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Neue Genfunktion mit Folgen: Genverdoppelung in der Honigbiene

13.07.2010
In vielen Organismen wurde im Verlauf ihrer Evolution das genetische Material verdoppelt. Die Duplikation von einzelnen Genen stellt dabei eine besondere Quelle dar, durch die neue Genfunktionen entstehen können.

Erst im Jahr 2008 gelang Wissenschaftlern der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf der Nachweis, dass das initiale Signal der Geschlechtsbestimmung in der Honigbiene, das Gen complementary sex determiner (csd), aus der Kopie einer weiteren Schlüsselkomponente der Geschlechtsbestimmung, dem Gen feminizer (fem) entstanden ist (Hasselmann et al. 2008 NATURE 454: 519ff). Jetzt ist es den Wissenschaftlern gelungen, die Evolution des fem-Gens genauer zu untersuchen.

Das csd-Gen stellt eine evolutive Neuerung im Genom der Honigbienen dar und entstand vor etwa 10 - 70 Millionen Jahren. Verschiedene Varianten des csd-Gens wurden im Verlauf der Evolution durch positive darwinische Selektion fixiert und etablierten so ein neues initiales Signal der geschlechtsbestimmenden Regulationskaskade. Der weibliche Entwicklungsweg wird durch unterschiedliche Varianten, der männliche durch gleiche Varianten von csd initiiert. Jetzt ist es unter der Federführung von Dr. Martin Hasselmann den Wissenschaftlern Dipl. Biol. Sarah Lechner, Dipl. Biol. Christina Schulte und Prof. Dr. Martin Beye gelungen, die Evolution des fem-Gens genauer zu untersuchen. Dabei stellte sich heraus, dass die Entstehung von csd und dessen neue Funktion die Evolution von fem in der Honigbiene beeinflusste. Die Forscher verglichen die Sequenzevolution von fem in der Honigbiene mit der von fem aus Arten anderer Bienen (z.B. Hummeln und Prachtbienen), die das csd-Gen nicht besitzen. Es zeigte sich, dass in dem fem-Gen der Honigbiene weniger Änderungen auf Proteinebene stattgefunden haben als in fem der anderen Bienen-Arten. Diese Ergebnisse, über die in dieser Woche in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Science USA in der Online-Ausgabe (http://www.pnas.org/content/early/recent ) berichtet wird, zeigen einen interessanten und neuen Aspekt in der Evolution duplizierter Gene. Offenbar wurde die Evolution von fem in der Honigbiene durch die neue Funktion von csd eingeschränkt; eine Erkenntnis die durch die Rolle beider Gene in der geschlechtsbestimmenden Regulationskaskade erklärt werden kann. Das csd-Gen bildet mit seinen Varianten das initiale geschlechtsbestimmende Signal und gibt diese Information an fem weiter, welches nachfolgend als Schlüsselgen in der Kaskade bei Honigbienen fungiert. Eine Hypothese ist, dass aufgrund der strukturellen Ähnlichkeit der duplizierten Gene auf Proteinebene von ca. 70% Proteinänderungen in fem bei Honigbienen nicht zugelassen werden, da es sonst zu Kreuzreaktionen mit den csd-Varianten und einer negativen Beeinflussung der Regulationskaskade kommen könnte.

Die Forscher untersuchten auch die Evolution der Gene, die in unmittelbarer Nachbarschaft zu fem liegen. In diesen Genen war ein Einfluss von csd auf die Proteinevolution nicht nachweisbar.

Diese Studie zeigt, dass durch die Entstehung einer neuen Genfunktion die Evolution anderer Gene einschränkt werden kann. Die Ebenen der Interaktionen zwischen Genen im Genom sind somit weitaus komplexer als bislang angenommen.

Kontakt:
Dr. Martin Hasselmann
Heinrich-Heine Universität Düsseldorf
Institut für Genetik/Evolutionsgenetik
Universitätsstr. 1
Gebäude 26.03, Ebene U1 Raum 68A
40225 Düsseldorf
Tel. : ++49-0211/8114808
Fax : ++49-0211/8112279
email: martin.hasselmann@uni-duesseldorf.de

Dr. Victoria Meinschäfer | idw
Weitere Informationen:
http://www.pnas.org/content/early/recent
http://www.genetik.uni-duesseldorf.de/Gruppen/beye/Hasselmann

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