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Projekt
Nicht nur Durchschnittswerte: Die Evolution von Transkriptionsvariabilität und ihre Rolle in der evolutionären Anpassung und Innovation
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr. Dirk Metzler; Dr. Luisa Pallares
Fachliche Zuordnung
Evolution, Anthropologie
Förderung
Förderung seit 2025
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 570451068
In der Erforschung von Genexpression untersucht man häufig Unterschiede in der durchschnittlichen Genexpression zwischen bestimmten Gruppen, zum Beispiel Populationen, die unter unterschiedlichen Bedingungen leben, um die funktionalen Voraussetzungen evolutionärer Anpassungen zu verstehen. Es mehren sich jedoch die Hinweise, dass nicht nur die durchschnittliche Genexpression, sondern auch die Transkriptionsvariabilität, also Unterschiede zwischen genetisch identischen mehrzelligen Organismen, in den ersten Stadien der evolutionären Anpassung an neue Umweltbedingungen eine wesentliche Rolle spielen. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass Gene mit hoher Transkriptionsvariabilität zu mehr Nukeotiddiversität tendieren und mehr adaptive Substitutionen zeigen, toleranter gegenüber Mutationen mit Funktionsverlusst sind und weniger vernetzt in Coexpressionsnetzwerken. Für Drosophila-Arten wurde gezeigt, dass Allele, die die Transkriptionsvariabilität reduzieren, tendenziell eher der abgeleitete Typ sind als der anzestrale. In diesem Projekt untersuchen wir die Evolution der Transkriptionsvariabilität sowie ihre Rolle in der evolutionären Anpassung und Innovation anhand von Gen-Transkriptionsdaten von sechs Drosophila-Arten. Für jede der sechs Arten verwenden wir fünf Inzuchtlinien, und von jeder dieser Linien 20 weibliche Fliegen, die genetisch (fast) identisch sind. Die Genexpressionswerte aller Gene jeder dieser Fliegen messen wir separat für Kopf und Körper mittels RNA-Sequenzierung. So können wir für jeden Genotyp (also die weiblichen Fliegen der selben Inzuchtlinie) die Transkriptionsvariabilität jedes Gens berechnen. Unter Benutzung zur Verfügung stehender Informationen über Gen-Regulationsnetzwerke und basierend auf stochastischen Modellen für die Evolution von der Genregulation längs der Drosophila-Phylogenie analysieren wir, wie sich die Transkriptionsvariabilität von Genen, die im selben Pathway interagieren, während der Drosophila-Artbildung verändert haben und ob dabei gerichtete oder balancierende Seletion eine Rolle spielte. Außerdem untersuchen wir die Rolle der Transkriptionsvariabilität in der Regulation von de-novo-Genen und Genen, die während der Anpassung von Drosophila-Arten oder -Populationen an veränderte Umweltbedingungen unter Seletion standen. In Inzuchtlinien-spezifischen Genome suchen wir in genomischen Umgebungen von Kandidatengenen nach genomischen Signaturen, welche die Variabilität vergrößern oder verkleinern. Die Ergebnisse werden neue Einsichten in die Robustheit und Variabilität der Genexpression liefern.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
