Ansökan: Symbiont-inducerad artbildning i insekter: en effekt av en Genomisk Treenighet

Tidsperiod:

1 januari 2015 – 31 december 2018

Projektledare:

Lisa Klasson

Projektdeltagare:

Wolfgang Miller

Finansiär:

Vetenskapsrådet

Bidragstyp:

Projektbidrag

Budget:

3 000 000 SEK

Hur arter uppkommer är en viktig fråga inom evolutionsbiologin. Det finns många olika teorier, men oavsett vilken man förespråkar, så förutsätts oftast resultatet av artbildning vara att det genetiska materialet har förändrats så mycket mellan två populationer som tidigare var samma art att de inte längre kan producera fertil avkomma. En av de viktigaste och svåraste delfrågorna för att förklara artbildning är därför; vad är orsaken till att det genetiska materialet förändras så mycket att två olika arter uppstår? För att detta ska ske så måste genutbytet mellan de två blivande arterna upphöra, d.v.s. de måste bli reproduktivt isolerade. Oftast förklaras uppkomsten av reproduktiv isolering med fysisk separation eller ekologisk anpassning i kombination med naturlig selektion. Flera studier visar dock att skillnader i sammansättning av mikroorganismer också kan leda till minskat genutbyte mellan värdorganismer, och därmed i förlängningen artbildning. Nära interaktioner med mikrober förekommer hos i princip alla organismer, men dessa har ofta blivit förbisedda i studier av artbildning. Därför finns det anledning att tro att mikrobers roll i artbildning inte har blivit tillräckligt utredd. Den typ av mikrober som direkt påverkar reproduktionen hos sin värdorganism är de mest troliga kandidaterna för att orsaka artbildning och Wolbachia är en av de mest studerade och vanligt förekommande bakterier som gör just det. Wolbachia lever intracellulärt i en mängd olika leddjur och man har uppskattat att över 60% av alla insektsarter är infekterade. Bakterien orsakar flera olika fenomen i sina värdorganismer, alla med syfte att ge infekterade honor en fördel, eftersom bakterien endast kan spridas från honan till avkomman. Det vanligast förekommande fenomenet som Wolbachia ger upphov till kallas cytoplasmatisk inkompatibilitet (CI). Vid uttryck av enkelriktad CI kan infekterade hanar inte producera avkomma med oinfekterade honor, något som ger de infekterade honorna en fördel i populationen eftersom de kan få avkomma med både infekterade och oinfekterade hanar. Bakterien kan på så vis uppnå den önskade effekten, d.v.s. att spridas i populationen. Dubbelriktad CI kan leda till att två populationer av samma art, men som är infekterade av olika Wolbachia, inte längre kan producera avkomma med varandra. En av förutsättningarna för att dubbelriktad CI ska kunna leda till artbildning är att de allra flesta individer i båda populationerna är infekterade med Wolbachia, eftersom genflödet annars kan fortsätta mellan infekterade och oinfekterade individer. Detta kriterium infrias dock sällan och slutsatsen har därför varit att Wolbachia inte påverkar artbildning i sin värd. Detta skulle dock kunna bero på att de detektionsmetoderna som använts inte är tillräckligt känsliga. Flera studier har visat att vissa arter har mycket låg infektionshalt, och att man därför har underskattat förekomsten av Wolbachia. Även Wolbachias effekt på reproduktiv isolering kan vara underskattad, eftersom antibiotika-behandling sällan sker innan två arter korsas. I Drosophila paulistorum, en bananfluga som består av flera reproduktivt isolerade underarter, har man sett att fertila hybrider från korsningar mellan underarter bara kan skapas om hanen först behandlas med antibiotika. Liknande observationer har även gjorts i tsetse-flugor. Vi vill i detta projekt studera hur Wolbachia påverkar artbildningen i tre olika grupper av bananflugor (Drosophila) som alla är infekterade med närbesläktade Wolbachia-stammar. Genom sekvensering av både DNA och RNA kommer vi att studera den "Genomiska Treenigheten", d.v.s. Wolbachia plus värdens kärn- och mitokondriegenomen, och vilka genetiska komponenter som bidrar till den reproduktiva isoleringen mellan arter. Arvsmassan från de olika, men mycket närbesläktade Wolbachia-stammarna kommer att jämföras med varandra för att identifiera de bakteriella komponenterna och med hjälp av RNA-sekvensering från antibiotika- och icke-antibiotika beha