Wirt-Virus Koevolution: Demographie versus Selektion und multiple Stressoren

BE 4135/5-2

Es besteht ein bleibendes Interesse daran die Geschwindigkeit evolutionärer Änderungen näher zu charakterisieren und Faktoren zu identifizieren, welche die Evolutionsrate beeinflussen. Insbesondere fehlt ein gutes Verständnis der Zusammenhänge zwischen evolutionären Dynamiken auf der genomischen Ebene und der Fitnessverteilung innerhalb von Populationen, wenn diese in komplexen Umgebungen evolvieren. In diesem Antrag beabsichtigen wir genomische Veränderungen in rasch koevolvierenden Algen-Virus-Gemeinschaften zu identifizieren. Darüber hinaus wollen wir zeigen, wie sich multiple Stressoren für die Algen und die Viren auf die Rate und den Verlauf von raschen Anpassungen auswirkt. In bisherigen Experimenten konnten wir bereits zeigen, wie sich die Demographie der Algenpopulation und Koevolution von Algen und Viren auf die adaptiven genomischen Veränderungen in der Algen- und Virenpopulation auswirken. Hier planen wir jetzt das gleiche experimentelle System und bereits entwickelte bioinformatische Tools zu nutzen, um die Hypothese zu testen, dass abiotische Stressoren zusammen mit der Wechselwirkung zwischen den beiden Arten die Geschwindigkeit der adaptiven Evolution beeinflussen. Wir werden sowohl den Verlauf der Veränderungen in den Populationsgrössen als auch auf der phänotypisch und genomisch Ebene verfolgen. Des Weiteren, werden wir mehrere hundert Algenklone (840) im Detail sowohl phänotypisch wie auch genomisch charakterisieren. Wir werden explizit untersuchen ob zusätzliche abiotische Stressoren für den Virus und die Algen die Dynamik der Koevolution direkt (i) mittels Veränderung der Stärke oder Richtung der Selektion, (ii) durch die Interaktion zwischen verschiedenen Individuen (klonale Interferenz), (iii) durch Interaktionen im Genome (Epistasis, Pleitropy), oder (iv) indirekt durch Veränderungen in der Demographie verändert. Zusammenfassend planen wir zu verstehen ob und wie komplexe Umwelteinfluss indiziert durch abiotische Stressoren die Geschwindigkeit der Evolution von Resistenz beschränken selbst wenn die Mutationsrate hoch ist.

Publikationen

• Retel, C. Märkle, H., Becks, L. and P. Feulner (2019) Ecological and evolutionary processes shaping viral genetic diversity. Viruses 11(3), 220. DOI: 10.3390/v11030220
  
  
• Retel, C., Kowallik, V., Huang, W., Werner, B., Künzel, S., Becks, L. and P. Feulner (2019) The feedback between selection and demography shapes genomic diversity during coevolution. Science Advances. Vol. 5, no. 10, eaax0530. DOI: 10.1126/sciadv.aax0530 (shared first and shared last authorship)