Zusammenleben mit Male-Killing Bakterien

Bakterielle Symbionten sind universelle Bestandteile lebender Organismen, welche die Fitness des Wirts als fakultative Parasiten oder obligaten Mutualisten auf vielfältige Weise beeinflussen. Da Endosymbionten innerhalb des Wirts in einem komplexen Ökosystem leben indem sie mit anderen Bakterien und ihren jeweiligen egoistischen mobilen genetischen Elementen (MGEs) wie Viren und Transposons konkurrieren, ist es für ihre erfolgreiche langfristige Existenz unerlässlich, dass sie mit dem Wirt koevolvieren und ein Gleichgewicht zwischen Symbionten-bedingten Kosten und Vorteilen erreichen. In diesem Projekt postulieren wir, dass es durch interne oder externe Störungen der Homöostase zwischen dem Wirt und seinen reproduktiven Endosymbionten zu Veränderungen in deren genomischen Zusammensetzung kommen kann, die in der Folge sogar den Genfluss zwischen Subpopulationen reduzieren und damit eine neue Artbildung des Wirts vorantreiben können. Wir vermuten weiters, dass die MGEs der Symbionten wichtige Schlüsselakteure in diesem Prozess sind, welche die Fitness des Wirts indirekt durch Konflikt und Kooperation beeinflussen können. Um den direkten Beitrag der Symbionten und deren MGEs auf die Fitness des Wirts abschätzen, müssen wir die zeitliche und räumliche Dynamik aller symbiotischen Hauptakteure in einem natürlichen Wirtssystem untersuchen, welche uns dann ermöglicht, eine beginnende Neu-Artbildung in Echtzeit zu beobachten. Dafür eignet sich bestens das neotropische Drosophila-System, welches sich gerade in Artbildung befindet. Wie wir in unseren jüngsten Feldsammlungen in Mittel und Südamerika festgestellt haben, evolviert dieses Drosophila System gemeinsam mit zwei Modell-Endosymbionten und ihren Varianten, nämlich Wolbachia und Spiroplasma, die sowohl fakultativ als auch obligat mit neotropischen Fliegen assoziiert sind. Beide Endosymbionten werden streng mütterlich mit hoher Zuverlässigkeit übertragen und können entweder mutualistische oder parasitäre Phänotypen wie zytoplasmatische Inkompatibilitäten (CI) oder die Abtötung von Männchen (MK) induzieren. Darüber hinaus haben wir neben eher seltenen pathogenen MK-Spiroplasmen einen weiteren, entfernt verwandten, aber versteckten systemischen Spiroplasma Infektionstyp entdeckt, der unter normalen Bedingungen unauffällig und asymptomatisch ist, der sich jedoch unter erhöhten Temperaturbedingungen in einen pathogenen Male Killer entwickelt. Das bedeutet, dass neotropische Drosophila Populationen in multipartnerschaftlichen Symbiosen sowohl mit pathogenen als auch mit systemischen Spiroplasmen sowie mit deren Wolbachia Symbionten in unterschiedlichen Kombinationen existieren und sich weiterentwickeln. Dieses System ist sowohl einzigartig als auch ideal geeignet, um das komplexe funktionelle und evolutionäre Zusammenspiel zwischen Mikroben und assoziierten MGEs im Modellsystem Drosophila unter Feld- und Laborbedingungen mittels NGS, Genetik, Zellbiologie und experimenteller Evolution zu untersuchen.