Veterinärmedizinische Universität Wien Forschungsinformationssystem VetDoc

Grafischer Link zur Startseite der Vetmeduni Vienna

Gewählte Publikation:

Publikationstyp: PhD-Arbeit
Dokumenttyp:

Jahr: 2015

AutorInnen: Tobler, Raymond

Titel: Adaption to thermal stress in experimental Drosophila populations.

Titelvariante: Adaption to thermal stress in experimental Drosophila populations

Quelle: PhD-Arbeit, Vet. Med. Univ. Wien, pp. 85.


Betreut von:

Schlötterer Christian

Einrichtung:
Institut für Populationsgenetik


Abstract:
Eine der großen Herausforderungen der modernen Evolutionsbiologie ist es, die genetischen Grundlagen adaptiver Evolution zu beschreiben. Die wichtigsten Fragen befassen sich mit Anzahl und Effekt-Größe von genetischen Loci unter Selektion, dem jeweiligen Einfluss von funktionellen bzw. regulatorischen Veränderungen, der Verbreitung von Epistasis und Pleiotropie sowie dem Beitrag von „Standing Variation“ im Gegensatz zu de novo Mutationen in Populationen mit sexueller Reproduktion. Vor dem 21. Jahrhundert war es aufgrund logistischer Einschränkungen zur Beschaffung von populationsgenetischen Informationen und aufgrund des Fehlens von passenden Systemen mit biologischer Replikation unter Kontrolle von selektiven und demographischen Variablen nahezu unmöglich, solche Fragestellungen anzugehen. Mit der Entwicklung von Next Generation Sequencing in Kombination mit experimenteller Evolution wurde eine aufregende neue Ära der Adaptionsforschung eingeläutet: heute ist es möglich, genomweite Reaktionen auf Adaption in Echtzeit in aufeinanderfolgenden Generation von zu messen, und zwar in mehreren Populations-Replikaten und unter vom Forscher vorgegebenem Selektionsdruck. Dank neuester NGS- Entwicklungen wurde es in letzter Zeit sogar möglich, experimentelle Evolution von haploiden Systemen hin zu multizellulären, sexuell reproduzierenden diploiden Spezies zu erweitern. Ein besonders vielversprechender Ansatz ist die Kombination von "Pooled Sequencing" (Pool-Seq) von ganzen diploiden Populationen unter experimenteller Evolution, wobei sich die Generationen oder verschiedenen Selektions- Regimes unterscheiden und sich dadurch genomische Bereiche von adaptiver Evolution identifizieren lassen. Dieses System ist bekannt als Evolve&Resequence (E&R) und führte bereits beim genetischen Modellorganismus Drosophila zu erstaunlichen Ergebnissen. Als Beispiel seien klassische Hard Sweeps genannt, die in haploiden Systemen oft festgestellt werden können, in sexuellen Systemen aber sehr selten vorkommen, da Selektion dort hauptsächlich an „Standing Variation“ ansetzt und nicht an neuen vorteilhaften Genvarianten. Drosophila E&R Studien berichten allerdings weitaus häufiger von selektierten Loci als unter Populations-und Quantitativer Theorie vermutet werden können. Dies weist darauf hin, daß solche Studien zu einer großen Zahl von falsch-positiven Resultaten führen. Diese Probleme limitieren die Identifikation von tatsächlichen kausalen Loci, die adaptiven Antworten zugrunde liegen, und müssen gelöst werden, um E&R-Studien wirksamer zu machen. In dieser Dissertation bespreche ich die Ergebnisse einer laufenden E&R Studie, in der Replikate von D. melanogaster Populationen zwei entgegengesetzten zyklischen Temperaturen (warm/kalt) ausgesetzt wurden und deren genomische und phänotypische Unterschiede zwischen evolvierten und Ausgangspopulationen verglichen wurden. Im ersten Kapitel zeigen wir zum ersten Mal, daß die meisten Falsch-Positiv-Ergebnisse in Drosophila E&R-Studien durch eine Kombination von großen segregierenden Inversionen einerseits und weitreichenden Verknüpfungen zwischen neutralen Varianten und stark selektierten Loci andererseits hervorgerufen werden. Diese Ergebnisse können als empirische Basis für eine genauere Identifikation von kausativen Genorten in zukünftigen E&R Studien dienen. Im zweiten Kapitel zeigen wir, daß Veränderungen in Fitness, Entwicklungszeit und Thermo- Resistenz in heißer und kalter Umgebung teilweise von kurzfristigen thermalen Schwankungen beider Umgebungen hervorgerufen werden, und daß diese parallele Antwort gleichzeitig mit Habitat-spezifischer Adaption stattfand. Diese Studie zeigt also, daß thermale Variation, die zwar in der Natur allgegenwärtig ist aber in den meisten experimentellen Zugängen fehlt, eine wichtige Komponente der Anpassungs-Fähigkeit in einer ektothermischen Spezies ist. Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die Studien dieser Dissertation einen wichtigen Schritt in Richtung verbesserter E&R Experiment-Planung darstellen und in Zukunft weitere Untersuchungen zur bisher weitgehend unterschätzten Rolle von thermischer Variation in angepassten Populationen bereichern könnten.


Im Rahmen der Hochschulschrift entstandene Publikation(en):

Tobler, R; Hermisson, J; Schlötterer, C (2015): Parallel trait adaptation across opposing thermal environments in experimental Drosophila melanogaster populations. Evolution. 2015; 69(7):1745-1759

Tobler, R; Franssen, SU; Kofler, R; Orozco-Terwengel, P; Nolte, V; Hermisson, J; Schlötterer, C (2014): Massive habitat-specific genomic response in D. melanogaster populations during experimental evolution in hot and cold environments. Mol Biol Evol. 2014; 31(2):364-375
Open Access Logo

© Veterinärmedizinische Universität Wien Hilfe und DownloadsErklärung zur Barrierefreiheit