Projektbeschreibung
Beleuchtung des X-Chromosoms als Treiber der Artbildung bei Primaten
Der meiotische Drang ist die „egoistische Expression“ von bevorzugten Genen, die während der Bildung von haploiden Gameten mit einfachem Chromosomensatz auftritt. Er führt zu einer nicht adaptiven evolutionären Veränderung. Als Gegengewicht dazu wirken während der Spermatogenese allerdings andere genomische Elemente, die Selektionskräften unterliegen. Das vom Europäischen Forschungsrat finanzierte Projekt Xspect wird die Hypothese prüfen, dass dieser genetische Konflikt die Evolution des X-Chromosoms in Primaten beschleunigt und damit Fortpflanzungsbarrieren entstehen lässt und zur Divergenz in neue Arten führt. Für dieses Vorhaben wird Xspect mittels Einzelzell-RNS-Sequenzierung, Einzeltranskript-Färbung und immunhistochemischen Techniken spezifische Genom-Expressionen während der Spermatogenese bei Primaten verfolgen. Das Projekt erhofft sich davon letztlich, die Prozesse des meiotischen Drangs und die daran beteiligten Gene aufzuschlüsseln.
Ziel
Primate X chromosomes evolve extraordinary fast and are also tightly associated with the establishment of reproductive barriers between emerging species.
The hypothesis of this proposal is that genetic conflicts between the X chromosome and the rest of the genome during spermatogenesis cause rapid X chromosome evolution and build reproductive barriers. Genetic conflicts for transmission to haploid gametes, called meiotic drive, will cause non-adaptive evolution, which is expected to be countered by other genomic elements that will then be under selection. Such an arms race is expected to lead to a very rapid evolution of the X chromosome and a fast accumulation of incompatibilities between isolated populations, leading to speciation.
The goal of the project is to identify the underlying mechanisms and the genes responsible for meiotic drive using primates as the study system. A priori candidate processes include X-linked genes under repeated fast evolution with a focus on genes targeted by pachytene piRNAs and on ampliconic genes. Population genomics analysis will generate specific hypotheses that will then be tested by following expression of candidate genes during spermatogenesis through scRNAseq, and validate findings by ultrasensitive, in situ, staining of single transcripts and immunohistochemistry. Finally, the behaviour of key genes and processes will then be investigated in incipient speciation events.
Specifically, 850 individuals of 250 species of primates with full genome data will be analysed for candidate genes on the X chromosome. These genes will be investigated in large scale comparative scRNA sequencing analyses of >10,000 individual testicular cells from 14 primate species, including all great ape species, thus allowing expression trajectories through spermatogenesis to be inferred and followed up in functional experiments.
The success criterion is to report on primate speciation genes together with their biological mode of action.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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