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.

Chromosomale Umgestaltungen, wie z. B. Inversionen, können mit spektakulären Phänotypen verbunden sein, die die Grundlage von wichtigen Adaptationen bilden.  Im Osten Afrikas leben Populationen von Honigbienen (Apis mellifera) in montanen Wäldern (Hochland, A.m. monticola), die sich in ihrem Verhalten (z.B. Fouragierökologie und Aggression) und ihrer Morphologie deutlich von Populationen der umgebenden tieferliegenden Savannen unterscheiden (Ebene, A. m. scutellata).

Wir untersuchen in Kooperation mit Prof. Ricarda Scheiner (Universität Würzburg) sowie Kollegen aus Kenya, Uganda und Tanzania die molekularen Grundlagen von Höhenanpassung. Dabei nutzen wir modernste Methoden (Genomsequenzierung, CRISP-Cas9, RFID), um genetische Differenzierungen, Funktionen von Kandidatengenen sowie spezifische Verhaltensweisen zu entschlüsseln.

Das Projekt wird von der DFG gefördert (HA5499/11-1). 

Mitochondrien sind in zahlreichen Schlüsselprozessen von Organismen involviert. Aus diesem Grund ist es notwendig, mitochondriale (mt) DNA Haplotypen sowie mt Genexpression in Hennen mit einer effizienten Phosphor (P) Verwertung und myo-Inositol Stoffwechsel im Detail zu charakterisieren. Myo-Inositol kann über einen bislang unbekannten Mechanismus, ähnlich dem der Autophagy und Mitophagy, die mitochondriale Funktion modifizieren.

In dem Projekt werden wir vollständige mt Genome von Hennen sequenzieren, die aus zwei Linien stammen. Dieser Ansatz wird potentielle Mutationen in mt Genomen identifizieren, die im Verlauf der genetischen Selektion entstanden sind und die Aktivität von Schlüsselenzymen beeinflussen, welche dann weiter charakterisiert werden. Mittels qPCR werden Unterschiede der mt Genexpression zwischen unterschiedlichen mt Haplotypen, Geweben und Entwicklungsstadien gemessen.

Unsere Daten werden mit weiteren Daten zur Genomanalyse aus anderen Projekten der Forschergruppe verknüpft, um Assoziationen mit interagierenden Loci des nukleären Hintergrundes zu erkennen. Dadurch erhalten wir einen umfassenden Einblick in die funktionelle Bedeutung von Mitochondrien in der P-Verwertung und dem myo-Inositol Stoffwechsel von Hennen.

Das Projekt ist Teil der DFG Forschergruppe P-FOWL (FOR 2601).

In diesem Projekt werden neue Diagnoseverfahren für potentiell invasive Käferarten entwickelt, die im Rahmen der Kontrollen der Pflanzengesundheit auftreten können. Die Methoden umfassen klassische morphologische Bestimmungsschlüssel für eine mikroskopische Analyse von Käfern und ihren Larven, sowie molekulare Methoden. Dabei verwenden wir Hochdurchsatzsequenzierungen, um die Populationen genetisch zu charakterisieren.

Mit diesen Verfahren ist es möglich, Käferfunde von verschiedenen Befallsorten verwandtschaftlich in hoher Auflösung zu vergleichen und wahrscheinliche Einschleppungswege von invasiven Arten nachzuvollziehen, z.B. des Asiatischen Laubholzbockkäfers (Anoplophora glabripennis). Mit diesem Forschungsprojekt sollen Gefahren für die Pflanzengesundheit in Deutschland abgewehrt werden.

Dieses Projekt läuft in Kooperation mit dem LTZ Augustenberg und wird durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft gefördert.

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.

Honigbienen und Hummeln gehören zu den wichtigsten Bestäubern weltweit. Die Fitness ihrer Kolonien kann direkt von denen in den Populationen vorkommenden Nukleotidvariationen, 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 entomophiler Pflanzen zu Folge. Somit ist für uns von besonderer Bedeutung, die Populationsdynamik der Geschlechtsallele von Bienen und Hummeln zu verstehen. Die Identifizierung und Charakterisierung der bedeutendsten Schlüsselregulatoren in ausgewählten Arten sind Teil unserer laufenden Projekte. Dabei kooperieren wir mit zahlreichen internationalen Kollegen.

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 zu wenig erforscht.

Wir untersuchen die Zusammensetzung und Dynamik der intestinalen Mikrobiota im Bienendarm und sowie diverser Pathogene (z.B. Viren) mit modernen Technologien um perspektivisch nachhaltig über die imkerliche Betriebsweise zum Erhalt von gesunden Bienen beizutragen (Kooperation mit der Landesanstalt für Bienenkunde, Peter Rosenkranz).

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.

Die Evolution der Staatenbildung (Eusozialität) gehört zu einem der großen evolutionären Veränderungsprozesse. Mehrere neu sequenzierte Genome und Transkriptome von Bienenarten, die unterschiedliche Stufen ihrer sozialen Organisation repräsentieren, bilden die Basis für vergleichende evolutionäre Studien. Diese Arbeit war Teil eines internationalen Forschungsprojekts unter der Federführung von Karen Kapheim und Gene Robinson.