Evolúciós ökológia és genetika, koevolúció (Komplex Környezettudományi Kollégium)
20 %
zsűri
Ökológia és evolúció 1
Kutatóhely
Élettani, Szervezettani és Idegtudományi Tanszék (Szegedi Tudományegyetem)
résztvevők
Melika George Schwéger Szabina
projekt kezdete
2018-09-01
projekt vége
2023-11-30
aktuális összeg (MFt)
29.176
FTE (kutatóév egyenérték)
6.31
állapot
lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A gubacsdarazsak (Cynipidae, Hymenoptera) gazdanövényeik rendellenes szöveti differenciálódását idézek elő, a fitofág életmód egy látványos formáját eredményezve. A gubacsdarazsak parazitoid darazsakból származnak. Azonban ezen átmenet és a kezdeti gubacsdarázs radiáció főbb lépései, meghatározó tényezői alapvetően ismeretlenek. Egy új filogenomikai módszer alkalmazásával célunk az első lépések megtétele a radiáció értelmezéséhez; a fő leszármazási sorok testvércsoport kapcsolatainak tisztázását tervezzük. Célunk továbbá az inkvilinek eredetére vonatkozó hipotézis tesztelése, kérdésünk, hogy az inkvilin (csak lárvakamra indukció) vagy gubacs indukáló (iniciáció és lárvakamra indukció) életmód az ősibb. Ezt a leggyakoribb gazdanövényeken, a Fagaceae fajokon tervezzük megvizsgálni. Végezetül fitofág rovarok divergenciája gyakran gazdanövény váltáshoz kapcsolódik, ami ritka a gubacsképzők körében. Korábbi eredményeink arra utalnak, hogy a gazdanövény használat kevésbé szigorú az inkvilinek körében, legalább is Fagaceae fajokon. Az eredmények alapján megfogalmazható egy hipotézis, amely szerint a kényszerek eltérőek lehetnek a gubacsképzés különböző stádiumaira. Terveink között szerepel az azonos gazdanövény leszármazási soron történő ismétlődő radiációra vonatkozó elképzelés tesztelése egy Holarktikum szintű részletes inkvilin filogenetika alapján.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. Egy új eszköztár bevezetését tervezzük, amely a gubacsdarazsak (Hymenoptera, Cynipidae) ökológiájának és evolúciójának vizsgálatára alkalmazható. Ennek segítségével evolúciós történetük sajátosságait kívánjuk megismerni. Célunk UCE (ultraconserved element) próbák kidolgozása a populációgenomikai és filogenomikai vizsgálatokhoz. Ezeket felhasználva, ez valószínűleg több mint 600 lokuszt jelent, egy új Cynipidae filogenetikai fát készítünk. Azt várjuk, hogy fő ősi leszármazási sorok kapcsolatai tisztázódnak. Két fő hipotézist tesztelünk az adatok egy részhalmazán, a kapott filogenetikát felhasználva Fagaceae gazdanövényhez kötődő fajokra. (1) A legújabb eredmények szerint a gubacsképzők inkvilinekből származnak. (2) Másrészt az inkvilinek gazda specificitása kevésbé szigorú, összevetve a gubacsképzőkkel.
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! Alapkutatásunk alapvető információkat adhat a herbivória egyik leglátványosabb formájáról. A parazitoid életmódról való váltás, gubacsindukció fő tényezői, gazdanövény választás alapvetően ismeretlen folyamatok a gubacsdarazsakra. Ahhoz, hogy ezeket a folyamatokat megértsük, először is a filogenetikai fa megbízható becslésére van szükség. Azonban ilyen jelenleg nincsen, a fő leszármazási sorok kapcsolatait nem ismerjük. Célunk a filogenetikai fa rekonstrukciója egy újonnan bevezetett filogenomikai megközelítési módot alkalmazva, majd ezt követően a fa alapján különböző tulajdonságok evolúciójára következtethetünk. Új eredmények: UCE lokuszok jellemzése gubacsdarazsakra, filogenetikai fa filogenomikai megközelítés alapján, inkvilin/indukáló életmód evolúciója és az inkvilinek gazdaváltási mintázatai Fagaceae gazdanövényeken.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A gubacsdarazsak drámai változást idéznek elő különböző gazdanövényeken. A folyamat mechanizmusa alig ismert. A darazsak egyes csoportjai nem képesek minden lépés kivitelezésére. Ez arra utal, hogy például a gubacsképzés megkezdése és differenciálódásának fenntartása egymástól szétválasztható folyamat lehet. De melyik lehet előbb? Hogy ezt eldöntsük, egy az evolúciós történetet leíró filogenetikai fa becslésére van szükség. Célunk egy ilyen fa elkészítése egy újonnan leírt megközelítési móddal. Ha a fa már rendelkezésre áll, számos egyéb jelenségre következtethetünk. Például célunk betekintést nyerni a parazitoid életmódról herbivóriára történő áttérést követő első lépésekbe, vagy a gazdanövény váltásba, amely a gubacsdarazsak egyes csoportjai diverzifikációjának meghatározó tényezője lehet.
angol összefoglaló
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. Gall wasps (Cynipidae, Hymenoptera) induce an abnormal differentiation of plant tissues on a wild variety of host plants, resulting in a spectacular manifestation of the phytophagous lifestyle. Cynipids are derived from parasitoid wasps. However, the details of this transition, together with the pattern and main forces of the basal cynipid radiation are mainly unknown. Using a recently described phylogenomic approach, our aim is to establish the first step toward understanding this radiation, namely clarification of the sister taxon relationship among the main cynipid lineages. Furthermore, on the tribes, specialised to the most common host plant family, Fagaceae, we test the hypothesis whether inquiline (with capacity of larval chamber induction only) or inducer (gall initiation and chamber induction) lifestyle was the ancient one. Finally, divergence is often connected to host plant shifts in phytophagous insects, but supposed to occur rarely within gall inducers. Our preliminary results suggest that hots plant use is less strict for inquilines, at least on Fagaceae host plants, resulting in a hypothesis for difference in constraints for the different phases of gall induction. Hypothesis about the repeated radiation onto the same host lineage is planned to be tested on the basis of a detailed inquiline phylogeny on Holarctic level of distribution.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. We plant to establish new tools for studies of ecology and evolution of gall wasps (Hymenoptera, Cynipidae) and use these tools to explain specific patterns in their evolutionary history. Our aim is to generate and test ultraconserved element (UCE) probe set for Cynipidae for phylogenomic and population genomic studies. Using these, probably more than 600 loci, a new phylogeny of Cynipidae will be constructed. We expect that relationship among the main basal lineages will be clarified. Two main hypotheses will be tested on a subset of the data, using the obtained phylogenetic tree for Fagaceae hosts. (1) Recent results suggest that inducers may derive from inquilines. (2) Furthermore, host specificity of inqulines less strict comparing to inducers.
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. This basic research may give fundamental information about one of the most spectacular form of herbivory. Switch from the parasitoid lifestyle, factors of gall initiation, induction of the nutritional tissue, host selection are mainly unknown for cynipids. To understand the evolution of these characters a stable estimate of the phylogeny is required. However, the latter is missing. The relationship among the main lineages is unresolved. Our aim is to establish the phylogeny using a recently introduced phylogenomic approach and recover character evolution using this tree. New results: characterization of UCEs for cynipids, the phylogenetic tree based on phylogenomic approach, evolution of inquline/inducer lifestyle and host switching pattern of inqulines on Fagaceae host plants.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. Gall wasps induce a dramatic change on a wild variety of host plants. The mechanism of this process is not completely known. Some groups of these wasps can drive only some parts of the process, suggesting that for example induction and maintenance of gall development can be separated. Which came first? To decide a phylogenetic tree representing the evolutionary history is required. Our aim is to construct this tree using a recently discovered approach. With this tree in our hand, we can explore many other phenomena. For example our aim is to get insight into the early steps following transition from parasitoid lifestyle to herbivory or host plant change that may drive diversification of some cynipids.
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
Megfogalmaztunk egy hipotézist az inkvilin tölgy gubacsdarazsak (Synergini, Cynipidae) divergenciájára és gazdanövény asszociációja evolúciójára, amelynek alapja 190 taxon két lokuszos molekuláris filogenetikája és 24 leszármazási sor UCE alapú filogenomikája. Fő konklúziók:
1. Két független palearktikus és három újvilági leszármazási sort azonosítottunk. A gazdanövény váltás gyakori, különösen a nearktikumban.
2. A filogenomika eredmények a fő csoportok gyors radiációjára utalnak.
3. Kis támogatottsággal a Synergini palearktikus eredete valószínűsíthető Cerris vagy Castanea gazdanövényen, de a nearktikus eredet sem zárható ki. Ez megegyezik a gubacsképzőkre, az inkvilinek elsődleges gazdáira körvonalazott elképzeléssel.
4. Magasabb támogatottsággal a nagyobb palearktikus csoport nearktikus eredete valószínűsíthető, a gyors radiáció Lithocarpus vagy Cerris gazdanövényekre történő váltással kezdődhetett. A legfajgazdagabb Synergus diverzifikációja egy Cerris fajokról induló recens, < 15 millió évvel ezelőtti másodlagos radiáció következménye lehet subg. Quercus fajokon.
5. Lobatae és Protobalanus lehettek a neartikus ős gazdanövényei, de a fő csoportok radiációja egymástól független. Kalifornia jelentős diverzitása több független recens radiációra vezethető vissza extrém gazdanövény váltásokkal.
6. A Synergus monofiletikus a palearktikumban, de nem monofiletikus a holarktikumban. Két Saphonecrus klád különíthető el.
kutatási eredmények (angolul)
We proposed a hypothesis for the divergence and the evolution of host plant association pattern of the oak gall wasp inquilines (Synergini, Cynipidae). We used DNA sequence data, two loci for 190 and UCE-based phylogenomics for 24 lineages. Main conclusions:
1. There are two independent Palearctic and three New World lineages. Frequent host plant switching has been demonstrated, especially in the Nearctic.
2. Phylogenomics suggested fast radiation of the main lineages.
3. With weak support, the Paleaerctic origin of Synergini is proposed on Cerris or Castanea host plant, but Nearctic origin cannot be excluded at present. This coincides with the hypothesis proposed for gall inducers (Cynipini), the most frequent hosts of inquilines.
4. Nearctic origin of the largest Palearctic group is highly supported, fast radiation is started probably with host switching to Lithocarpus or Cerris. The most species-rich Synergus may represent a recent secondary radiation on subg. Quercus and started with Cerris to Quercus switching less than 15 Ma.
5. Considering Nearctic diversity, Lobatae and Protobalanus were proposed as the host plant for the common ancestor, main groups represent independent radiations. The high diversity of California can be deduced to recent radiations with extreme host switching events.
6. Synergus is monophyletic in the Palearctic but not in the Holarctic. There are two clades of Saphonecrus.
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Ökológiai Tanszék (Szegedi Tudományegyetem), Új kutatóhely: Élettani, Szervezettani és Idegtudományi Tanszék (Szegedi Tudományegyetem).
