Horizontaler Wolbachia Transfer in Kirschfruchtfliegen

Endosymbiontisch lebende Mikroorganismen spielen eine wichtige Rolle in der Ökologie und Evolution von Insekten. Der weltweit häufigste Endosymbiont ist das Bakterium Wolbachia. Wolbachia wird mütterlicherseits von der Elterngeneration auf die Nachkommen weitergegeben. Eine Infektion mit diesem Bakterium kann die Reproduktion des Wirtsinsekts manipulieren. Wolbachia kann aber auch horizontal von einer Insektenart auf eine andere übertragen werden. Wie eine Übertragung von Wolbachia zwischen unterschiedlichen Arten ablaufen kann und wie sich dieses Bakterium daraufhin in natürlichen Populationen verbreitet, wurde bisher kaum untersucht. Die Amerikanische Kirschfruchtfliege, Rhagoletis cingulata, ist einer der bedeutendsten Schädlinge in Nordamerika. Diese Fruchtfliege wurde Ende des 20. Jahrhunderts in Europa eingeschleppt. Hier befällt sie gemeinsam mit der Europäischen Kirschfruchtfliege, Rhagoletis cerasi, Süß- und Sauerkirschen und stellt so eine Bedrohung für die Landwirtschaft dar. Der gemeinsame Lebensraum der beiden Kirschfruchtfliegen führte dazu, dass ein Wolbachia-Stamm der einheimischen R. cerasi auf die invasive Art, R. cingulata horizontal übertragen wurde. Darüberhinaus scheint es, dass bestimmte R. cerasi Populationen von einem Wolbachia-Stamm infiziert wurden, der natürlich in R. cingulata vorkommt. Ziel dieses Projektes ist es, das frühe Stadium eines Invasionsprozesses an zwei trophischen Ebenen zu studieren, der Fruchtfliege und dessen Endosymbiont. Diese Fragestellungen sollen mit unterschiedlichen genomischen und ökologischen Methoden gelöst werden. Wir möchten die Genome verschiedener Bakterienstämme der beiden Fruchtfliegenarten sequenzieren, um mögliche genetische Unterschiede zu erkennen. Mit diesen neuen Erkenntnissen soll in einem weiteren Schritt Wolbachia in invasiven Populationen von R. cingulata in Europa charakterisiert werden, um Einblick in die Ausbreitung des neu erworbenen Wolbachia-Stammes in natürlichen Populationen zu erhalten. Die Genomanalyse nativer nordamerikanischer R. cingulata Populationen sowie invasiver Populationen in Europa soll Erkenntnisse über den Invasionsprozess der Fliegen in ihrem neuen Habitat bringen. Der Vergleich der beiden Kirschfruchtfliegen auf genomischer Ebene soll mögliche Interaktionen der beiden Arten in Europa aufzeigen. Quantifizierung verschiedener Wolbachia-Stämme soll Aufschlüsse über die Interaktion unterschiedlicher Wolbachia- Stämme im selben Wirt liefern. Abschließend sollen Kreuzungsexperimente unterschiedlich Wolbachia-infizierter Fruchtfliegen Informationen zu deren Effekte auf den Wirt sowie Aufschlüsse über mögliche ökologische Interaktionen der beiden Insektenarten liefern. Zusammenfassend soll die Studie von invasiven Kirschfruchtfliegen und deren Endosymbionten neue Erkenntnisse über die frühen Stadien des Invasionsprozesses einer invasiver Fruchtfliegenart und deren Endosymbionten liefern.

Horizontaler Wolbachia Transfer in Kirschfruchtfliegen Endosymbiontisch lebende Mikroorganismen spielen eine wichtige Rolle in der Ökologie und Evolution von Insekten. Der weltweit häufigste Endosymbiont ist das Bakterium Wolbachia. Wolbachia wird mütterlicherseits von der Elterngeneration auf die Nachkommen weitergegeben. Eine Infektion mit diesem Bakterium kann die Reproduktion des Wirtsinsekts manipulieren. Wolbachia kann aber auch horizontal von einer Insektenart auf eine andere übertragen werden. Wie eine Übertragung von Wolbachia zwischen unterschiedlichen Arten ablaufen kann und wie sich dieses Bakterium daraufhin in natürlichen Populationen verbreitet, wurde bisher kaum untersucht. Hier haben wir zwei Arten von Kirschfruchtfliegen untersucht, Rhagoletis cerasi und R. cingulata. R. cerasi ist in Europa heimisch, während R. cingulata in Nordamerika beheimatet ist, aber in Europa eingeschleppt wurde. Der gemeinsame Lebensraum der beiden Insektenarten führte zu einer horizontalen Übertragung eines Wolbachia-Stammes von R. cerasi auf R. cingulata. Außerdem sind bestimmte R. cerasi-Populationen mit einem Wolbachia-Stamm infiziert, der auch in R. cingulata vorkommt. Somit bieten die beiden Fruchtfliegenarten eine einzigartige Gelegenheit, die Dynamik eines horizontalen Wolbachia-Transfers in der Natur zu erforschen. In diesem Projekt haben wir den Wolbachia-Erwerb durch horizontalen Transfer in natürlichen Feldpopulationen erneut untersucht und seinen möglichen Einfluss auf den Fortpflanzungserfolg und die Populationsdynamik invasiver Fliegenarten erforscht. Zunächst führten wir eine Ganzgenomsequenzierung verschiedener Wolbachia-Stämme in Kirschfliegen in Europa und Nordamerika durch, um festzustellen, ob sie genetisch identisch sind. Zweitens untersuchten wir die Verteilung von Wolbachia-Stämmen in Kirschfliegenpopulationen, um die Geschichte und Dynamik von horizontalen Übertragungsereignissen zu klären. Drittens untersuchten wir die phänotypischen Auswirkungen des neu erworbenen Wolbachia-Stamms in Kirschfliegen und beurteilten, ob er eine zytoplasmatische Inkompatibilität oder andere Fitness-Effekten hervorruft. Viertens wollten wir die Einführungsgeschichte von R. cingulata anhand von Untersuchungen von Fliegenpopulationen in Europa und Nordamerika untersuchen. Und drittens haben wir eine quantitative PCR-Strategie angewandt, um potenzielle Stamminteraktionen innerhalb der neuen Fliegenwirte zu untersuchen. Die Ergebnisse unserer gemeinsamen Studie über Wolbachia und seine einheimischen und invasiven Rhagoletis-Wirte bieten neue Einblicke in die frühen Stadien der Wolbachia-Übertragung, die Verbreitung des Endosymbionten in der Natur und die Folgen der neuen Infektion für die Fliege.