Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Es kommt nicht auf die Größe an

02.08.2016

Warum die Komplexität und Fitness von Lebewesen nichts mit der Genomgröße zu tun hat.

Warum verändern sich Genomgrößen, Chromosomenzahlen sowie die Anzahl der Gene unabhängig voneinander während der Evolution von Lebensformen? Warum unterscheiden sich verschiedene Arten hinsichtlich dieser Merkmale z.T. erheblich, ohne dass das mit Verweis auf die Komplexität der jeweiligen Lebensformen erklärbar wäre? Die Lösung dieses Rätsels lag bisher im Dunkeln. Gaterslebener Forscher stellen in der renommierten Fachzeitschrift Trends in Plant Science nun eine Erklärung für dieses Phänomen vor.


Drei Strategien der Genomgrößenevolution.

Ingo Schubert, Katrin Lipfert/ IPK

Der größte Teil der genetischen Information eines Lebewesens, das Genom, wird mit Ausnahme der Bakterien im Zellkern jeder Körperzelle in Form von Chromosomen gespeichert. Von Generation zu Generation muss diese Information, die in doppelsträngigen DNA-Molekülen codiert ist, einerseits möglichst unverändert weitergegeben werden.

Andererseits ist es aber auch notwendig, dass das Genom in Grenzen veränderbar ist, damit sich Lebewesen an die sich über Generationen hinweg ändernden Umweltbedingungen anpassen und damit ihre Überlebensfähigkeit sichern bzw. verbessern können. Solche Veränderungen geschehen häufig durch fehlerhafte Reparatur von Brüchen in der DNA und können über Zellteilungen an Tochterzellen und Nachkommen weitergegeben werden.

Über Generationen hinweg kann sich im Laufe der Evolution so die Genomgröße, die Chromosomenzahl und auch die Anzahl der Gene verändern. Überraschenderweise konnte allerdings kein Zusammenhang zwischen der Größe eines Genoms, der Anzahl seiner Chromosomen und der darin enthaltenen Gene beobachtet werden.

Während die Anzahl von Genen zwischen verschiedenen Arten sich um das Zweifache unterscheiden kann, können sich die Anzahl von Chromosomen um das 100-fache und Genomgrößen sogar um das 2500-fache unterscheiden. Darüber hinaus scheint sich Genomgröße auch nicht mit der steigenden Komplexität von Organismen erklären zu lassen. Über die Ursachen für diesen Befund konnten Wissenschaftler bisher nur spekulieren.

Professor Dr. Ingo Schubert und seine Kollegin Dr. Giang Thi Ha Vu stellen nun eine Hypothese zur Evolution von Genomgrößen und Chromosomenanzahlen vor. Dieser entsprechend hängen Genomgröße und Chromosomenzahl mit den jeweils in der Population bevorzugten Reparaturmechanismen für das Beheben von Doppelstrangbrüchen in der DNA zusammen.

„Wir vermuten, dass es in der Natur drei Strategien für diesen Reparaturmechanismus gibt“, erläutert Ingo Schubert „mit der sich die evolutive Entwicklung der Genomgröße und der Anzahl der Chromosomen erklären ließe: Abhängig von der enzymatischen Ausstattung, unterscheiden sich Arten hinsichtlich der Neigung, Fehler bei der DNA-Doppelstrangbruchreparatur zu beheben. Entweder wird häufiger ein Stück des DNA-Strangs entfernt, oder dieser um ein Stück erweitert, oder aber es besteht ein Gleichgewicht zwischen Entfernen und Erweitern von genetischem Material beim Reparieren von DNA-Strangbrüchen.“

Im ersten Fall wird die zunehmende Verkleinerung des Genoms, welche die Überlebensfähigkeit einer Population langfristig verringern könnte, durch (wiederholte) Verdopplung der Chromosomenzahl kompensiert. Auf diese Weise wird das Risiko reduziert, dass genetische Informationen während der Weitergabe an die nächste Generation verloren gehen. Doppelstrangbruch-bedingte Chromosomen-Umstrukturierungen, die mehrere Chromosomen in eines kombinieren und besonders in Lebewesen mit sehr kleinen Genomen auftreten, verhindern, dass die Chromosomenanzahl ins Unermessliche anwächst.

Im zweiten Fall wird das Genom immer weiter vergrößert, jedoch die Chromosomenzahl variiert kaum. Das ist z. B. für Nadelbäume typisch.

Bei etlichen Gruppen höherer Lebewesen, meist von mittlerer Genomgröße, wie z. B. Säugetieren und Vögeln, scheinen die Reparatur von Brüchen des DNA-Strangs gleichgewichtig sowohl durch Erweiterung als auch Verkürzung vorgenommen werden zu können, wodurch sich sowohl die Genomgröße kaum verändert und die Anzahl der Chromosomen in der Regel keine bestimmte Tendenz der Veränderung erkennen lässt.

„Wir sehen nun, durch unsere eigenen Versuchsergebnisse erhärtet, die Evolution von Genomgröße, Chromosomenzahl und DNA-Doppelstrangbruchreparatur im Zusammenhang. Das erklärt die teils entgegengesetzten Evolutionsverläufe dieser Parameter und bietet eine neue Interpretation für die fehlende Korrelation von Genomgröße und genetischer Komplexität“, freut sich Ingo Schubert.

Publikation:

Ingo Schubert, Giang T.H. Vu (2016): Genome Stability and Evolution: Attempting a Holistic View. Trends in Plant Science, doi:10.1016/j.tplants.2016.06.003.

Weitere Informationen:

Das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben ist eine außeruniversitäre, mit Bundes- und Ländermitteln geförderte Forschungseinrichtung und Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft. Am IPK forschen und arbeiten mehr als 500 Mitarbeiter/-innen aus über 30 Nationen. Zentrales Anliegen der wissenschaftlichen Arbeiten am IPK ist die Untersuchung der genetischen Vielfalt von Kultur- und verwandten Wildpflanzen und der Prozesse, die zu ihrem Entstehen geführt haben. Daraus abgeleitet erfolgt die Aufklärung der molekularen Mechanismen, die zur Ausprägung und Variation pflanzlicher Merkmale beitragen. Hieraus erwachsende Erkenntnisse ermöglichen die Entwicklung und Anwendung von Strategien zu einer vertieften Charakterisierung und darauf aufbauend zu einer wissensbasierten Nutzbarmachung der in der Genbank vorgehaltenen pflanzengenetischen Ressourcen. www.ipk-gatersleben.de

Ansprechpartnerin für die Medien:

Dr. Sabine Odparlik, Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK), Leiterin der Geschäftsstelle des Direktoriums, Corrensstraße 3, 06466 Seeland OT Gatersleben, Tel.: +49 (0)39482 5837 - Fax: +49 (0)39482 5500 – Email: odparlik@ipk-gatersleben.de

Fachlicher Ansprechpartner:

Professor Dr. Ingo Schubert, Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK), Corrensstraße 3, 06466 Seeland OT Gatersleben - Tel.: +49 (0)39482 5239 – Email: schubert@ipk-gatersleben.de

Dr. Sabine Odparlik | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.ipk-gatersleben.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur
17.08.2017 | Deutsches Krebsforschungszentrum

nachricht Magenkrebs: Auch Bakterien können Auslöser sein
17.08.2017 | Charité – Universitätsmedizin Berlin

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Scharfe Röntgenblitze aus dem Atomkern

17.08.2017 | Physik Astronomie

Fake News finden und bekämpfen

17.08.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Effizienz steigern, Kosten senken!

17.08.2017 | Messenachrichten