SPP 2349 - Teilprojekt: GEvol-Defense - Evolution neuer zellulärer Abwehrmechanismen durch horizontalen Gentransfer bei Blattkäfern

Grunddaten zu diesem Projekt

Beschreibung

Der evolutionäre Erfolg der Insekten beruht auf ihren vielseitigen Abwehrsystemen gegen Umweltstressoren und ihrer hohen Reproduktionsrate. Die zelluläre Abwehr der Insekten wird größtenteils von Hämozyten vermittelt, einer Zellgruppe, die sowohl für die Immunität als auch für die Fortpflanzung von zentraler Bedeutung ist. Obwohl Hinweise auf eine rasche Evolution hämozytärer Funktionen vorliegen, sind die zugrunde liegenden genomischen Mechanismen bislang weitgehend unbekannt. Unser aktueller Expressionsatlas des Kartoffelkäfers (CPB, Leptinotarsa decemlineata) zeigte, dass drei kürzlich duplizierte Gene, die durch horizontalen Gentransfer aus Bakterien am basalen Zweig der Blattkäfer-Linie entstanden sind, spezifisch in CPB-Hämozyten exprimiert werden. Dies legt nahe, dass die Rekrutierung von HGT-Genen zur Entstehung neuartiger Abwehrmechanismen in diesen Käfern beitragen kann. Ziel dieses Projekts ist es, zu erläutern, wie diese Gene evolvieren und zu neuartigen zellulären Abwehr- und Entwicklungsprozessen in Blattkäfern beitragen. Erstens werden wir Einzelzell-RNA- und -ATAC-Sequenzierung durchführen, um die regulatorischen Mechanismen der zellspezifischen Expression der HGT-Gene zu identifizieren. Zweitens werden wir die Funktion der horizontal transferierten Gene untersuchen, indem wir ihre Expression im CPB durch RNA-Interferenz herunterregulieren, und sie heterolog in Drosophila exprimieren. Drittens rekonstruieren wir die evolutionäre Geschichte der Funktion und Regulation dieser Gene, indem wir komparative Genomik und Einzelzellsequenzierung von vier verschiedenen Käferarten integrieren. Wir beabsichtigen, die entscheidenden Funktions- und Expressionsmotive aufzudecken, die zur Etablierung neuartiger Hämozyten-Funktionen in Blattkäfern geführt haben. Durch die Kombination modernster genomischer und molekularbiologischer Werkzeuge wird dieses Projekt neue Erkenntnisse liefern, wie HGT-Gene in bestehende Signalnetzwerke eingebunden werden und so zu evolutionären Innovationen bei Insekten beitragen können.