Laufende Forschungsprojekte
In der Evolutionsbiologie ist das Verstehen der genetischen Basis von adaptiven phänotypischen Unterschieden innerhalb der Arten von großem Interesse.
Daher ist es ein wichtiges und herausforderndes Ziel zu erforschen, wie und warum neue Merkmale entstehen, die zu Veränderungen innerhalb der Arten beitragen und die zugrunde liegenden Gene zu identifizieren. Obwohl die Differenzierung zwischen den Arten häufig offensichtlich ist, erfolgen die entscheidenden Schritte, die letztendlich zu dieser Differenzierung führen auf der Ebene der Populationen- und Unterarten. Daher ist es notwendig, die grundlegenden evolutionären Kräfte, die auf Genomen in Populationen, wie Mutation, Selektion und zufälligem genetischen Drift einwirken, zu erforschen.
In Kooperation mit Andeas Wallberg und Matthew Webster arbeiten wir mit verschiedenen Methoden an der Charakterisierung von Genomregionen und der Identifikation von Kandidatengenen.
Honigbienen und Hummeln gehören zu den wichtigsten Bestäubern weltweit. Die Fitness ihrer Kolonien kann direkt von denen in den Populationen vorkommenden Nukletidvariationen, wie zum Beispiel Anzahl verschiedener Geschlechtsallelen und dadurch der Anteil von diploiden Männchen beeinflusst werden. Eine verringerte Anzahl von Bienen und Hummeln hat auch eine Verringerung an Biodiversität der Wildpflanzen aufgrund der ungenügenden Bestäubung entomorphiler Pflanzen zu Folge.
Somit ist für uns von besonderer Bedeutung, die Populationsdynamik der Geschlechtsallelen von Bienen und Hummeln zu verstehen. Die Identifizierung und Charakterisierung der bedeutendsten Schlüsselregulatoren in ausgewählten Arten sind Teil unserer laufenden Projekte.
Domestikation ist ein adaptiver evolutionärer Prozess, bei dem eine Art die Umwelt einer Partnerart verändert, um Leistungen von jener zu erhalten, und die Partnerart hin zu höherer Fitness und höherer Leistungserbringung in der veränderten Umwelt evolviert. Die Westliche Honigbiene (Apis mellifera) genießt hohe Wertschätzung als Bestäuber von Kultur- und Wildpflanzen, als Honigproduzent und Modellorganismus für Neurobiologie, Soziobiologie und Genetik. Neben der langwährenden Tradition der Haltung von Honigbienen in Bienenstöcken haben jedoch wildlebende Honigbienenvölker nach wie vor einen großen Anteil an der weltweiten Honigbienenpopulation. Da Honigbienen stärker der (natürlichen) Umwelt ausgesetzt sind als andere Nutztiere und Genfluss zwischen wildlebenden und imkerlich gehaltenen Populationen besteht, ist es im Allgemeinen unklar ob, oder in welchem Maße, Honigbienen der Domestikation unterstehen. Ziel des Projekts ist es, gepaarte Proben wilder und imkerlich gehaltener Honigbienenpopulationen aus mehreren Regionen zusammenzutragen und durch Genomsequenzierung dieser Populationen (Pool-seq) Informationen über genomweite Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs) zu erhalten. Die Analyse dieser Polymorphismen wird uns Rückschlüsse darüber ermöglichen, ob Unterschiede im Selektionsdruck zwischen natürlichen (wilden) Bedingungen und Imkereibedingungen groß genug sind, um funktionale genetische Unterschiede hervorzubringen. Die Ergebnisse werden Aufschluss darüber geben, ob die moderne Imkerei als echter Domestikationsprozess zu verstehen ist und ob sie die Fitness der Honigbiene unter Wildbedingungen beeinflusst. Diese Informationen sind relevant für die Bienenhaltung, den Schutz von Wildpopulationen bestäubender Insekten und für Wissenschaftler, welche die Honigbiene als Modellorganismus nutzen.
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft.
Die molekulare Grundlage der Geschlechtsbestimmung ist in der Westlichen Honigbiene Apis mellifera gut verstanden, bei der das Gen complementary sex determiner (csd) als primäres Signal der Geschlechtsbestimmung einer nachgelagerten Genregulierungskaskade auf der Grundlage der allelischen Ausstattung fungiert. Homozygote csd-Individuen entwickeln sich zu diploiden Drohnen und haben null Fitness, da sie von den Arbeitsbienen kurz nach dem Schlüpfen erkannt und entfernt werden. Das Signal, das dieses Verhalten auslöst, ist noch nicht bekannt, aber es wurde vorgeschlagen, dass kutikuläre Kohlenwasserstoffe (CHC) eine wichtige Rolle bei der Unterscheidung dieser diploiden Drohnenlarven spielen. Ziel dieses Projekts ist es, Einblicke in den zugrundeliegenden genetischen Mechanismus zu gewinnen, der zu der veränderten Ausprägung des Phänotyps führt.
Die Honigbiene als wichtigster Blütenbestäuber in unserer Kulturlandschaft ist zahlreichen Umweltfaktoren ausgesetzt, die ihre Gesundheit beeinflussen.
In den letzten Jahren haben mikrobielle Lebensgemeinschaften im Darm von Organismen (intestinalen Mikrobiota) eine zunehmende Bedeutung vor dem Hintergrund eines gesunden und widerstandsfähigen Immunsystems erlangt. Welche Komponenten aus der Umwelt (z.B. Pestizide, Futterqualitäten) mit den Mikroorganismen interagieren, die das Immunsystem und somit die Bienengesundheit schwächen ist noch wenig erforscht.
Wir untersuchen die Zusammensetzung und Dynamik der intestinalen Mikrobiota im Bienendarm und den Effekt auf das Immunsystem mit modernen Technologien um perspektivisch nachhaltig über die imkerliche Betriebsweise zum Erhalt von gesunden Bienen beizutragen (Kooperation mit der Landesanstalt für Bienenkunde, Peter Rosenkranz).
BeeConnect untersucht, wie die Vernetzung von Lebensräumen die genetische Vielfalt und den Genfluss von Wildbienenpopulationen in Baden-Württemberg beeinflusst. Im Mittelpunkt stehen vier Modellarten, die in den vier Regierungsbezirken Baden-Württembergs untersucht werden. Durch den Vergleich verschiedener Populationen soll sichtbar werden, wie sich Landschaftsstruktur und Habitatvernetzung auf ihre genetische Vielfalt auswirken.
Dafür verbindet BeeConnect populationsgenomische Analysen mit Informationen zur Landschaft und zu verfügbaren Nahrungsressourcen. Zusätzlich werden diploide Männchen als weiterer Hinweis auf mögliche Inzucht untersucht. So entsteht ein umfassenderes Bild davon, welche Faktoren zum langfristigen Erhalt genetisch vielfältiger und widerstandsfähiger Wildbienenpopulationen beitragen.
Der weltweite Verlust der biologischen Vielfalt gehört zu den größten Herausforderungen unserer Zeit. Das Forschungsprojekt ApiDIST widmet sich der genetischen Vielfalt innerhalb der Westlichen Honigbiene (Apis mellifera) und untersucht anhand historischer und aktueller Bienenproben aus Deutschland und angrenzenden Ländern, wie sich die genetische Vielfalt von Honigbienen über Raum und Zeit verändert hat. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen, fundierte Strategien für den nachhaltigen Schutz von Honigbienen - eines zentralen Bausteins unserer Ökosysteme - zu entwickeln.
Abgeschlossene Forschungsprojekte
Die Varroamilbe verursacht enorme Schäden, hohe Völkerverluste und zwingt die Imker zu regelmäßigen chemischen Bekämpfungen. Deshalb muss eine züchterische Lösung durch die Selektion varroatoleranter Bienenvölker über das Merkmal "Varroa-Sensitive-Hygiene" (VSH = Ausräumen von Varroa-befallenen Brutzellen) etabliert werden.
Im Projekt werden erstmalig durch eine innovative Kombination modernster genetischer Methoden Völker vollständig charakterisiert. Diese Verknüpfung der molekularen Methoden wird durch klassische Prüf - und Vitalitätstest ergänzt. Das Zuchtmaterial wird dabei genetisch überprüft und ermöglicht dadurch eine Etablierung von VSH relevanten molekularen Markern. Über den Einsatz von positiv selektierten Völker auf Belegstellen (isolierte Plätze zur Begattung von Bienenköniginnen) soll die Eigenschaft "Varroatoleranz" Eingang in die breite Landesbienenzucht finden.
Weiterhin werden durch Einbindung der Imkerverbände und Entwicklung einer kostengünstigen Markerselektion die Voraussetzung geschaffen, über die Projektdauer hinaus die Einbindung von VSH in die Zuchtarbeit auf breiter Basis zu ermöglichen, um so die chemische Behandlung und Völkerverluste zu vermindern.
Das Projekt SETBie für im Rahmen des Europäischen Innovationsprogramms (EIP-AGRI) gefördert.
Als Kooperationspartner mit der brasilianischen Universidad Federal de Amazonas in Manaus, koordiniert durch Carlos Gustavo Nunez Silva und finanziert durch CAPES, arbeiten wir an der Sequenzierung und Analyse der stachellosen Biene Melipona compressipes. Diese Art ist neben anderen stachellosen Bienen weitverbreitet in Gebieten des brasilianischen Regenwalds und hat eine hohe wirtschaftliche Bedeutung.
Darüber hinaus untersuchen wir die Mikrobiota ausgewählter Melipona-Arten um Einblicke in deren Interaktion mit ihrer Umwelt zu gewinnen.
The PHID-Coleo I and II projects developed innovative diagnostic methods to prevent the introduction of harmful and invasive wood-boring beetle species into Germany. While Phase I focused on creating one-time reference collections and identification keys for longhorn beetles, wood-boring beetles, and parquet beetles, Phase II expands the scope to include jewel beetles and bark beetles. Modern technologies—such as an AI-powered smartphone app, the on-site LAMP-PCR method, and next-generation sequencing—enable regulatory authorities to perform rapid, precise species identification and, for the first time, gain insights into the population structure of selected beetle species (e.g., the Asian longhorn beetle and the red-necked longhorn beetle). This has closed a critical gap in plant health, enabling the effective prevention of economic damage caused by invasive wood-boring insects.
A handout from a PHID Coleo II workshop is available here.