Effekte von stochastischer Resistenz und Resistenzdurchbrechung auf Wirt-Parasit Koevolution

• Antragstellerin: Dr. Eva Lievens
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 541768773

Die Wirt-Parasit-Koevolution, die sich aus dem wechselseitigen Selektionsdruck zwischen Wirt und Parasit ergibt, ist ein wichtiger Faktor für die biologische Vielfalt und eine Ursache für medizinische und landwirtschaftliche Herausforderungen. Daher ist es wichtig, die Faktoren zu verstehen, die das Ergebnis der Wirt-Parasit-Koevolution beeinflussen. Ein bisher wenig untersuchter Faktor ist, dass bei vielen Wirten und Parasiten ähnliche Veränderungen der Resistenz oder des Wirtsbereichs durch eine Vielzahl von zugrunde liegenden Mutationen verursacht werden können. Diese Mutationsvielfalt führt bei jedem Koevolutionsschritt zu einer Stochastik, die sich auf die nachfolgende Koevolution auswirken kann. So können beispielsweise verschiedene Resistenzwege mit unterschiedlichen Fitnesskosten oder epistatischen Restriktionen verbunden sein oder einen unterschiedlichen Selektionsdruck auf den Antagonisten ausüben. Trotz der Ubiquität und der potenziellen Wichtigkeit der Mutationsvielfalt sind ihre Folgen für die Wirt-Parasit-Koevolution bisher kaum untersucht worden. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Auswirkungen der anfänglichen Stochastik auf den Verlauf der Algen-Virus-Koevolution zu untersuchen. Die experimentelle Koevolution in diesem System folgt einem Wettrüsten, bei dem die Resistenz der Algen und der Wirtsbereich der Viren eskalieren. Zuvor habe ich 22 Algen mit verschiedenen Resistenzphänotypen und 113 Viren mit verschiedenen resistenzbrechenden Mutationen (Mutationen, die den Wirtsbereich erweitern) aus den ersten Schritten ihres koevolutionären Wettrüstens isoliert. Diese einzigartige Ressource ermöglicht es, jeden Schritt der Koevolution zu isolieren und zu manipulieren. Im Rahmen dieses Projekts werde ich die genetische und phänotypische Vielfalt von Resistenz und Resistenzbrechung charakterisieren. Anschließend werde ich die experimentelle Evolution nutzen, um zu testen, ob die anfängliche Stochastizität der Resistenz oder der Resistenzdurchbrechung die Evolution von Algen oder Viren einschränkt. Diese Arbeit wird grundlegende Fragen über die Natur von Resistenz und Resistenzdurchbrechung, den Prozess der Adaptation zur Verminderung der Fitnesskosten, das Bestehen von Trade-offs und epistatischen Restriktionen und die Wiederholbarkeit der (Ko)Evolution beantworten. Die Ergebnisse werden auch zu spezifischen Hypothesen über die Folgen der anfänglichen Stochastizität auf nachfolgende Koevolutionsschritte führen, die in zukünftigen Arbeiten getestet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen