Projekt

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The Genomic Basis of Life History Adaptation

Titel Englisch The Genomic Basis of Life History Adaptation
Gesuchsteller/in Flatt Thomas
Nummer 165836
Förderungsinstrument SNF-Förderungsprofessuren
Forschungseinrichtung
Département d'Ecologie et d'Evolution Faculté de Biologie et de Médecine Université de Lausanne
Ecologie et évolution Département de Biologie Université de Fribourg
Hochschule Universität Freiburg - FR
Hauptdisziplin Oekologie
Beginn/Ende 01.12.2016 - 31.05.2019
Bewilligter Betrag 580'631.00
Alle Daten anzeigen

Alle Disziplinen (2)

Disziplin
Oekologie
Zoologie

Keywords (16)

Thermal adaptation; Experimental evolution; Drosophila melanogaster; Evolution; Next-generation sequencing; Fitness; Population Genomics; Lifespan; Latitudinal clines; Adaptation; Life History Traits; Inversions; RNA-seq; Clinal adaptation; Aging; Functional genetic testing

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Welche Gene tragen zur Umweltanpassung bei? Das Ziel unseres Projektes ist es, mit Hilfe von genomischen Methoden in der Fruchtfliege die genetischen Grundlagen der Anpassung durch natürliche Selektion besser zu verstehen.
Lay summary

Inhalt und Ziele des Forschungsprojekts

Anpassungen durch natürliche Selektion basieren auf erblichen Unterschieden in der “Fitness” von Organismen, d.h. in ihrem “Reproduktionserfolg”. Der Reproduktionserfolg wiederum hängt von sogenannte “life history” – Merkmalen ab, z.B. Alter und Grösse bei der Geschlechtsreife, Grösse und Anzahl der Nachkommen, altersabhängige Überlebenswahrscheinlichkeit, und der Lebensdauer. Obwohl Evolutionsgenetiker schon viel über die genetischen Grundlagen der Anpassung gelernt haben, bleibt die Identität der Gene und der Gen-Varianten, die zur Anpassung führen dennoch weitgehend eine “black box”. In unserem Projekt sequenzieren und vergleichen wir verschiedene natürliche wie auch im Labor gezüchtete Populationen der Fruchtfliege (Drosophila melanogaster), die sich stark in ihren “life history” – Merkmalen unterscheiden, z.B. in ihrer Lebensspanne: welche Gene und Gen-Varianten tragen zu evolutiven Änderungen der Lebensspanne bei? Unsere genomischen Analysen liefern uns Kandidaten-Gene und –Gen-Varianten, die sehr wahrscheinlich durch Selektion zur Anpassung beitragen. Das Hauptziel unseres Projektes ist es, diese Kandidaten-Mechanismen experimentell zu testen; solche Experimente sind notwendig, um zu verifizieren, dass die identifizierten Kandidaten tatsächlich die Anpassung beeinflussen. Wir erhoffen uns, dass unsere Untersuchungen zu einem besseren Verständnis der Genetik der Selektion und Anpassung beitragen werden.

 

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Unser Projekt befasst sich mit Grundlagenforschung. Gesellschaftlich relevant sind unter anderem unsere Ergebnisse zur Evolution der Alterung. Beispielsweise haben wir herausgefunden, dass eine verbesserte Immunfunktion massgeblich zu einem längeren Leben beiträgt.

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 18.02.2016

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Publikationen

Publikation
Aminergic Signaling Control of Ovarian Dormancy in Drosophila.
Andreatta Gabriele, Kyriacou Charalambos P., Flatt Thomas, Costa Rodolfo (2018), Aminergic Signaling Control of Ovarian Dormancy in Drosophila., in Scientific Reports, 8(2030), 1-14.
Adaptation to fluctuating environments in a selection experiment with Drosophila melanogaster.
Kubrak Olga, Nylin Sören, Flatt Thomas, Nässel Dick, Leimar Olof (2017), Adaptation to fluctuating environments in a selection experiment with Drosophila melanogaster., in Ecology and Evolution , 7, 3796-3807.
Amino acid modulation of lifespan and reproduction in Drosophila.
Hoedjes Katja, Rodrigues Marisa, Flatt Thomas (2017), Amino acid modulation of lifespan and reproduction in Drosophila., in Current Opinion in Insect Science, 23, 118-122.
Ubiquitous overexpression of the DNA repair factor dPrp19 reduces DNA damage and extends Drosophila life span.
Garschall Kathrin, Dellago Hanna, Galikova Martina, Schosserer Markus, Flatt Thomas, Grillari Johannes (2017), Ubiquitous overexpression of the DNA repair factor dPrp19 reduces DNA damage and extends Drosophila life span., in npj Ageing and Mechanisms of Disease, 3(5), 1-7.
The Interplay Between Immunity and Aging in Drosophila
Garschall Kathrin, Flatt Thomas, The Interplay Between Immunity and Aging in Drosophila, in F1000 Research (F1000 Faculty Reviews).

Zusammenarbeit

Gruppe / Person Land
Formen der Zusammenarbeit
Prof. Paul Schmidt, University of Pennsylvania Vereinigte Staaten von Amerika (Nordamerika)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Forschungsinfrastrukturen
- Austausch von Mitarbeitern
Prof. Linda Partridge, Max Planck Institute for the Biology of Aging, Cologne Deutschland (Europa)
- Publikation
Prof. Ary Hoffmann, University of Melbourne Australien (Ozeanien)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Prof. Laurent Keller, University of Lausanne Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Forschungsinfrastrukturen
- Austausch von Mitarbeitern
Dr. Elio Sucena, Instituto Gulbenkian, Oeiras Portugal (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Forschungsinfrastrukturen
- Austausch von Mitarbeitern
Prof. Bas Zwaan, Wageningen University Niederlande (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Austausch von Mitarbeitern
Prof. Christian Schlötterer, Vetmeduni Vienna Österreich (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Prof. Robert Arking, Wayne State University Vereinigte Staaten von Amerika (Nordamerika)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Prof. Sören Nylin, Stockholm University Schweden (Europa)
- Publikation
Prof. Charalambos Kyriacou, University of Leicester Grossbritannien und Nordirland (Europa)
- Publikation
Prof. Günter Wagner, Yale University Vereinigte Staaten von Amerika (Nordamerika)
- Publikation
Prof. Olof Leimar, Stockholm University Schweden (Europa)
- Publikation
Prof. Rodolfo Costa, University of Padova Italien (Europa)
- Publikation
Dr. Josefa Gonzalez, Universitat Pompeu Fabra, Barcelona Spanien (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Prof. Alan Bergland, University of Virginia Vereinigte Staaten von Amerika (Nordamerika)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Prof. Mark Kirkpatrick, University of Texas, Austin Vereinigte Staaten von Amerika (Nordamerika)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Prof. Johannes Grillari, BOKU, Vienna Österreich (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Prof. Dick Nässel, Stockholm University Schweden (Europa)
- Publikation
Prof. Bruno Lemaitre, EPFL, Lausanne Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Forschungsinfrastrukturen

Wissenschaftliche Veranstaltungen

Aktiver Beitrag

Titel Art des Beitrags Titel des Artikels oder Beitrages Datum Ort Beteiligte Personen
Plenary Speaker, Symposium on "Genomic Basis of Climate Adaptation", Senckenberg Biodiversity and Climate Research Centre, Senckenberg Museum of Natural History, Frankfurt am Main, Germany. Vortrag im Rahmen einer Tagung The Genetic Basis of Clinal Adaptation in Drosophila 18.01.2018 Frankfurt, Deutschland Kapun Martin; Flatt Thomas; Durmaz Mukaddes Esra;
Invited Seminar, Department of Evolutionary Biology and Environmental Studies, University of Zürich, Switzerland Einzelvortrag The Genetic Basis of Clinal Adaptation 07.12.2017 Zurich, Schweiz Flatt Thomas;
16th Congress of the European Society for Evolutionary Biology (ESEB) Poster Genomic and transcriptional signatures of selection for longevity in drosophila melanogaster 21.08.2017 Groningen, Niederlande Garschall Kathrin; Kapun Martin;
16th Congress of the European Society for Evolutionary Biology (ESEB) Poster Effects of a Clinal Inversion on Thermal Life-History Reaction Norms in Drosophila melanogaster 21.08.2017 Groningen, Niederlande Durmaz Mukaddes Esra; Flatt Thomas;
16th Congress of the European Society for Evolutionary Biology (ESEB) Poster Adaptive Evolution of Clinal Inversion Polymorphisms in Drosophila melanogaster 21.08.2017 Groningen, Niederlande Kapun Martin; Flatt Thomas;
Invited Speaker, Symposium on "Evolutionary Biology of Ageing: Integrating Function and Mechanism", 16th Congress of the European Society for Evolutionary Biology (ESEB), Groningen, Netherlands Vortrag im Rahmen einer Tagung Evolutionary and Functional Links Between Longevity and Immunity 21.08.2017 Groningen, Niederlande Garschall Kathrin; Kapun Martin; Flatt Thomas;
16th Congress of the European Society for Evolutionary Biology (ESEB) Poster Poster by postdoc Katja Hoedjes, The genomic basis of experimental evolution of aging in Drosophila: how individual SNPs affect lifespa 21.08.2017 Groningen, Niederlande Kapun Martin; Flatt Thomas;
Invited Seminar, Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics, Dresden, Germany Einzelvortrag Clinal Adaptation in Drosophila 30.05.2017 Dresden, Deutschland Flatt Thomas;
56th Canadian Society of Zoologists meeting Poster Poster given by MSc student Chloe Schmidt, The chromosomal inversion In(3R)Payne underlies clinal variation in body size among North American populations of Drosophila melanogaster 15.05.2017 Manitoba, Kanada Kapun Martin; Flatt Thomas;
Guest lecture, Institute of Biology, University of Neuchâtel, Neuchâtel, Switzerland Einzelvortrag Mechanisms of Life History Evolution 03.03.2017 Neuenburg, Schweiz Flatt Thomas;
Biology 17, Annual Swiss Conference on Ecology, Evolution, Systematics, Biogeography and Conservation, University of Bern Vortrag im Rahmen einer Tagung Overexpression of the DNA repair factor dPrp19 reduces DNA damage and extends Drosophila life span 03.02.2017 Bern, Schweiz Garschall Kathrin; Flatt Thomas;
Biology 17, Annual Swiss Conference on Ecology, Evolution, Systematics, Biogeography and Conservation, University of Bern Poster Poster by postdoc, Katja Hoedjes: The genomic basis of experimental evolution of aging in Drosophila: how individual SNPs affect lifespan 02.02.2017 Bern, Schweiz Flatt Thomas;
Seminar Talk, Institute of Population Genetics, Vetmeduni Vienna, Vienna, Austria Einzelvortrag Clinal Adaptation in Drosophila 24.01.2017 Wien, Österreich Flatt Thomas;


Selber organisiert

Titel Datum Ort
Symposium The Evolutionary Significance of Chromosomal Inversions, 16th Congress of the European Society for Evolutionary Biology (ESEB), co-organized with Martin Kapun 25.08.2017 Groningen, Niederlande
Information Session about the European Drosophila Population Genomics Consortium (DrosEU) and the ESEB STN, 16th Congress of the European Society for Evolutionary Biology (ESEB), co-organized with Josefa Gonzalez and Martin Kapun 24.08.2017 Groningen, Niederlande
6th Workshop of the European Drosophila Population Genomics Consortium (DrosEU), held as a satellite meeting at the 16th Congress of the European Society for Evolutionary Biology (ESEB), co-organized with Josefa Gonzalez and Martin Kapun 20.08.2017 Groningen, Niederlande

Kommunikation mit der Öffentlichkeit

Kommunikation Titel Medien Ort Jahr
Medienarbeit: Radio, Fernsehen "Why Do We Age?" ("Perché s’invecchia?"; segment: "L’economia dell’evoluzione" Swiss Italian TV, Radiotelevisione Svizzera RSI La 1 Italienische Schweiz 2017

Auszeichnungen

Titel Jahr
Elected Head, as of March 2018, of the CUSO (Conférence universitaire de Suisse occidentale) Inter-University Doctoral Program in Ecology & Evolution (DPEE) for 5 Swiss universities (Bern, Fribourg, Geneva, Lausanne & Neuchâtel) 2017
Visiting Professorship (DFG Mercator Fellow), Institute for Evolution & Biodiversity, University of Münster, Germany, as of June 2018 2017

Verbundene Projekte

Nummer Titel Start Förderungsinstrument
133641 Population Genomic Basis of Evolutionary Change in Drosophila Aging and Life History 01.12.2012 SNF-Förderungsprofessuren
133641 Population Genomic Basis of Evolutionary Change in Drosophila Aging and Life History 01.12.2012 SNF-Förderungsprofessuren

Abstract

Life history traits are central to our understanding of adaptation because they represent direct targets of selection. However, while much progress has been made in uncovering the molecular mechanisms underlying fitness-related traits, mainly by studying large-effect mutants in model organisms, little is known about naturally occurring genetic variants that affect these traits. The central aim of my current SNSF Professorship grant is to identify naturally occurring polymorphisms that underlie evolutionary changes in life history, using Drosophila melanogaster as a model. Over the last 33 months, we have used two complementary approaches to tackle this problem: to generate "catalogs" of candidate variants we have applied whole-genome Pool-sequencing to (1) North American populations clinally differentiated for life history and (2) a >30-year-long artificial selection experiment for longevity. Both approaches are "designed" to maximize among-population life-history differentiation and thus to increase our ability to map life-history variants via sequencing. In a second step, we have begun to perform experiments to examine the life-history effects of some of these candidate mechanisms. Based on our genomic analyses, we have prioritized three candidate mechanisms for experiments: (1) for the cline, we have identified clinal SNP polymorphisms in several genes involved in insulin signaling, a pathway known from molecular studies to regulate life-history physiology, including a clinal 2-SNP polymorphism in the transcription factor gene foxo; (2) a clinal chromosomal inversion polymorphism, In(3R)Payne, to which 79% of the most strongly clinal SNPs in the genome map; and (3), in the selection experiment, we have found strong enrichment of immunity genes among our top candidates. To date, our experiments show that (1) the foxo polymorphism has major pleiotropic on egg-to-adult survival, body size and starvation resistance, in assays based on synthetic recombinant inbred lines; (2) the In(3R)Payne polymorphism is maintained by clinal selection, independent of neutrality and admixture, and affects body size, a strongly clinal trait; and (3) the long-lived selection lines survive pathogenic infections much better than the controls. In this application for a 2-year extension of my grant, we propose to follow up on these promising leads. First, to better understand how the foxo polymorphism affects life history, we will use homologous replacement of the 2 SNPs (and their allelic combinations) into a common background via CRISPR/Cas9, in collaboration with Alistair McGregor (Oxford); we will measure additive and epistatic effects of these constructs on life history and FOXO activity. Second, to identify targets of selection within In(3R)Payne, we will phase-sequence isochromosomal lines and apply ABC-based coalescent models to the data, in collaboration with Mark Kirkpatrick (Austin). In addition, we will perform RNA-seq of standard vs. inverted lines to uncover transcriptional differences between inversion karyotypes. Finally, to begin to uncover the regulatory details of the intriguing but poorly understood connection between lifespan and immunity in the longevity selection lines, we will assay transcriptional responses to infection in selection versus control lines, both in young and old flies, and - secondly - test whether silencing immune genes via transgenic RNAi affects lifespan, as hypothesized. Together, this integrative approach - spanning population genomics, functional genetics, and physiology - will significantly advance our understanding of the molecular basis of adaptive changes in life history and aging, a fundamental but largely unresolved problem in evolutionary biology.
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