CAREER: The effects of spatial structure and heterogeneity on local adaptation, diversification, and dispersal evolution: Experimental tests and statistical models

职业:空间结构和异质性对局部适应、多样化和分散进化的影响:实验测试和统计模型

基本信息

  • 批准号:
    2239197
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 79.87万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-05-01 至 2028-04-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Most species live in complex and variable environments. Variation in within an environment impacts where species live, how they move around, and how they interact with each other. This, in turn, can influence how they evolve. Understanding and predicting evolution in complex environments has many important applications. These include the management of threatened species and combating rapidly evolving pathogens such. This project uses mathematical models and lab experiments with bacteria to explore how variation in an environment impacts evolution. Results from this work will allow for a better understanding of how and when evolution is predictable. The project also provides research training for undergraduate and graduate students, expanded undergraduate curriculum, as well as an enrichment course for rural high school students emphasizing important connections between biology and math.In the complex natural world, environmental variation and local interactions between organisms have the potential to play a key role in evolutionary adaptation and diversification. The goal of this project is to determine the effects of spatially structured and variable environments on local adaptation, evolutionary diversification, and dispersal using evolution experiments with populations of the bacterium, Pseudomonas fluorescens. First, agent-based models will be developed and used to build expectations for evolution of populations living in different types of spatially heterogeneous environments. Then, using those expectations as a guide, the effects of spatial heterogeneity on the evolution of those bacterial populations will be tested using a unique semi-solid agar lab environment. Genome sequence data will be collected and then be analyzed using novel statistical models of molecular evolution. The population genome data analysis will provide a unique first look at the details of molecular evolution in spatially structured populations. Results from this research will lead to a better understanding of the processes driving evolution in complex environments, ultimately allowing for better predictive models of evolution in species of economic, environmental, and human health importance.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
大多数物种生活在复杂多变的环境中。环境中的变化会影响物种在哪里生活,它们如何四处移动,以及它们如何相互作用。这反过来又会影响它们的演变方式。理解和预测复杂环境中的演化有许多重要的应用。这些措施包括对受威胁物种的管理和与迅速演变的病原体作斗争。这个项目使用数学模型和细菌的实验室实验来探索环境的变化如何影响进化。这项工作的结果将使我们能够更好地理解进化是如何以及何时可以预测的。该项目还为本科生和研究生提供研究培训,扩大本科课程,并为农村高中生开设强化课程,强调生物和数学之间的重要联系。在复杂的自然世界中,环境变化和生物之间的局部相互作用可能在进化适应和多样化方面发挥关键作用。该项目的目标是通过对荧光假单胞菌种群的进化实验,确定空间结构和可变环境对局部适应、进化多样化和扩散的影响。首先,将开发基于主体的模型,并将其用于建立对生活在不同类型的空间异质环境中的种群的进化预期。然后,以这些预期为指导,将使用独特的半固体琼脂实验室环境来测试空间异质性对这些细菌种群进化的影响。将收集基因组序列数据,然后使用分子进化的新统计模型进行分析。种群基因组数据分析将提供独特的第一次查看空间结构种群中分子进化的细节。这项研究的结果将有助于更好地理解在复杂环境中推动进化的过程,最终允许更好地预测对经济、环境和人类健康具有重要意义的物种的进化模型。这一奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

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  • 资助金额:
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