Projekt

Zurück zur Übersicht

Symbiont-mediated coevolution in an insect host-parasitoid system

Titel Englisch Symbiont-mediated coevolution in an insect host-parasitoid system
Gesuchsteller/in Vorburger Christoph
Nummer 146341
Förderungsinstrument SNF-Förderungsprofessuren
Forschungseinrichtung Institut für Integrative Biologie Departement Umweltwissenschaften ETHZ
Hochschule ETH Zürich - ETHZ
Hauptdisziplin Oekologie
Beginn/Ende 01.10.2013 - 30.09.2015
Bewilligter Betrag 821'180.00
Alle Daten anzeigen

Keywords (11)

Lysiphlebus fabarum; experimental evolution; clones; Aphis fabae; parasitoids; aphids; transcriptomics; Antagonistic coevolution; Hamiltonella defensa; endosymbionts; resistance

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Viele Lebewesen verlassen sich auf 'Helfer' in der Form symbiotischer Mikroorganismen für die Verteidigung gegen Parasiten. Das stellt eine Herausforderung dar für unser Verständnis der gegenseitigen Anpassung von Wirt und Parasit (Koevolution), denn dieses basiert auf Modellen einer direkten Interaktion.
Lay summary
Unser Projekt nimmt sich dieser Herausforderung an, indem es mathematische Modelle entwickelt, welche die Auswirkungen Resistenz-vermittelnder Symbionten auf die Dynamik der Koevolution beschreiben, und indem es diesen Prozess empirisch untersucht. Dies geschieht am Beispiel einer Blattlaus (Aphis fabae), ihres bakteriellen Endosymbionten Hamiltonella defensa, und ihres Parasitoiden Lysiphlebus fabarum (eine parasitische Wespe). Die erste Phase des Projekts zeigte klar, dass Resistenz-erhöhende Endosymbionten eine entscheidende Rolle für die Koevolution von Wirt und Parasitoid spielen. Unter anderem konnten wir zeigen, dass Parasitoide sich an die Symbionten in ihren Wirtspopulationen anpassen. Offen blieb, wie diese Gegenanpassung der Parasitoide mechanistisch erfolgt. Das ist von Interesse weil offenbar unterschiedliche Anpassungen erforderlich sind gegen verschiedene Stämme der Symbionten. In der zweiten Phase wollen wir deshalb eine funktionelles Verständnis davon erlangen, wie Parasitoide sich an die mikrobielle Verteidigungslinie ihrer Wirte anpassen, und die dafür verantwortlichen Gene identifizieren. Dazu verwenden wir Transkriptom-Sequenzierung (RNA-Seq), welche es erlaubt, eine Bild der gesamten Gen-Expression eines Lebewesens zu erlangen. Wir werden die Gen-Expression von Parasitoiden, welche sich an verschiedene Stämme von Symbionten in ihren Wirten angepasst haben mit der Gen-Expression nicht selektionierter Kontrollen vergleichen. Dieses Wissen ist auch relevant für die biologische Schädlingsbekämpfung, wo Blattlaus-Parasitoide häufig eingesetzt werden. Es wird hilfreich sein zu wissen, wie man Nützlinge so verbessern kann, dass sie auch für die Bekämpfung Symbionten-geschützter Schädlinge brauchbar sind.
Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 17.09.2013

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Publikationen

Publikation
Are aphid parasitoids locally adapted to the prevalence of defensive symbionts in their hosts?
Vorburger Christoph, Rouchet Romain (2016), Are aphid parasitoids locally adapted to the prevalence of defensive symbionts in their hosts?, in BMC evolutionary biology, 16(1), 271-271.
Bacterial endosymbionts protect aphids in the field and alter parasitoid community composition
Rothacher Lukas, Ferrer-Suay Mar, Vorburger Christoph (2016), Bacterial endosymbionts protect aphids in the field and alter parasitoid community composition, in ECOLOGY, 97(7), 1712-1723.
Cheaper isn't always worse: Strongly protective isolates of a defensive symbiont are less costly to the aphid host
Cayetano Luis, Rothacher Lukas, Simon Jean-Christophe, Vorburger Christoph (2015), Cheaper isn't always worse: Strongly protective isolates of a defensive symbiont are less costly to the aphid host, in Proceedings of the Royal Society London B, 282, 20142333.
Genetic and morphological variation in sexual and asexual parasitoids of the genus Lysiphlebus - an apparent link between wing shape and reproductive mode
Petrovic Andjeljko, Mitrovic Milana, Ivanovic Ana, Zikic Vladimir, Kavallieratos Nickolas G., Stary Petr, Bogdanovic Ana Mitrovski, Tomanovic Zeljko, Vorburger Christoph (2015), Genetic and morphological variation in sexual and asexual parasitoids of the genus Lysiphlebus - an apparent link between wing shape and reproductive mode, in BMC EVOLUTIONARY BIOLOGY, 15, 5.
Sugar-feeding behaviour and longevity of European Culicoides biting midges.
Kaufmann C, Mathis A, Vorburger C (2015), Sugar-feeding behaviour and longevity of European Culicoides biting midges., in Medical and veterinary entomology, 29, 17-25.
Symbiont-conferred protection against Hymenopteran parasitoids in aphids: how general is it?
Cayetano Luis, Vorburger Christoph (2015), Symbiont-conferred protection against Hymenopteran parasitoids in aphids: how general is it?, in Ecological Entomology, 40, 85-93.
Biased Transmission of Sex Chromosomes in the Aphid Myzus persicae Is Not Associated with Reproductive Mode
Wilson Alex C. C., Delgado Ryan N., Vorburger Christoph (2014), Biased Transmission of Sex Chromosomes in the Aphid Myzus persicae Is Not Associated with Reproductive Mode, in PLOS ONE, 9(12), e116348.
Experimental evolution of parasitoid infectivity on symbiont-protected hosts leads to the emergence of genotype specificity.
Rouchet Romain, Vorburger Christoph (2014), Experimental evolution of parasitoid infectivity on symbiont-protected hosts leads to the emergence of genotype specificity., in Evolution; international journal of organic evolution, 68(6), 1607-16.
The evolutionary ecology of symbiont-conferred resistance to parasitoids in aphids.
Vorburger Christoph (2014), The evolutionary ecology of symbiont-conferred resistance to parasitoids in aphids., in Insect science, 21(3), 251-64.
Thelytoky and sex determination in the hymenoptera: mutual constraints.
Vorburger C (2014), Thelytoky and sex determination in the hymenoptera: mutual constraints., in Sexual development : genetics, molecular biology, evolution, endocrinology, embryology, and patholog, 8(1-3), 50-8.
Faithful vertical transmission but ineffective horizontal transmission of bacterial endosymbionts during sexual reproduction of the black bean aphid, Aphis fabae
Vorburger Christoph, Siegrist Gabrielle, Rhyner Nicola, Faithful vertical transmission but ineffective horizontal transmission of bacterial endosymbionts during sexual reproduction of the black bean aphid, Aphis fabae, in Ecological Entomology.
Population Genetic Issues: New Insights Using Conventional Molecular markers and Genomics Tools
Loxdale Hugh D., Edwards Owain, Tagu Denis, Vorburger Christoph, Population Genetic Issues: New Insights Using Conventional Molecular markers and Genomics Tools, in Harrington Richard (ed.), Oxford University Press, Oxford.

Zusammenarbeit

Gruppe / Person Land
Formen der Zusammenarbeit
Dr. Jean-Christophe Simon, INRA & Université Rennes Frankreich (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Prof. Bruno Lemaitre, EPFL Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
Prof. Alexander Mathis, University of Zurich Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Dr. Julia Ferrari, University of York, UK Grossbritannien und Nordirland (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
Prof. Marylène Poirié, INRA Sophia-Antipolis & Université de Nice Frankreich (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
Prof. Tanja Schwander, Université de Lausanne Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Austausch von Mitarbeitern
Dr. Zeljko Tomanovic, University of Belgrade, Serbia Serbien (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Prof. Steve Perlman, University of Victoria Kanada (Nordamerika)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten

Wissenschaftliche Veranstaltungen

Aktiver Beitrag

Titel Art des Beitrags Titel des Artikels oder Beitrages Datum Ort Beteiligte Personen
GDC Symposium Vortrag im Rahmen einer Tagung The transcriptomic basis of parasitoid attack 08.09.2015 Zürich, Schweiz Dennis Alice;
15th Congress of the European Society for Evolutionary Biology Poster Are parasitoids locally adapted to their hosts' endosymbionts? 10.08.2015 Lausanne, Schweiz Vorburger Christoph;
15th Congress of the European Society for Evolutionary Biology Vortrag im Rahmen einer Tagung Parasitoid adaptation to hosts with symbiont-conferred resistance 10.08.2015 Lausanne, Schweiz Dennis Alice;
8th Congress of the International Symbiosis Society Vortrag im Rahmen einer Tagung Endosymbionts mediate host-parasitoid coevolution and alter parasitoid community composition 12.07.2015 Lisbon, Portugal Vorburger Christoph;
USYS conference 2015 Vortrag im Rahmen einer Tagung The role of heritable symbionts in host-parasite interactions 01.06.2015 Davos, Schweiz Vorburger Christoph;
biology15 Conference Poster Counter-adaptation in a parasitoid wasp: overcoming aphids and their endosymbionts 12.01.2015 Dübendorf, Schweiz Dennis Alice;
Life Sciences Graduate School Zurich Seminar Einzelvortrag Influential passengers: Symbionts mediate coevolution between insect hosts and parasites 04.11.2014 Zürich, Schweiz Vorburger Christoph;
Seminar - INRA Sophia-Antipolis Einzelvortrag Symbiont-conferred resistance to parasitoids - implications for biological control 20.10.2014 Sophia-Antipolis, Frankreich Vorburger Christoph;
Evolution 2014 Vortrag im Rahmen einer Tagung Gene expression during parasitoid adaptation to symbiont-conferred resistance 20.06.2014 Raleigh NC, Vereinigte Staaten von Amerika Dennis Alice; Vorburger Christoph;
Colloque International des Entomophagistes 2014 Vortrag im Rahmen einer Tagung Symbiont-conferred resistance to parasitoids - implications for biological control 02.04.2014 Louvain-la-Neuve, Belgien Vorburger Christoph;
Seminar - Department of Entomology, University of California, Riverside Einzelvortrag The ecology and evolution of symbiont-conferred resistance to parasitoids - implications for biological control 18.02.2014 Riverside CA, Vereinigte Staaten von Amerika Vorburger Christoph;


Veranstaltungen zum Wissenstransfer

Aktiver Beitrag

Titel Art des Beitrags Titel des Artikels oder Beitrages Datum Ort Beteiligte Personen
Mini-Workshop en Ecología Evolutiva de las Interacciones Insecto- Planta: desde los enemigos naturales a las defensas de las plantas Workshop 20.03.2014 Talca, Chile


Kommunikation mit der Öffentlichkeit

Kommunikation Titel Medien Ort Jahr
Referate/Veranstaltungen/Ausstellungen Wozu Sex? Die Naturgeschichte einer rätselhaften Fortpflanzungsweise - Naturmuseum LU Deutschschweiz 2015
Referate/Veranstaltungen/Ausstellungen Wozu Sex? Die Naturgeschichte einer rätselhaften Fortpflanzungsweise - Naturmuseum SG Deutschschweiz 2015

Auszeichnungen

Titel Jahr
Titularprofessur ETHZ 2015

Verbundene Projekte

Nummer Titel Start Förderungsinstrument
154396 Defensive symbiosis in insects - linking molecular mechanisms with ecology and evolution 01.04.2015 Sinergia
123376 Symbiont-mediated coevolution in an insect host-parasitoid system 01.10.2009 SNF-Förderungsprofessuren
128174 Host specialization of aphid parasitoids 01.01.2010 SCOPES

Abstract

Antagonistic coevolution between hosts and parasites is a driving force behind many important evolutionary phenomena, including the maintenance of genetic polymorphism. An increasing number of studies report that hosts may rely on 'helpers' in the form of microbial endosymbionts for defence against parasites. This challenges our current understanding of host-parasite coevolution that is based on models assuming direct interactions between host and parasite."Symbiont-mediated coevolution in an insect host-parasitoid system" is the first large-scale project to explicitly address how defensive symbionts affect the coevolution between hosts and parasites. In the first three years of the project we have developed new mathematical models that account for resistance provided by defensive symbionts and describe the expected dynamics of such symbiont-mediated coevolution, and we have investigated this process empirically, using a study system comprising the black bean aphid, Aphis fabae, its bacterial endosymbiont Hamiltonella defensa, and the aphid parasitoid Lysiphlebus fabarum. Our work has shown that host infection with H. defensa strongly modifies the reciprocal selection between aphids and parasitoids. While the aphids' own defences are relatively weak and general, the resistance conferred by symbionts is strong and acts much more specifically, but it is also associated with costs such as a reduced lifespan. These are the conditions under which our models predict that the symbionts may take over from the hosts the coevolutionary arms race against the parasites. In our study system, parasitoids do indeed harbour ample genetic variation for the ability to overcome symbiont-conferred resistance, and they can adapt rapidly to the presence of defensive symbionts in their hosts. However, we also found that different counteradaptations are required to break resistance by different strains of H. defensa. Overall, the project has demonstrated unambiguously that endosymbionts play a crucial role in host-parasite coevolution.Despite the progress we made, open questions remain. It is still unknown whether more protective strains of H. defensa are also more costly to the host, which would help explain the maintenance of the observed variation in this symbiont, and we lack a mechanistic understanding of parasitoid counteradaptations to symbiont-conferred resistance. These issues will be addressed by the research proposed for a two-year extension of my SNF Professorship. We till test experimentally for a trade-off between host protection and costs to the host by quantifying these effects for multiple isolates of H. defensa within the same genetic backgrounds. We will further investigate whether parasitoids have evolved the ability to suppress their host's defensive symbionts, and we will try to identify the genes involved in parasitoid counteradaptations. For this we will take advantage of recent advances in whole-transcriptome sequencing (RNA-Seq) and apply this technique to compare gene expression between parasitoids selected for an improved ability to parasitize symbiont-protected hosts and unselected controls. Given that resistance conferred by symbionts is a feature of many host-parasite interactions, the proposed research will represent an important step towards a better understanding of host-parasite coevolution. I also expect this work to yield applied benefits, because aphid parasitoids are frequently used for biological control of pest aphids. Host resistance conferred by defensive symbionts compromises the efficiency of biological control. Our work on parasitoid counteradaptations is therefore timely and will help to develop more effective biocontrol agents.
-