Adaptive Evolution von Genfamilien des Immunsystems: Ursprung, Diversifizierung und Diversität der NLR Gene im Zebrafisch

LE 546/9-1, WI 3081/5-1

Der ko-evolutionäre Wettlauf zwischen Wirt und Pathogen ist der Antrieb der schnellen evolutionären Dynamik des Immunsystems eines Wirtsorganismus. Ein Schlüsselaspekt in diesem Prozess ist die große Diversität in den molekularen Bestandteilen des Wirt-Immunsystems. In diesem Projekt wollen wir die Mechanismen untersuchen, die hinter dieser schnellen Diversifikation stehen, und die Evolution der sogenannten NLR Genfamilie in natürlichen Populationen des Zebrafisch (Danio rerio) analysieren. Diese Genfamilie, genauso wie der von uns untersuchte Organismus, sind fürdie Analyse des Wettlaufs des Wirts um ökologische Adaption beide hervorraend geeignet. Danio rerio ist ein etablierter Modellorganismus in Genetik und Immunologie. Vor kurzem wurde eine neue und verbesserte Version des Zebrafischgenoms (Zv10) publiziert, die nun eine sichere Datengrundlage für die evolutionäre Genomik darstellt. Die von uns betrachteten Gene bilden eine extrem große, und sehr junge, Genfamilie, die im Zebrafisch um die 400 Mitglieder umfaßt. Um die Eigenart der evolutionären und adaptiven Kräfte zu verstehen, die diese Genfamilie und die kodierten Proteine prägen, werden wir genomische Daten von mehreren Wildpopulationen von Danio rerio, die unter verschiedenen ökologischen Bedingungen leben, generieren und diese Daten mit generell verfuegbaren und speziell entwickelten populationsgenetischen Werkzeugen untersuchen. In diesem Projekt wollen wir die Dynamik von Adaptionsereignissen und die Mechanismen entschlüsseln, die die Diversifikation dieser Genfamilie unter verschiedenen Umweltbedingungen prägen. Insbesondere werden wir uns auf das große Cluster von NLR Genen im Chromosom 4 von Danio rerio konzentrieren. Für diese Gene und ihre gen-regulatorischen Regionen werden wir die Mutationsspektren bestimmen, Evolutionsratenund die selektiven Kräfte in Genen und Proteinen messen. Wir erwarten, eine Reihe von Regionen identfizieren zu können, die evolutionäre "hot-spots" darstellen und Spuren von umweltbedingter Adaption tragen. Diese werden ausgezeichnete Kandidaten für künftige funktionelle Studien sein, in denen Transkriptom-Screens im Wirt und Metagenomik-Analysen der Umwelt korrelliert werden.

Publikationen

• Jaanus Suurväli, Andrew R Whiteley, Yichen Zheng, Karim Gharbi, Maria Leptin, Thomas Wiehe (2019) The laboratory domestication of zebrafish: from diverse populations to inbred substrains. Molecular Biology and Evolution, msz289. DOI: 10.1093/molbev/msz289
  
  
• Philipp H. Schiffer, ... , Thomas Wiehe, Mark Blaxter (2019) Signatures of the evolution of parthenogenesis and cryptobiosis in the genomes of panagrolaimid nematodes. iScience, 22: 587-602. DOI: 10.1016/j.isci.2019.10.039
  
  
• Kerstin Howe, Philipp H. Schiffer, Julia Zielinski, Thomas Wiehe, Gavin K. Laird, John C. Marioni, Onuralp Soylemez, Fyodor Kondrashov, Maria Leptin (2016) Structure and evolutionary history of a large family of NLR proteins in the zebrafish. Open Biol. 6: 160009. DOI: 10.1098/rsob.160009
  
  
• Philipp H. Schiffer, Jan Gravemeyer, Martina Rauscher and Thomas Wiehe (2016) Ultra Large Gene Families: A Matter of Adaptation or Genomic Parasites? Life 6: 32. DOI:10.3390/life6030032