Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gene ohne Vorlage

18.03.2013
Viele Gene sind komplette Neuerfindungen und nicht nur abgewandelte Kopien älterer Gene

Kopieren ist einfacher als neues zu entwickeln – lange Zeit dachte man, dass dieses Prinzip auch für die Evolution von Genen gilt. Demnach hat die Evolution bereits existierende Gene zunächst vervielfacht und die Kopien dann an neue Aufgaben angepasst.

Wissenschaftlern vom Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie in Plön zufolge entstehen Gene aber häufig von Grund auf neu. Ihre Analyse der Gene von Maus, Mensch und Fisch haben ergeben, dass neue Gene kürzer sind als alte und einfacher aufgebaut sind. Diese und andere Unterschiede zwischen jungen und alten Genen deuten darauf hin, dass Gene auch komplett neu entstehen können – aus zuvor nicht abgelesenen Erbgutabschnitten. Dabei nutzen sie oft vorhandene regulatorische Elemente anderer Gene, bevor sie ihre eigene bilden.

Als Wissenschaftler die ersten Gene entschlüsselten, machten sie eine überraschende Entdeckung: Viele Gene kommen selbst in ganz unterschiedlichen Organismen in ähnlichen Varianten vor. Ein Befund, der sich dadurch erklären lässt, dass die Evolution vorhandene Gene nutzt und für neue Aufgaben mehr oder weniger stark abwandelt. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Vervielfachung von Genen. Dabei werden von einem Gen Kopien angefertigt und im Erbgut eingebaut. Mit diesen Kopien kann die Evolution dann experimentieren, während die Vorlage unverändert ihre Funktion erfüllen kann. Völlig neue Gene kommen in diesem Modell dagegen nur selten vor.

Rafik Neme und Diethard Tautz vom Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie haben diese Vorstellung nun widerlegt. Nachdem es bereits erste Hinweise auf einzelne Gene gab die offenbar völlig neu entstanden sind, haben sie die mehr als 20.000 Gene der Maus analysiert und ihren Ursprung zurückverfolgt. Demnach sind Gene, die später in der Evolution entstanden sind, häufig kürzer als solche, die schon länger existieren. Darüber hinaus besitzen jüngere Gene weniger Exons und weniger Protein Domänen. Dieser Befund widerspricht der gängigen Auffassung: „Wenn neue Gene lediglich weiterentwickelte Kopien älterer Gene sind, würde man einen solchen Zusammenhang zwischen Länge und Alter nicht erwarten. Ein junges Gen braucht dagegen Zeit, um zusätzliche Exons und Introns hinzu zu gewinnen. So kommt es, dass Gene im Laufe der Zeit länger werden und aus vielen Exons und Introns bestehen“, erklärt Rafik Neme vom Max-Planck-Institut in Plön. Analysen der Gene von Mensch, Zebrafisch und Stichling bestätigten die bei der Maus gefundenen Zusammenhänge.

Die Forscher haben darüber hinaus noch einen Weg untersucht, wie aus bereits existierenden Genen neue Gene werden können: mit einem Wechsel des Leserahmens. Der Leserahmen für das Erbgut umfasst drei aufeinanderfolgende Buchstaben des genetischen Alphabets. Jedes dieser Tripletts steht für eine Aminosäure, in die der genetische Code übersetzt wird. Wird dieser Leserahmen verschoben, entstehen dadurch neue Tripletts und das Erbgut wird daraufhin in völlig andere Aminosäuren übersetzt. „Wir haben mehrere Fälle gefunden, in denen Gene durch einen solchen Wechsel des Leserahmens überschrieben wurden“, sagt Neme. Ein Beispiel ist das sogenannte Hoxa9-Gen – ein Gen, das die Embryonalentwicklung steuert. Dieses Gen nutzt bei Nagetieren und Primaten einen solchen zusätzlichen alternativen Leserahmen.

Den Ergebnissen der Plöner Forscher zufolge stammen etwa 60 Prozent der Gene von den einzelligen Vorfahren aus der Frühphase der Evolution. Besonders viele neue Gene kamen dann immer bei fundamentalen Neuerungen in der Evolution hinzu: So zum Beispiel am Übergang vom Ein- zum Mehrzeller oder bei der Entstehung der Wirbeltiere. Auch bei der Aufspaltung der Entwicklungslinie von Ratte zu Maus sind besonders viele Gene neu entstanden. Interessanterweise fanden die Wissenschaftler nur wenige Orte auf den Chromosomen, an denen sich neu entstandene Gene häufen. Stattdessen sind sie relativ gleichmäßig über das gesamte Erbgut verteilt. Eine der wenigen Ausnahmen ist eine Ansammlung von Genen auf Chromosom 14, die unter anderem die Aktivität von Nervenzellen steuern.

Gene entstehen in der Evolution also regelmäßig von Grund auf neu. Sie entstehen dabei in den nicht kodierenden Abschnitten des Erbguts, die zwischen den alten Genen liegen. Dafür sind oft nur geringfügige Änderungen notwendig. „Gene benötigen zum Beispiel Elemente, die ihre Aktivität kontrollieren, sogenannte Promotoren. Wie es scheint, können neue Gene die Promotoren anderer Gene zweckentfremden und für sich selber nutzen“, erklärt Diethard Tautz, Leiter der Abteilung Evolutionsgenetik am Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie.

Ansprechpartner

Prof. Dr. Diethard Tautz,
Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie, Plön
Telefon: +49 4522 763-390
Fax: +49 4522 763-281
E-Mail: tautz@­evolbio.mpg.de
Rafik Neme,
Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie, Plön
Telefon: +49 4522 763-288
E-Mail: rneme@­evolbio.mpg.de
Dr. Kerstin Mehnert,
Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie, Plön
Telefon: +49 4522 763-233
Fax: +49 4522 763-310
E-Mail: mehnert@­evolbio.mpg.de

Originalpublikation
Rafik Neme and Diethard Tautz
Phylogenetic patterns of emergence of new genes support a model of frequent de novo evolution

BMC Genomics 2013, 14:117 doi:10.1186/1471-2164-14-117

Prof. Dr. Diethard Tautz | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/7031206/de-novo_gene

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht 'Fix Me Another Marguerite!'
23.06.2017 | Universität Regensburg

nachricht Schimpansen belohnen Gefälligkeiten
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften (MPIMIS)

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: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften