Projektgruppen

D2.3 | BIOINFORMATIK ZUR ANALYSE LANG-SKALIGER VERÄNDERUNGEN VON BIODIVERSITÄT (PHYLOGENIE) UND DEREN KORRELATIONEN MIT UMWELTVERÄNDERUNGEN

Projektleiter:
Prof. Dr. Axel Janke

Phylogenetische Analysen haben gezeigt, dass die Ausbreitung von Säugetieren und anderen Wirbeltieren mit Umweltveränderungen korreliert werden können. Ein bekanntes Beispiel dafür ist die Ausbreitung von Säugetieren nach der Kreide/Tertiär-Grenze (vor 65 Millionen Jahren), als die Dinosaurier ausstarben. Die Abbildung zeigt dass es vor 100, 35 und 2.5 Millionen Jahren zusätzliche und ebenso wichtige Ereignisse in der Geschichte der Erde,  die Evolution der Säugetiere beeinflusst haben.

Fig.D.1.2Dies ist ein phylogenomischer Baum, der auf 3 Mio. DNA-Zeichen von protein-codierenden Genen beruht. Er zeigt die geschätzten Zeiten von Aufspaltungen der Säugetiere (Hallström und Janke 2008). Die orangen und blauen Linien markieren signifikante Veränderungen in der Umwelt bei 100, 65, 35 und 2.5 Mio. Jahren. Wir untersuchen, ob diese Ereignisse Signaturen in den Säugetier-Genomen hinterliessen.

Säugetiere sind eine ideale Gruppe für solche Studien, da für diese Gruppe über 35 komplette Genome verfügbar sind und ständig neue hinzukommen. Die Genomdaten werden auf Signaturen untersucht, die durch Umweltveränderungen hervorgerufen werden könnten. Säugetierstudien profitieren von den zahlreichen bio-medizinischen genomischen Untersuchungen des Menschen, weil die Werkzeuge, Konzepte und Methoden, die für Humangenetik entwickelt werden, oft direkt an den Genomen anderer Säugetiere angewandt werden können.

Einer unserer Ansätze ist es, Säugetiergenome zu vergleichen (Vergleichende Genomik), die ursprünglichen Merkmalszustände zu rekonstruieren, zu analysieren und den Zeitpunkt ihrer Veränderungen zu bestimmen. Dann können wir die Wechselbeziehungen zwischen diesen Veränderungen zu historischen Ereignissen korrelieren. Wenn man immer wieder z.B. erhöhte evolutionäre Raten bei verschiedenen Linien und für unterschiedliche klimatische Ereignisse antrifft, kann man einen kausalen Zusammenhang postulieren. Daraus lernen wir, ob und wie evolutionäre Prozesse der Genome und damit Organismen von Umweltveränderungen gestaltet werden.

Diese Analysen werden mit Methoden der Bioinformatik bearbeitet. Diese entwickeln wir oder passen sie an, um die bestehenden und immer zahlreichere Säugergenome zu studieren. Wenn nötig, produzieren wir eigene Daten um Hypothesen zu testen oder bestehende Genomdaten zu ergänzen. 

Team

Dr. Maria Nilsson-Janke, Wissenschaftlerin
Nancy Schreck, Wissenschaftlerin
Susanne Gallus, Doktorandin
Vikas Kumar, Doktorand

Publikationen

Fennessy, J., Bock, F., Tutchings, A., Brenneman, R. & A. Janke (2013) : Mitochondrial DNA analyses show that Zambia's South Luangwa Valley giraffe (Giraffa camelopardalis thornicrofti) are genetically isolated. - African Journal of Ecology 51: 635–640.

Hallström, B.M. & A. Janke (2010) : Mammalian evolution may not be strictly bifurcating. - Molecular Biology and Evolution, 27 (12): 2804-2816. doi: 10.1093/molbev/msq166 .

Hallström, B.M., Schneider, A., Zoller, S. & A. Janke (2011) : A genomic approach to examine the complex evolution of laurasiatherian mammals. - PLoS ONE 6:e28199.

Janke, A. (2010) : The Rise of Amphibians: 365 Million Years of Evolution. - Systematic Biology 59(4): 488-490.

Khan, A.A., Janke, A., Shimokawa, T. & H. Zhang (2011) : Phylogenetic analysis of kindlins suggests subfunctionalization of an ancestral unduplicated kindlin into three paralogs in vertebrates. -  Evolutionary Bioinformatics online 7:7-19. [0]

Kumar, V., Hallström, B.M. & A. Janke (2013) : Coalescent-Based Genome Analyses Resolve the Early Branches of the Euarchontoglires. - PLoS ONE 8(4): e60019.

Nilsson M.A., Härlid A., Kullberg M. & A. Janke (2010) : The impact of fossil calibrations, codon positions and relaxed clocks on the divergence time estimates of the native Australian rodents (Conilurini). - Gene 455(1-2): 22-31.

Nilsson, M.A., Janke, A., Murchison, E.P., Ning, Z. & B.M. Hallström (2012) : Expansion of CORE-SINEs in the genome of the Tasmanian devil. - BMC Genomics. 2012 May 6; 13(1): 172.

Nilsson, M.A., Klassert, D., Bertelsen, M.F., Hallström, B.M. & A. Janke (2012) : Activity of Ancient RTE Retroposons during the Evolution of Cows, Spiral-Horned Antelopes, and Nilgais (Bovinae). - Molecular Biology and Evolution 29 (10): 2885-2888.

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