Insect life cycle genomics and adaptation in the wild


Project leader


Funding source

Swedish Research Council - Vetenskapsrådet (VR)


Project Details

Start date: 01/01/2013
End date: 31/12/2017
Funding: 4800000 SEK


Description

KAN INSEKTERS GENER GE LEDTRÅDAR TILL ANPASSNINGENS GÅTA? Ända sedan Darwin och Wallace föreslog att levande organismer är produkter av en evolutionär process, där det naturliga urvalet har anpassat dem till sina miljöer, har evolutionsbiologer försökt besvara den synbarligen enkla frågan om exakt hur de är anpassade. Vi vet att det är organismernas gener som gör dem anpassade, men vad betyder det egentligen? En organism behöver ju vara anpassad till en miljö som inte är konstant utan ständigt förändras. Hur kan det förenas med ett nedärvt DNA? Under de senaste åren har vi sett revolutionära framsteg i teknikerna för att studera organismernas genetiska maskineri, genom snabb och omfattande ?sekvensering? av hela genomet, eller genom kartläggning av bara de gener som faktiskt används i en speciell situation. Detta ger oss biologer fantastiska verktyg, men det står alltmer klart att tolkningarna av resultaten inte är enkla. Det beror på att det inte finns någon enkel väg från gener till hela organismer, utan snarare en väv av intrikata interaktioner mellan olika gener, och mellan generna och miljön. Att förstå anpassning i naturen, långt från den förenklade situationen i laboratoriet, är därför en ännu större utmaning. För att angripa detta problem är det nödvändigt att samarbeta över de traditionella gränserna för biologiska discipliner, kombinera ekologi med molekylärbiologi. Sådan ?integrativ biologi? har blivit populär vid flera tillfällen under de senaste decennierna. Den har dock visat sig problematisk, eftersom de molekylära verktygen är begränsade utanför de organismer som normalt studeras i laboratoriet, som till exempel bananflugan, och omvänt vet vi för lite om dessa arters liv i sin naturliga miljö. Vad vi föreslår som en väg runt detta problem är en nära växelverkan mellan två insektssystem: rapsfjärilen och bananflugan. Rapsfjärilens ekologi har studerats intensivt av oss och av andra, och i forskningssamarbetet ingår också expertis rörande bananflugan som modellsystem. Det ger oss möjlighet att genetiskt jämföra fjärilsindivider som vi vet är anpassade till olika ekologiska situationer, och när vi finner gener som kan misstänkas vara inblandade i denna anpassning kan vi undersöka deras effekter hos bananflugan. Vi kommer att adressera den basala frågan hur olika gener interagerar för att producera en hel och anpassad organism, med en livscykel som passar till lokala förhållanden i naturen och även till den ofta dramatiska variationen i dessa förhållanden under årets gång, genom att studera tre sammankopplade egenskaper hos rapsfjärilen, med hjälp av hela arsenalen av moderna molekylära tekniker. Den första av dessa är diapaus, som är ett fysiologiskt tillstånd som gör det möjligt för insekter att stoppa upp utvecklingen, överleva vintern, och reproducera sig nästa år. Den andra egenskapen är vingmönstret, som hos rapsfjärilen varierar inte bara mellan olika lokaler utan också beroende på om insekten har passerat genom en diapaus eller inte, eftersom individer behöver vara mörka på våren för att snabbt värmas upp av solstrålningen. Den tredje är immunförsvaret? de olika sätt som insekten använder sig av för att försvara sig mot virus, bakterier och andra fiender. Det är känt att styrkan på detta försvar skiljer sig mellan individer som är i diapaus och de som utvecklas normalt. Alla dessa typer av variation är vitt spridda och viktiga egenskaper hos insekter, och en bättre förståelse för hur de regleras genetiskt och fysiologiskt och integreras med varandra skulle vara till hjälp inte bara för att förstå lokal anpassning utan också inom många grenar av tillämpad entomologi, som till exempel kontroll av skadeinsekter. Ännu viktigare är det faktum att även om fjärilar och flugor är mycket olika insekter, och mycket olika oss människor, så finns många djupliggande likheter. Vi vet nu att alla dessa organismer delar de flesta av sina gener. Till yttermera visso har det på senare tid blivit mer och mer tydligt att även interaktionerna mellan generna och mellan organismernas celler, de sätt som de ?kommunicerar? med varandra för att ge olika typer av effekter på organismen, delas på ett fundamentalt sätt mellan flercelliga organismer? ett arv från en avlägsen förfader. Av denna anledning kan resultat från vårt projekt mycket väl komma att ha relevans långt bortom de insekter vi studerar.

Last updated on 2017-22-03 at 07:10