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Experimental evolution of motile social bacteria

Titel Englisch Experimental evolution of motile social bacteria
Gesuchsteller/in Velicer Gregory
Nummer 160005
Förderungsinstrument Projektförderung (Abt. I-III)
Forschungseinrichtung Institut für Integrative Biologie Departement Umweltwissenschaften ETHZ
Hochschule ETH Zürich - ETHZ
Hauptdisziplin Oekologie
Beginn/Ende 01.03.2016 - 28.02.2019
Bewilligter Betrag 834'000.00
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Alle Disziplinen (3)

Disziplin
Oekologie
Experimentelle Mikrobiologie
Genetik

Keywords (7)

experimental evolution; bacterial predation; modes of adaptation; genetic basis of adaptation; social evolution; sociomicrobiology; social motility

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Motilität, die Fähigkeit aktiv zu migrieren, ist ein wichtiger Fitnessbestandteil vieler Organismen und evolvierte sich in diverse Formen entlang der Artenvielfalt.
Lay summary

Motilität, die Fähigkeit aktiv zu migrieren, ist ein wichtiger Fitnessbestandteil vieler Organismen und evolvierte sich in diverse Formen entlang der Artenvielfalt. Trotz der zentralem Bedeutung der Beweglichkeit, wurde ihre Evolution in experimentellen Populationen bis jetzt kaum erforscht. In dem geplanten Projekt, werden wir ein breites Spektrum an Fragen betreffend der evolutionären Adaptation in aktiv migrierenden Organismen untersuchen. Dafür untersuchen wir über hundert experimentelle Populationen des räuberischen Bodenbakteriums Myxococcus xanthus, welches zwei mechanistisch differenzierte, soziale Fortbewegungsarten besitzt um in Zellschwärmen über feste Oberflächen zu gleiten und andere Mikroorgansimen zu jagen. Diese experimentellen Populationen entwickelten sich jeweils über ein Jahr in verscheidenen vordefinierten Laborumwelten, während zeitgleich auf erhöhte Fitness am vordersten Schwarmrand selektiert wurde. Die Laborkonditionen unterschieden sich im urpsrünglichen Motilitätstypus, der Oberflächenart (harter vs. weicher Agar), Nahrungsquelle (vorverdaute Nahrung vs. lebende Beuteorganismen) und Nährstoffmenge. Dieses experimentelle Design ermöglicht die Erforschung einer Vielzahl evolutionärer Themen zur Frage, wie Organsimen evolvieren, wenn Fortbewegung aus eigener Kraft vorteilhaft ist. Mitunter bearbeiten wir Themen wie die verschiedenen Arten der Adaptation, die Auswirkung von Motilitätsadaptation auf andere soziale Eigenschaften, die soziale Vielfalt, fakultativ kompetitives Verhalten, der Einfluss von Umwelt und Genotyp auf die Evolution der Motilitätsmechanismen, die Evolution von Verhaltensstrategien, sowie die molekularen Mechansimen, welche die Grundlage für die Evolution bestimmter Mobilitätsphänotypen bilden.

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 21.01.2016

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Abstract

Motility - the ability to actively migrate - is a major adaptation that has evolved in many forms across diverse branches of life. Despite the central importance of motility to the fitness of many organisms and extensive literature addressing the evolution of active migration from both theoretical and comparative perspectives, very few studies examining the evolution of motility directly in experimental populations have been conducted. In the proposed research, we will investigate a diverse range of questions regarding evolutionary adaptation by actively dispersing organisms. To do so, we will analyze more than one hundred populations of the social predatory bacterium Myxococcus xanthus that evolved for 18 months (in most cases) in a variety of defined laboratory environments while under selection for increased fitness at the leading edge of swarming colonies. Territorial expansion by evolving populations was driven by one or both of the two mechanistically distinct motility systems employed by M. xanthus. Envjronmental selection treatments varied in ancestral motility genotype, surface type (hard vs. soft agar), nutrient source (pre-digested food vs. prey organisms) and nutrient level. This experimental design allows us to investigate a multitude of evolutionary themes regarding how organisms evolve when self-generated dispersal is a beneficial trait. Themes we will address include modes of adaptation, pleiotropic effects of motility adaptation on alternative social traits, social diversification, facultative competitive traits, effects of environment and genotype on motility-system evolution, evolution of cheating strategies during social swarming and predation and molecular mechanisms that generate several evolved gain-of-function traits.
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