Kompromisy ewolucyjne w kontekście specjalizacji i dyspersji u roślinożernych roztoczy
Kierownik projektu: Alicja Laska
Promotor: Anna Skoracka
Promotor pomocniczy: Mateusz Konczal
Opis:
Zarys problemu badawczego
Dyspersja jest jednym z kluczowych procesów biologicznych, wpływającym na strukturę genetyczną i dynamikę populacji oraz kształtującym geograficzne zasięgi gatunków. Aby dyspersja była skuteczna, osobniki przemieszczające się muszą ostatecznie znaleźć się w środowisku sprzyjającym ich dalszemu rozwojowi i reprodukcji [1]. W przypadku organizmów roślinożernych takim środowiskiem są odpowiednie gatunki roślin żywicielskich, zatem poziom specjalizacji żywicielskiej będzie bezpośrednio determinował dostępność siedlisk nadających się do kolonizacji lub osiedlenia. Generaliści są przystosowani do eksploatacji wielu gatunków roślin żywicielskich, przez co mają większą szansę na znalezienie odpowiedniego środowiska. Skuteczność dyspersji specjalistów jest natomiast zależna od występowania na danym terenie konkretnego gatunku rośliny żywicielskiej. Z drugiej strony, specjaliści na odpowiednim dla nich żywicielu osiągają wyższe dostosowanie w porównaniu z generalistami zasiedlających tę samą roślinę [2]. Takie ograniczenia (kompromisy ewolucyjne) są wszechobecne w przyrodzie, a ich zrozumienie, jest niezbędne do wyjaśniania ewolucji cech historii życiowych. W mojej pracy doktorskiej szukam odpowiedzi na pytania dotyczące kosztów i zysków wynikających z adaptacji żywicielskiej i dyspersji u obligatoryjnie roślinożernych organizmów.
Cele rozprawy doktorskiej i oczekiwane wyniki
Celem pracy jest wyjaśnienie mechanizmów specjalizacji żywicielskiej oraz dyspersji w kontekście kosztów adaptacji (czyli kompromisów ewolucyjnych) z użyciem roślinożernego roztocza Aceria tosichella (wheat curl mite, WCM) jako systemu badawczego. Roztocz ten ulega dyspersji biernej z wiatrem i występuje u niego haplodiploidalny sposób determinacji płci.
Pytania badawcze i hipotezy:
1) Jakie są koszty generalizacji?
Hipoteza: Specjaliści mają wyższe dostosowanie na swoich żywicielach w porównaniu z dostosowaniem generalistów na tych samych żywicielach.
2) Czy ewolucji specjalizacji żywicielskiej towarzyszą zmiany morfologiczne?
Hipoteza: Linie poddane adaptacji do różnych żywicieli będą się różnicować morfologicznie.
3) Jakie jest molekularne podłoże adaptacji do nowego żywiciela?
4) Czy istnieje relacja między morfologią, zachowaniem oraz dyspersją w różnych prędkościach
wiatru?
Hipoteza 1: Osobniki podejmujące dyspersję różnią się morfologicznie od osobników osiadłych.
Hipoteza 2: Zachowania takie jak wstawanie i tworzenie łańcuszków poprzedzają dyspersję.
5) Czy u haplodiploidalnych roztoczy istnieją mechanizmy pozwalające na unikanie wsobności w populacjach rozwijających się na nowo zasiedlonej roślinie żywicielskiej?
Hipoteza: Im wyższa homozygotyczność populacji, tym więcej zapłodnionych samic oraz osobników tworzących łańcuszki będzie ulegać dyspersji.
Prowadzone badania pozwolą na: (i) wykazanie w eksperymentalnych liniach ewolucyjnych (specjalistów i generalistów) powtarzalnych zmian genetycznych i fenotypowych świadczących o adaptacji do żywiciela; (ii) wyjaśnienie przyczyn oraz (iii) konsekwencji dyspersji u roślinożernych
haplodiploidalnych roztoczy.
Metody
Obiektem badawczym jest linia genetyczna MT-1 należąca do kompleksu gatunków WCM, charakteryzująca się niską specyficznością żywicielską.
(i) Ewolucja specjalizacji: linia MT-1 jest poddawana ewolucji eksperymentalnej w stałym (1 żywiciel) i zmiennym (2 żywicieli) środowisku. Uzyskane 3 linie ewolucyjne (jeden generalista i dwóch specjalistów) będą poddane analizie morfologicznej, resekwencjonowaniu genomu oraz eksperymentom, których celem jest ocena dostosowania (tempa wzrostu populacji) oraz akceptacji żywiciela na różnych roślinach żywicielskich.
(ii) Ekologia dyspersji: osobniki badanej populacji są analizowane pod względem wielkości i kształtu ciała oraz zachowań potencjalnie świadczących o ich skłonności i zdolności do dyspersji w różnych prędkościach wiatru.
(iii) Konsekwencje dyspersji: badane będą 3 haplodiploidalne (samce = 1n, samice = 2n) populacje różniące się stopniem homozygotyczności (na podstawie analizy loci mikrosatelitarnych). Oszacowana następnie proporcja płci potomstwa osobników ulegających dyspersji, pozwoli na uzyskanie informacji czy dyspersji uległy samice zapłodnione czy niezapłodnione.
Literatura
1. Clobert, J., Baguette, M., Benton, T. G. & Bullock, J. M. (2012). Dispersal ecology and
evolution. Oxford University Press, Oxford
2. Tilmon, K.J., (2008) Specialization, speciation, and radiation: the evolutionary biology of
herbivorous insects. University of California Press, Berkeley
