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Humboldt-Universitaet zu Berlin - Collaborative Research Center for Theoretical Biology

Evolution parasitärer Eigenschaften von Endosymbionten am Beispiel des intrazellulären Bakteriums Wolbachia

Die Beziehung zwischen Endosymbiose und Parasitismus soll an intrazellulären Bakterien der Gattung Wolbachia evolutionsbiologisch untersucht werden. Langfristig soll dabei gezeigt werden, welche Hindernisse in der Evolution bestehen, Bakterien in kooperative Elemente des Organismus zu verwandeln. Wolbachien werden - von seltenen Ausnahmen abgesehen - ähnlich wie Mitochondrien und andere modulare Substrukturen nur über das Zytoplasma der Eizellen vererbt und können von männlichen Wirten nicht auf die nächste Generation übertragen werden. Auf Grund ihrer rein maternalen Transmission stehen sie unter Selektionsdruck, bei ihren Wirten das Geschlechtsverhältnis der Nachkommen zugunsten von Töchtern zu beeinflussen und sich eher an weibliche als an männliche Aspekte der Physiologie ihrer Wirte anzupassen. Tatsächlich greifen Wolbachien bei vielen Arthropoden massiv in deren Reproduktions- und Entwicklungsphysiologie ein. Dabei gelingt ihnen die Umwandlung von genetischen Männchen in reproduktionsfähige Weibchen, die Induktion von Jungfernzeugung (Parthenogenese), das Töten männlicher Organismen und das Auslösen von zytoplasmatischer Inkompatibilität (cytoplasmic incompatibility, CI). Bei CI handelt es sich um eine Paarungsunverträglichkeit des männlichen Wirtes mit nicht infizierten Weibchen. Wolbachien erreichen diesen Effekt durch molekulare Manipulation von Spermien, die als Folge des Eingriffs nur noch zur Befruchtung infizierter Eizellen geeignet sind.

Der erste Fragenkomplex des Projekts gilt der Koevolution von Wolbachien und ihren Wirten. Es soll untersucht werden, warum es Wirtspopulationen im evolutionren Wettrüsten nur schwer gelingt, effiziente Abwehrmaflnahmen gegen die Manipulationen durch Wolbachien zu entwickeln und warum letztere von der Evolution nicht vollständig in den Wirtsorganismus integriert wurden. Hierzu sollen methodische Anstäze der evolutionren Spieltheorie an populationsgenetische Modelle angepasst werden, die berücksichtigen, dass in der Evolution Kopplungen zwischen genetischen Eigenschaften des Wirts und seiner Endosymbionten (Assoziationsungleichgewicht) auftreten können. Wir wollen zeigen, wie sich die Interaktionsstruktur der Wirtspopulation auf die kurzfristige Evolutionsdynamik und den Erhalt einer populationsweiten Wolbachia-Infektion auswirkt. In einem übergeordneten Modell soll anschließend die Rolle der Vernetzung potentieller Wirtsarten in Ökosystemen für das

Der zweite Fragenkomplex gilt der Rolle von Wolbachia als diversittserzeugender Faktor in der Wirtsevolution. Zum einen soll gezeigt werden, dass Wolbachien bei Arthropoden vermutlich zur Vielfalt geschlechtsbestimmender Mechanismen beigetragen haben. Zum anderen soll erforscht werden, inwieweit Wolbachien als Promotoren der Artbildung ihrer Wirte in Frage kommen. Hierzu wollen wir untersuchen, wie die Infektion einer strukturierten Population mit unterschiedlichen CI-Typen von Wolbachia die genetische Divergenz lokaler Teilpopulationen fördern kann. Insbesondere soll der Vermutung nachgegangen werden, dass genetische Divergenz von einem selbstverstärkenden Prozess gefördert wird, bei dem sich zunehmend eine Kopplung lokal adaptiver Gene des Wirtsgenoms mit den lokal dominierenden CI-Typen aufbaut. Sollte sich diese Vermutung bestätigen, so wäre ein Prozess identifiziert, der in der Wirtsart genetische Modularisierung hervorruft und damit den Artbildungsprozess einleiten kann.

Beschreibung der zweiten Periode
Beschreibung der aktuellen Periode