Forschungsgruppe 2: Evolutionsgenetik
Forschungsgruppe 2: Evolutionsgenetik |
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Fragmentierung von Habitat kann durch Limitierung von Habitat, Migration und die Einschränkung des genetischen Austauschs zwischen Populationen starken Einfluss auf die Dynamik und die Demografie von Populationen haben. Als Folge davon können Populationen in kleinen Fragmenten isoliert und negative Effekte von Inzucht und genetische Drift verstärkt werden. In diesem Teil des Projektes untersuchen wir den Einfluss der verbleibenden Menge an Waldbedeckung auf die Populationsdynamik von Kleinsäugerarten. Kleinsäuger reagieren auf verschiedene Weise auf Fragmentierung des Habitats Wald. Habitatgeneralisten werden - im Gegensatz zu den Spezialisten – von der Fragmentierung des Lebensraumes nicht oder kaum eingeschränkt. Wir konzentrieren uns hauptsächlich auf spezialisierte Nager und Beuteltierarten, die sensitiv auf Waldfragmentierung reagieren. In drei Landschaften mit unterschiedlichem Anteil an Restwald (15 %, 31 % und 43 %) und einem Kontrollgebiet in kontinuierlichem Wald untersuchen wir populationsdemografische Parameter mithilfe von Fang-Wiederfang-Methoden. Die Anzahl der markierten Individuen und die Wiederfangraten nach unterschiedlichen Zeitintervallen werden mithilfe von Populationsmodellen dazu benutzt, Überlebens-, Reproduktions-, sowie Migrationsraten von Kleinsäugerpopulationen zu schätzen. Diese Parameter machen es möglich, Source-Sink-Dynamiken verschiedener Populationen innerhalb einer Landschaft und – im Vergleich zwischen Landschaften- den Einfluss des Anteils an Restwald auf die Demografie von Kleinsäugern zu verstehen. |
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Die Fragmentierung natürlicher Habitate kann aufgrund verminderter
Migration, genetischer Drift und Inzucht schwerwiegende Auswirkungen
auf die Struktur und den Gesundheitszustand von Populationen
haben. Die Gene des MHC (Major Histocompatibility Complex) nehmen
im Immunsystem der Säugetiere eine Schlüsselrolle ein, so dass
ihre Variabilität von großer Bedeutung bei Abwehr von Pathogenen
und Parasiten ist. Für kleine Populationen insbesondere bedrohter
Arten können Parasiten, wie Krankheiten im Allgemeinen, eine
ernste Gefahr darstellen. Sie können die Wirtspopulation in
Bezug auf Zuwachsrate und andere demographische Parameter kontrollieren.
Dabei ist unklar, warum einige Arten oder sogar Populationen
der gleichen Art unterschiedlich auf diesen Einfluss reagieren.
Das Verständnis der Zusammenhänge zwischen Immungenkonstitution
und Parasitenresistenz ist eine der zentralen Fragen im Schutz
bedrohter Arten.
In diesem Projekt untersuchen wir die Auswirkungen von Fragmentierung
auf gesamtgenomische und adaptive Variabilität, sowie deren
Bedeutung für die Parasitenresistenz in verschiedenen Kleinsäugern
der Mata Atlantica. Die Fokusarten (Akodon montensis, Delomys
sublineatus, Oryzomys russatus, O. angouya, Gracilinanus microtarsus,
Marmosops incanus) unterscheiden sich in ihrer Sensitivität
bezüglich anthropogener Einflüsse und unterliegen unterschiedlichen
ökologischen Zwängen. Aus diesem Grund kommen manche Arten nur
in großen Fragmenten des Regenwaldes vor, wohingegen andere
auch in kleinräumig fragmentierten Landschaften überleben können
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Die Gene des ‘Major Histocompatibility Complex’ (MHC) stellen eine Seite eines co-evolutiven Wettrüstens zwischen Wirten und Parasiten dar. Bei Vertebraten kodieren sie auf der Zelloberfläche befindliche Glykoproteine, die in die Antigenerkennung involviert und somit direkt mit Parasitenresistenz und individueller Fitness gekoppelt sind. Unterschiede in der Diversität aber auch in der Expression bestimmter MHC-Allele könnten eine Erklärung für die unterschiedlichen Anpassungsfähigkeiten von Arten an sich verändernde Umweltbedingungen und damit assoziierten parasitären Belastungen sein. Das Verständnis der Auswirkungen der immungenetischen Konstitution auf Parasiten- und Pathogenresistenz ist nicht nur eine zentrale Frage in der Evolutionsbiologie, sondern auch bei Schutzmassnahmen von großer Bedeutung. In dieser Studie untersuchen wir mit Hilfe quantitativer PCR den Einfluss unterschiedlichen Parasitenbelastungen auf die Expression von MHC-Genen. Quantitative Unterschiede in der Immunantwort wären eine mögliche Erklärung für die unterschiedlichen Anpassungsfähigkeiten von Habitatgeneralisten und -spezialisten, was wiederum ihre Persistenz in einer fragmentierten Landschaft beeinflusst. Um die Qualität einzelner MC-Allele beurteilen zu können, messen wir die individuelle Parasitenbelastung mit gastrointestinalen Helminthen direkt durch Sektionen sowie indirekt durch die quantiative Bestimmung der Helmintheneier im Kot der Wirtstiere. Wir arbeiten mit drei Focusarten:
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Pathogene stellen unter natürlichen Bedingungen starke selektive Kräfte dar, die koevolutive Prozesse auslösen können. Bisherige Untersuchungen über die Wirkung solcher Selektionsmechanismen konzentrierten sich hauptsächlich auf die Sequenzvariabilität in Genen des Immunkomplexes (MHC) und vernachlässigten potentiell vorhandene Unterschiede in der Expressionsstärke von MHC- und anderen immunrelevanten Genen. Besonders im Bezug auf sich schnell verändernde Viren können Expressionsunterschiede in funktionell bedeutsamen Genen von evolutiver Relevanz sein. Dennoch fehlen Studien über solche Mechanismen bisher weitgehend.
Die in Europäischen Kaninchen (Ocyctolagus cuniculus) auftretende schwere virale Erkrankung (Rabbit Haemorrhagic Disease, RHD) verursacht hohe Todesraten. Ziel des Projektes ist, die strukturellen und transkriptionellen Unterschiede zwischen resistenten und anfälligen Tieren zu untersuchen. Aufgrund der vollständigen Sequenzierung des Kaninchengenoms sind optimale Voraussetzungen für Genexpressionsanalysen durch Mikroarrays und qRT-PCR gegeben, um nicht nur Expressionsmuster einzelner, sondern tausender von Kandidatengenen gleichzeitig zu betrachten. Die Analysen erlauben, die multiplen regulatorischen Mechanismen und verschiedenen Selektionshypothesen detailliert zu untersuchen, um so Verständnis von Ursachen und Prozessen bei evolutiven Adaptationen zwischen Wirten und Pathogenen zu verbessern.
Dieses Projekt wird im Rahmen des DFG Schwerpunktprogramms ‘Host-Parasite Coevolution – Rapid reciprocal adaptation and its genetic basis’ (SPP 1399, DFG SO 428/7-1) gefördert.
Hauptantragstellerin: Prof. Dr. Simone Sommer
in Zusammenarbeit
mit Dr. Jörns Fickel (IZW, Berlin) und Dr. Brian Cooke (University
of Canberra, Australia)
Postdoc: Dr. Nina Schwensow
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Im südlichen Afrika haben während der letzten Jahrzehnte Desertifikationserscheinungen aufgrund intensivierter Landnutzung stark zugenommen und zu schwerwiegenden Veränderungen natürlicher Lebensräume geführt. Sie stellen eine ernst zu nehmende Bedrohung vieler Säugetiertaxa dieser Region dar. Degradationen und Fragmentationen üben insbesondere einen negativen Einfluss auf Artengemeinschaften, auf die Populationsökologie, das Ausbreitungsverhalten sowie auf die genetische Variabilität aus. Kleinsäuger spielen eine wichtige Rolle in Ökosystemen und reagieren in vielen Fällen aufgrund ihrer eingeschränkten Ausbreitungsmöglichkeiten sehr sensitiv auf Umweltveränderungen. Genetische Diversität ist mit zahlreichen Fitnessparametern assoziiert wie z.B. der Immunkompetenz von Populationen, die hinsichtlich der Abwehr weit verbreiteter Pathogene und Parasiten von grundlegender Bedeutung ist. Sowohl Habitatdegradationen als auch Klimaveränderungen stellen ferner Schlüsselparameter im Hinblick auf Ausbreitung, Übertragung und Entwicklungserfolg von Parasiten und Pathogenen dar. Solche Veränderungen könnten bedeutende Implikationen für den Ausbruch von Schädlingsarten, den Schutz seltener Wirtsarten und deren ökologische Funktionen mit sich bringen, und somit gravierende veterinär- und humanmedizinische Konsequenzen haben. In dieser Studie untersuchen wir den Einfluss unterschiedlicher Landnutzung auf Parasitenbelastung und Variabilität von Immungenen (MHC) am Beispiel ausgewählter Kleinsäugerarten entlang eines Niederschlagsgradienten vom Kapgebiet Südafrikas bis zur nordnamibischen Grenze, um die Bedeutung der MHC-Konstitution auf den Befall durch gastrointestinale Parasiten zu untersuchen. Die Analysen von wirtsspezifischen Variationen in der Endoparasitendiversität und genetischen Adaptionen entlang des Klimagradienten können natürliche co-evolutionäre Anpassungsprozesse aufzeigen, die zum besseren Verständnis der Folgen globaler Erwärmung beitragen |
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Wissenschaftliches Ziel der Arbeit sind Untersuchungen zur Expression von Immungenen (MHC) und zum Einfluss diverser äußerer Faktoren (wie z.B. Stress) auf das Immunsystem großer, afrikanischer Raubtiere.
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Weibchen können, nach den Annahmen der sexuellen Selektionstheorie, die Fitness ihrer Nachkommen durch selektives Verpaaren mit bestimmten Männchen erhöhen. Als einer der besten potentiellen Kandidaten für die genetische Basis von Partnerwahl bei Vertebraten werden die Gene des Haupthistokompatibilitätskomplexes („Major Histocompatibility Complex“, MHC) angesehen. Neben ihrer großen Bedeutung in der Resistenz gegen Parasiten und Pathogene, beeinflussen MHC-Gene den individuellen Geruch, der bei Partnerwahl, Verwandtenerkennung und Inzuchtvermeidung von Bedeutung ist. Ver-schiedene Erklärungsansätze wie durch natürliche Selektion die außerordentliche MHC-Variabilität aufrechterhalten werden kann, werden derzeit diskutiert. Die meisten dies-bezüglichen MHC-Untersuchungen fanden unter Labor- oder seminatürlichen Bedingungen statt, mit den bekannten Vorteilen konstanter bzw. kontrollierbarer Parameter, aber auch mit dem Nachteil, dass verschiedene natürliche Selektionsmechanismen nicht oder nur eingeschränkt wirken konnten. Im Rahmen dieses Projektes werden die Interaktionen von Sozialsystem und Partnerwahl auf die genetische Konstitution neutraler und kodierender Marker am Beispiel zweier Lemurenarten (Microcebus murinus, Cheirogaleus medius) untersucht und die Konsequenzen MHC-abhängiger sexueller Selektionsstrategien auf Fitness und Parasitenresistenz der Nachkommen analysiert. Die erstgenannte Art ist promiskuitiv, die zweite paarlebend. Bei beiden Arten werden seit einigen Jahren von unseren Kooperationspartnern (Dr. K Dausmann, Univ. Hamburg; Dr. M Eberle, Deutsches Primatenzentrum Göttingen; Dr. J Fietz, Univ. Ulm) kontinuierlich Daten von zahlreichen individuell markierten Individuen in natürlichen Populationen erhoben. Die Studien tragen zum Verständnis MHC-abhängiger Partnerwahl auf die MHC-Diversität bei und erlauben somit Rückschlüsse auf die genetischen Grundlagen von Verhalten und evolutionsrelevanter Ökologie. Mit freundlicher Unterstützung durch die DFG So 428/4-1 und 428/4-2 In Kooperation mit Dr. K Dausmann, Univ. Hamburg; Dr. M Eberle, Deutsches Primatenzentrum Göttingen; Dr. J Fietz, Univ. Ulm. |
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Themen
und Projekte : Evolutionsgenetik
