Evolution von Keimbahnimmunität gegen Transposons

Die Genome aller lebenden Organismen enthalten transponierbare Elemente (TEs), die sich selbstsüchtig replizieren, um ihre Kopien Zahl zu erhöhen, und damit die Fitness des Wirts beeinträchtigen können. Obwohl TEs mehr als 50 % des Wirtsgenoms erreichen können, werden die meisten von ihnen durch verschiedene Abwehrmechanismen zum Schweigen gebracht, darunter kleine RNAs aus sogenannten piRNA-Clustern, die als unkonventionelles adaptives Immunsystem fungieren. Bei einem Wirtswechsel durch horizontale Übertragung können TEs in die Keimbahn von entfernt verwandten naiven Arten eindringen, sogar pandemisch. Das P-Transposon ist das am besten untersuchte horizontale Transfermodellsystem zum Verständnis der jüngsten TE-Invasion und der weltweiten Ausbreitungsdynamik in Drosophila melanogaster Populationen, die horizontal von neotropischen D. willistoni Arten übertragen wurden. Obwohl die mehrstufigen Regulierungsmechanismen des P-Elements in D. melanogaster bekannt sind, fehlen uns überraschenderweise Informationen über ihre Verteilung und evolutionären Signaturen innerhalb der angestammten willistoni-Wirtsarten, deren genetischen und epigenetischen Unterdrückungsmodi in der Keimbahn und möglichen Interaktionen zwischen den verschiedenen P-Element-Typen, die wir innerhalb der willistoni- Arten bereits gefunden haben. Um diese zentralen Fragen zu beantworten, hat unser gemeinsames Team kürzlich hunderte neotropische Fliegen in Zentral- und Mittelamerika gesammelt und entdeckt, dass die Arten der Willistoni-Gruppe kanonische Ps beherbergen, die wir protokanonische P-Elemente (pcP) nennen und die sich von den kanonischen Ps (cPs) von D. melanogaster durch cis- regulatorische Motive und deren Transposasen unterscheiden. In einem Pilotexperiment identifizierten wir kleine RNAs in den Ovarien, die von der Größe her mit PIWI-interagierenden RNAs (piRNAs) übereinstimmen und komplementär zu den P-Sequenzen sind, was auf eine epigenetische Keimbahn-basierte Repression bei Willistoni-Arten hindeutet. Darüber hinaus können die neotropischen Willistoni-Wirtsarten in vier evolutionäre Transposon Stadien unterteilt werden, und zwar: 1. AKTIVITÄT, 2. EROSION, 3. EXTINCTION, und 4. REPLACEMENT durch ein verwandtes neues P-Transposon. Dieses einzigartige System wird es uns ermöglichen, das funktionelle und evolutionäre Zusammenspiel zwischen TEs und ihren angestammten als auch de novo Wirten aufzudecken, indem wir Populationsgenetik, Epigenetik, Genomik mit funktionellen in vitro- und in vivo- Methoden kombinieren. Die Beantwortung dieser grundlegenden Fragen durch ein internationales Team, bestehend aus L. TEYSSET, Paris, A. HUA-VAN, Paris-Saclay (beide Frankreich), Lisa KLASSON, Uppsala (Schweden) und W.J. MILLER, Wien, im Modellsystem Drosophila wird dazu beitragen, die Mechanismen der homöostatischen Interaktionen zwischen den Vorfahren der Wirte und ihrer potenziell aktiven mobilen DNA besser zu verstehen.