Evolutionäre Genomik der Genregulation

Forschung

Treffen Organismen auf neue oder sich verändernde Umwelten, hängen ihr Überleben und ihr Fortpflanzungserfolg von der Evolution regulatorischer Prozesse ab, die es ihnen ermöglichen, ungewohnte und oft extreme Bedingungen, wie beispielsweise Temperaturstress, zu tolerieren. Unsere Forschung hat zum Ziel, die genregulatorischen Mechanismen aufzudecken, die es Insekten, darunter auch landwirtschaftliche Schädlinge und Vektoren von Krankheiten dazu befähigt, Konkurrenten zu verdrängen und neue Lebensräume erfolgreich zu besiedeln. Wir untersuchen, wie genetische und epigenetische Mechanismen die Physiologie und Fruchtbarkeit unter Stressbedingungen beeinflussen und wie Genregulationsprozesse zu wichtigen evolutionären Innovationen beitragen, wie beispielsweise der Diversifizierung von Fortpflanzungsmerkmalen und dem Übergang von solitärem zu sozialem Verhalten. Dabei wollen wir herauszufinden, wie die Evolution dieser Mechanismen die funktionelle Vielfalt der Arten untermauert und es ihnen ermöglicht, in einer sich schnell verändernden Welt zu überleben. Zu diesem Zweck integrieren wir experimentelle und computergestützte Ansätze, um Regulationsprozesse auf molekularer und organismischer Ebene analysieren zu können.

Methoden und Ansätze

Computergestützt. Wir integrieren Genom-, Transkriptom- und Epigenomdaten, um regulatorische Variationen zu charakterisieren, Netzwerkdynamiken zu rekonstruieren und quantitative Modelle der Genregulation zu entwickeln. Statistische Inferenz und Methoden des maschinellen Lernens werden eingesetzt, um tiefere Einblicke in regulatorische Muster und Umweltreaktionsfähigkeit zu gewinnen.

Experimentelll. Wir nutzen hauptsächlich Taufliegen der Gattung Drosophila, um regulatorische Variationen in vivo zu untersuchen. Dabei setzen wir modernste Genom-Editierungstechniken in Kombination mit phänotypischen, physiologischen und Fertilitätsassays ein. Dieser integrierte analytische und funktionelle Ansatz ermöglicht es uns, regulatorische Veränderungen mit ihren Auswirkungen auf die Entwicklung, Stresstoleranz und Diversität auf Populationsebene in Verbindung zu bringen und so ein mechanistisches Verständnis dafür zu gewinnen, wie Organismen ihre Funktion in flukturierenden und sich verändernden Umgebungen aufrechterhalten.

Schlüsselpublikationen

Yılmaz VM, Bao Z, Grath S: Navigating the Cold: Integrative Transcriptome Sequencing Approach Reveals Ionoregulatory and Whole-Body Responses to Cold Acclimation in Drosophila ananassae. Genome Biology and Evolution, 17(5):evaf077.https://doi.org/10.1093/gbe/evaf077

Taprogge M, Grath S (2024): Modelling suggests Wolbachia-induced cytoplasmic incompatibility in oak gall wasps with cyclical parthenogenesis. Journal of Evolutionary Biology, 37(8):926-934. https://doi.org/10.1093/jeb/voae077

Hoedjes KM, Grath S, Posnien N, Ritchie MG, Schlötterer C, Abbott JK, Almudi I, Coronado-Zamora M, Durmaz Mitchell E, Flatt T, Fricke C, Glaser-Schmitt A, González J, Holman L, Kankare M, Lenhart B, Orengo DJ, Snook RR, Yılmaz VM, Leeban Y (2024): From whole bodies to single cells: A guide to transcriptomic approaches for ecology and evolutionary biology. Molecular Ecology, e17382.https://doi.org/10.1111/mec.17382

Yılmaz VM, Ramnarine TJS, Königer A, Mussgnug S, Grath S (2023): Tropical super flies: Integrating Cas9 into Drosophila ananassae and its phenotypic effects. Journal of Insect Physiology, 147:104516. https://doi.org/10.1016/j.jinsphys.2023.104516

Ramnarine TJS, Grath S, Parsch J (2022): Natural variation in the transcriptional response of Drosophila melanogaster to oxidative stress. G3 Genes|Genomes|Genetics, 12(1), jkab366. https://doi.org/10.1093/g3journal/jkab366

Stellenangebote

Wir suchen derzeit Doktoranden, die daran interessiert sind, mit uns an einem neu finanzierten Projekt zur Evolution von Genregulationsmechanismen zu arbeiten, die der Evolution der Eusozialität bei Wildbienen zugrunde liegen. Das Projekt ist Teil des Schwerpunktprogramms[ "Die Genomischen Grundlagen Evolutionärer Innovationen (GEvol)" (SPP 2349), das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wird.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Sonja Grath