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Genetic basis of alternative social organizations in fire ants

Titel Englisch Genetic basis of alternative social organizations in fire ants
Gesuchsteller/in Keller Laurent
Nummer 176406
Förderungsinstrument Projektförderung (Abt. I-III)
Forschungseinrichtung Département d'Ecologie et d'Evolution Faculté de Biologie et de Médecine Université de Lausanne
Hochschule Universität Lausanne - LA
Hauptdisziplin Oekologie
Beginn/Ende 01.01.2018 - 31.12.2020
Bewilligter Betrag 1'038'869.00
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Alle Disziplinen (2)

Disziplin
Oekologie
Zoologie

Keywords (2)

fire ant; social organisation

Lay Summary (Französisch)

Lead
La fourmi de feu Solenopsis invicta a émergé comme un modèle pour la génétique du comportement parce qu'un trait social fondamental est sous le contrôle d'un supergène. Dans la forme sociale monogyne, les colonies contiennent toujours une seule reine tandis que dans la forme sociale polygyne, les colonies contiennent de nombreuses reines (parfois des centaines). Ces deux formes sociales diffèrent également par une foule de traits au niveau des colonies et des individus, dont beaucoup se rapportent à leurs différentes stratégies de formation de colonies. Dans un travail antérieur, nous avons montré que toutes ces différences sont dues à un supergène dans lequel la recombinaison entre les variants est complètement supprimée. Le séquençage des mâles haploïdes a démontré que la même région génomique influence également l'organisation sociale chez les quatre espèces les plus proches. Pour
Lay summary
La fourmi de feu Solenopsis invicta a émergé comme un modèle pour la génétique du comportement parce qu'un trait social fondamental est sous le contrôle d'un supergène. Dans la forme sociale monogyne, les colonies contiennent toujours une seule reine tandis que dans la forme sociale polygyne, les colonies contiennent de nombreuses reines (parfois des centaines). Ces deux formes sociales diffèrent également par une foule de traits au niveau des colonies et des individus, dont beaucoup se rapportent à leurs différentes stratégies de formation de colonies. Dans un travail antérieur, nous avons montré que toutes ces différences sont dues à un supergène dans lequel la recombinaison entre les variants est complètement supprimée. Le séquençage des mâles haploïdes a démontré que la même région génomique influence également l'organisation sociale chez les quatre espèces les plus proches. Pour mieux comprendre l'évolution du supergène, nous allons d'abord générer un génome de haute qualité de la région non recombinante de S. invicta afin d'identifier les inversions et autres réarrangements. Le deuxième objectif est d'identifier les odeurs qui permet aux travailleurs de discriminer entre les reines des formes monogyne et polygyne. Nos données préliminaires indiquent que les substances chimiques responsables de la discrimination comprennent les alcaloïdes pipéridiniques (qui sont les composés les plus abondants dans la fraction polaire volatile) et les hydrocarbonés cuticulaires insaturés. Nous proposons donc de réaliser des tests de reconnaissance avec un mélange reconstitué de composés synthétiques dans le but de tester s'ils sont aussi efficaces que des extraits de référence de reines monogyne et polygyne. L'information générée par ces études permettra de mieux comprendre le lien entre le génotype et le phénotype complexe chez S. invicta.
Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 19.12.2017

Lay Summary (Englisch)

Lead
Genetics of fire ants
Lay summary

The fire ant Solenopsis invicta has emerged as a model for such studies because a fundamental social trait is under the control of a supergene. In the monogyne social form, colonies always contain a single queen while in the polygyne social form, colonies contain many (sometimes hundreds) queens. These two social forms also differ in a host of colony- and individual-level traits, many of which relate to their different strategies of colony founding. In previous work we showed that all these differences are due to a supergene in which recombination between the variants is completely suppressed. The sequencing of haploid males further demonstrated that the same genomic region also influences social organisation in the four most closely-related species. To get a better understanding of the evolution of the supergene we will first generate a high quality genome of the non-recombining region of S. invicta to identify inversions and other rearrangements. The second aim is to identify the semiochemical that allow workers to discriminate between queens of the monogyne and polygyne forms. Our preliminary data indicate that the semiochemicals responsible for discrimination include piperidine alkaloids  (which are the most abundant compounds in the volatile polar fraction) and unsaturated cuticular hydrocarobons. We therefore propose to conduct recognition assays with reconstructed blend of synthetic compounds with the aim to test if they are as effective as reference extracts from monogyne and polygyne queens. The information generated by these studies will fill a critical gap in the map between genotype and complex phenotype in S. invicta by identifying the specific semiochemicals involved in mediating an important social polymorphism.

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 19.12.2017

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Projektpartner

Verbundene Projekte

Nummer Titel Start Förderungsinstrument
156732 Genetic basis of alternative social organizations in fire ants 01.01.2015 Projektförderung (Abt. I-III)

Abstract

Although studies of social organisms have demonstrated genetic influences on social organization, the specific genomic components or genetic/physiological networks involved remain largely unknown. The fire ant Solenopsis invicta has emerged as a model for such studies because a fundamental social trait is under the control of a supergene. In the monogyne social form, colonies always contain a single queen while in the polygyne social form, colonies contain many (sometimes hundreds) queens. These two social forms also differ in a host of colony- and individual-level traits, many of which relate to their different strategies of colony founding. In previous work we showed that all these differences are due to a supergene in which recombination between the variants is completely suppressed. The sequencing of 247 haploid males further demonstrated that the same genomic region also influences social organisation in the four most closely-related species (S. macdonaghi, S. richteri, S. megergates and S. spp), although the non-recombining region is smaller in S. megergates. To get a better understanding of the evolution of the supergene it would be useful to have a high quality genome of the two variants of the supergene. The first aim of this project will therefore be to generate a high quality genome of the non-recombining region of S. invicta to identify inversions and other rearrangements. This will allow one to include orphan contigs into the current genome assembly, infer gene strand information, and, most importantly, confirm the potential inversion pattern that caused the cessation of recombination between the two supergene variants. The second aim is to identify the semiochemical that allow workers to discriminate between queens of the monogyne and polygyne forms. Our preliminary data indicate that the semiochemicals responsible for discrimination include piperidine alkaloids (which are the most abundant compounds in the volatile polar fraction) and unsaturated cuticular hydrocarobons. We therefore propose to conduct recognition assays with reconstructed blend of synthetic compounds with the aim to test if they are as effective as reference extracts from monogyne and polygyne queens. The information generated by these studies will fill a critical gap in the map between genotype and complex phenotype in S. invicta by identifying the specific semiochemicals involved in mediating an important social polymorphism, which in turn informs future studies to identify the genes, regulatory factors, and molecular pathways involved in production of these chemicals.
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