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Host virus coevolution - demography versus selection in the face of multiple stressors

English title Host virus coevolution - demography versus selection in the face of multiple stressors
Applicant Feulner Philine
Number 179637
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Fischökologie und Evolution Eawag
Institution of higher education Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology - EAWAG
Main discipline Ecology
Start/End 01.01.2019 - 31.10.2022
Approved amount 285'996.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Ecology
Genetics

Keywords (3)

rapid adaptation; eco-evolutionary feedback; genomic changes

Lay Summary (German)

Lead
Es existiert ein bleibendes Interesse daran, das Tempo der adaptiven Evolution näher zu charakterisieren und besser zu verstehen welche Faktoren diese Evolutionsrate beeinflussen. Speziell, mangelt es an einem guten Verständnis der Zusammenhänge zwischen evolutionären Dynamiken auf der genomischen Ebene und der Fitnessverteilung in Populationen, die in komplexen Umgebungen evolvieren.
Lay summary
In diesem Antrag beabsichtigen wir rasch koevolvierende genomische Unterschiede in Algen-Virus-Gemeinschaften zu identifizieren und zu ermitteln wie sich multiple Stressoren für die Algen und/oder die Viren (eine grössere Komplexität der Umgebung) auf die Rate und den Verlauf von raschen Anpassungen auswirkt. In bisherigen Experimenten, welche mit genomischen Analysen komplementiert wurden, konnten wir bereits zeigen, wie sich die Demographie der Algenpopulation sowohl wie Veränderungen in der Populationsgrösse in beiden Partnern und deren Koevolution auf die adaptiven genomischen Veränderungen in der Algen- und Virenpopulation auswirken. Wir machen uns nun das gleiche experimentelle System und die bereits entwickelten bioinformatischen Tools zu nutze um die Hypothese zu testen, dass abiotische Stressoren zusammen mit der Interaktion zwischen den beiden Arten das Tempo der adaptiven Evolution wechselseitig beeinflusst. Wir werden dem Verlauf der Veränderungen in den Populationsgrössen, wie auch auf der phänotypisch und genomisch Ebene, verfolgen. Des Weiteren, werden wir mehrere hundert (840) Algenklone im Detail sowohl phänotypisch wie auch genomisch charakterisieren. Wir werden explizit untersuchen ob zusätzliche abiotische Stressoren für den Virus und/oder die Algen die Dynamik der Koevolution direkt (i) mittels Veränderung der Stärke oder Richtung der Selektion, (ii) durch die Interaktion zwischen verschiedenen Individuen (klonale Interferenz), (iii) durch Interaktionen im Genome (Epistasis, Pleitropy), oder (iv) indirekt durch Veränderungen in der Demographie verändert. Zusammenfassend planen wir zu verstehen ob und wie komplexe Umwelteinflusse indiziert durch abiotische Stressoren das Tempo der Evolution von Resistenz beschränkt und dies auch einen System, in dem die Mutationsrate hoch ist. 
Direct link to Lay Summary Last update: 30.07.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
163446 Speciation Genomics of the Swiss Alpine Whitefish Radiation 01.10.2016 Project funding (Div. I-III)
160812 Host virus coevolution - demography versus selection 01.01.2016 Project funding (Div. I-III)

Abstract

There is a continuing interest to characterise the pace of adaptive evolution and a need for a better understanding of the factors influencing the rate of evolution. Especially, we lack a detailed understanding on how evolutionary dynamics at the genomic level relate to the distribution of fitness in populations evolving together in complex environments. In the project proposed here, we aim to identify rapid adaptive genomic changes in coevolving host-virus populations and to determine how multiple stressors for the host and virus alter the rate and trajectory of rapid adaptation. In previous experiments combined with genomic analyses we showed how demographic changes of host and coevolution between the host and virus affected adaptive changes at the genome level of both, host and virus. Using the same experimental system and the bioinformatics tools developed in the previous project, we now aim testing the hypothesis that abiotic stressors and species interactions interactively affect the pace of adaptive evolution. We will follow the dynamics of changes across time at multiple levels, i.e. population dynamics, phenotypic and genomic changes and characterise observed changes across a few hundred (840) algae clones in detail at the phenotype level (time shift experiments) and at the genome level (genome-wide associations). We will explicitly test if additional abiotic stressors for virus and/or host will alter the coevolutionary dynamics directly (i) through altering the strength and directionality of selection, (ii) through interactions between different individuals (clonal interference), (iii) through interactions within the genome (pleitropy, epistasis), or (iv) indirectly through demographic changes. Overall we will identify if and how environmental complexity introduced by abiotic stressors constrains the pace of resistance evolution even when the mutation rate is high.
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