verloren hat als die bisher untersuchten Sklavenhalter. Zweitens werden wir unter der Annahme, dass die verlorenen Rezeptoren für Parasiten weniger wichtig sind, weil sie mit dem Sozialverhalten zusammenhängen, ihren evolutionären Ursprung untersuchen. Mit Hilfe der Antennenelektrophysiologie werden wir feststellen, ob Parasiten tatsächlich weniger Gerüche wahrnehmen als Wirte. Antennentranskriptome werden zeigen, ob tatsächlich weniger OR-Gene exprimiert werden, und wir werden untersuchen, ob die Verringerung der OR-Gene bei Sklavenhaltern mit einer geringeren Anzahl von Glomeruli in den Antennenalloben einhergeht. Drittens werden wir mit Hilfe von Genomscans prüfen, ob andere Genfamilien expandieren oder schrumpfen und ob sie entweder in den Wirten oder in den Sklavenhaltern einer positiven oder relaxierender Selektion unterliegen, und welche Rolle Transposable Elements dabei spielen. Experimentell werden wir die Funktion parasitenspezifischer Gene mit Hilfe von RNAi untersuchen, welche durch Verhaltensscreenings untermauert wird. Darüber hinaus werden wir Koexpressionsnetzwerke analysieren, unter der Annahme, dass Gene, die bei den Sklavenhaltern konvergent verloren wurden, in den Wirten stark miteinander verknüpft sind. Der Vergleich der Netzwerktopologien von Parasiten bei Raubzügen mit denen von Wirten, die auf Nahrungssuche sind, soll klären, ob ersteres von letzterem, ursprünglicheren Verhalten abstammt. Mit diesem Projekt werden wir zum Verständnis konvergenter Evolution und deren genomischer Basis beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen