Evolution und soziale Divergenz

Im Rahmen einer EU-finanzierten Initiative wurden evolutionäre Kräfte untersucht, welche die Ökologie und Evolution von Mikroorganismen prägen, die an sozialen Interaktionen beteiligt sind. Die Arbeit wird Wissenschaftlern dabei behilflich sein, deren enormes Potenzial zur Verwendung in der Biotechnologie nutzbar zu machen.

Klimawandel und Umwelt

Das Wissen um die mikrobielle genetische Diversität in der Natur und wie diese mit der phänotypischen Divergenz einschließlich sozialer Merkmale in Verbindung steht, ist äußerst begrenzt. Dieses Thema wurde durch das Projekt MICROSOCIOGENOMYX (Quantifying the roles that evolutionary forces play in shaping genomic and social divergence in natural populations of the cooperative bacterium Myxococcus xanthus) aufgegriffen. Das Ziel bestand darin, zu quantifizieren, wie sich die Evolution auf die genomische und soziale Divergenz in natürlichen Populationen des kooperativen Myxomodellbakteriums Myxococcus xanthus auswirkt. Die Forscher identifizierten und quantifizierten die Kräfte, welche über räumliche Maßstäbe, von einzelnen Furchtkörpern bis hin zu Kontinenten, die Biogeographie und die soziale Diversität des Myxococcus prägen. Die Forscher wandten Next-Generation-Sequencing-Verfahren an, um die Evolution des kooperativen Modellorganismus zu erforschen, der im Boden lebt und als Reaktion auf Umweltfaktoren ein selbstorganisierendes Verhalten zeigt. Die Arbeit begann mit einer Erforschung einer Sammlung natürlicher Isolate, um ein klareres Verständnis über die in M. xanthus festgestellte genetische Diversität zu erlangen. Es wurden genetische Substitutionsmuster unter den natürlichen Isolaten erforscht sowie die Selektion und der genetische Drift entsprechend einer „Goldstandard“-Mutationsrate quantifiziert. Die Berechnung erfolgte entsprechend einer Genomsequenz zu einer großen Sammlung laborgezüchteter M.-xanthus-Stämme. Durch eine Kombination der Leistung von Mutationsakkumulationsassays konnte die bis dato genaueste Mutationsrate für M. xanthus erreicht werden. Bereits veröffentlichte phänotypische Muster in nahe verwandten Isolaten wurden mit Daten bezüglich des Gesamtgenoms in Verbindung gesetzt, um den molekularen Mechanismus zu bestimmen, der der sozialen Diversität zugrunde liegt. Kandidatenmutationen wurden direkt über die Schaffung isogener Klone im Labor geprüft. Die Genome vieler natürlicher Isolate wurden sequenziert und assembliert. Die resultierenden Daten dienen als unschätzbar wertvolle Ressource und werden zu einem besseren Verständnis der genetischen Grundlage verschiedener Aspekte sozialer Interaktionen und deren Ökologie sowie Entwicklung führen. Dies betrifft unter anderem Schwarmgemeinschaften, die multizellulare Entwicklung sowie Betrug und Betrugskontrolle bei natürlichen Myxobakterienisolaten. Ferner wurde gezeigt, dass erstmals für Laborstämme von M. xanthus entwickelte molekulare Werkzeuge verwendet werden können, um gemeinhin die Genome natürlicher Isolate zu manipulieren. Dies wird die Untersuchung von Genotyp-Phänotyp-Verhältnissen in einem großen Maßstab ermöglichen. Diese Techniken werden derzeit auf natürlichere Gruppen und zur Identifizierung allgemeiner (und potenzieller paralleler) Ziele der molekularen Entwicklung angewandt. MICROSOCIOGENOMYX wird zu einem besseren Verständnis von Mikroben in der Natur führen und hierdurch ermöglichen, dass deren Potenzial auf den Nährstoffkreislauf, die Bodensanierung und Schädlingsbekämpfung übertragen werden kann.

Schlüsselbegriffe

Kooperative Bakterien, Myxococcus xanthus, Myxobakterium, Biogeographie, soziale Diversität, Next Generation Sequencing, genetische Substitution, Phänotyp

Quantifying the roles that evolutionary forces play in shaping genomic and social divergence in natural populations of the cooperative bacterium Myxococcus xanthus

Evolution und soziale Divergenz

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