Molekulare Grundlagen und Evolution komplexer Merkmalsformen

Anpassungen finden überall um uns herum statt. Unsere DNA ist das Ergebnis evolutorischer Veränderung seit Millionen von Jahren. Unsere Forschungsgruppe versucht, genetische Variationen mit ihren phänotypischen und evolutorischen Auswirkungen in Verbindung zu bringen. Wir wollen verstehen, wie das Genom für eine robuste Entwicklung von Lebewesen kodiert und dennoch genügend Flexibilität bewahrt, um schnell auf sich ändernde Umweltbedingungen zu reagieren.

Dazu nutzen wir besonders aufschlussreiche Modelle wie Hybridmäuse und Selektionsexperimente. Wir nutzen oder entwickeln modernste Genom- und Stammzelltechniken, um die Gesamtheit der Erbsubstanz als dynamisches System erfassen zu können.

Für unser Verständnis, wie Selektion im Genom funktioniert, sequenzierten wir mehr als tausend Mäuse in unserem "Longshanks-Experiment". Hierbei züchteten wir Nachkommen mit langen Beinen. Zur Kartierung der Unterschiede zwischen den Mäusespezies haben wir die Methode der In-vitro-Rekombination entwickelt.

Um auch zu verstehen, warum besonders Patienten mit dem Bloom-Syndrom anfällig für Krebs sind, haben wir unsere Haplotagging-Methode eingesetzt. Hiermit konnten wir mitotische Rekombinationen nachweisen.

Unser Ziel ist es nun, durch die Integration dieser Ergebnisse zu verstehen, wie ein Organismus grundlegend funktioniert und sich weiterentwickelt.

Forschungsschwerpunkte

Rückverfolgung einzelner Evolutionsschritte, indem die für die Selektion wichtigen Gene und Allele kartiert werden. Können wir die Regelmechanismen sowie die Dynamiken hinter dem evolutionären Wandel entschlüsseln?

Überwinden von Barrieren zwischen Arten und Generierung von Hybridmosaik-Genomen einer Zellkultur, um besser zu verstehen, wie Genregulationsnetzwerke typische Merkmale eines Organismus bedingen.

Erfassung der Einzigartigkeit eines einzelnen Moleküls oder einer einzelnen Zelle. Nutzung der Möglichkeiten der Genomik und des molekularen Barcodings zur Rekonstruktion molekularer Prozesse.

Integration von molekularen Mechanismen und Ergebnissen aus der Evolutionsforschung. Können wir Wege finden, Daten so zu auszuwerten, um sehr eindeutige Merkmale aus großen Datensätzen herausfiltern zu können?

Zentrale Publikationen

Meier, J.I.*, Salazar, P.A.*, Kučka, M.*, Davies, R.W., Dréau, A., Aldás, I., Box-Power, O., Nadeau, N., Bridle, J.R., McMillan, W.O., Rolian, C.P., Jiggins, C.D.^†, Chan, Y.F.^† (2021) Haplotype tagging reveals parallel formation of hybrid races in two butterfly species. (* co-first authors; † co-last authors). PNAS, doi: 10.1073/pnas.2015005118.

Castro, J.P.L.*, Yancoskie, M.N.*, Marchini, M., Belohlavy S., Hiramatsu, L., Kučka, M., Beluch, W.H., Naumann R., Barton, N.H., Rolian, C.^†, Chan, Y.F^†(2019) An integrative genomic analysis of the Longshanks selection experiment for longer limbs in mice eLife, (8):e42014. doi: 10.7554/eLife.42014. * co-first authors; † co-last authors

Lazzarano, S., Kučka, M., Castro, J.P.L., Naumann, R., Medina, P., Fletcher, M.N-C., Wombacher, R., Gribnau, J., Hochepied, T., Van Montagu M., Libert C., Chan, Y.F. (2018) Genetic mapping of species differences via “in vitro crosses” in mouse embryonic stem cells. PNAS 115 (14) 3680-3685; Online Early. doi: 10.1073/pnas.1717474115.

Chan, Y.F., Jones, F.C., McConnell, E., Bryk, J., Bünger, L., Tautz, D. (2012) Parallel selection mapping using artificially selected mice reveals bodyweight control loci. Current Biology. 22 (9): 794-800.

Chan, Y.F., Marks, M.E., Jones, F.C., Villarreal G. Jr., Shapiro, M.D., Brady, S.D., Southwick, A.M., Absher, D.M., Grimwood, J., Schmutz, J., Myers, R.M., Petrov, D., Jónsson, B., Schluter, D., Bell, M.A., Kingsley D.M (2012) Adaptive evolution of pelvic reduction in sticklebacks by recurrent deletion of a Pitx1 enhancer. Science (Article) 327 (5963): 302-305.