Schädling im Kornspeicher als Modellorganismus für die Evolution

Der rotbraune Reismehlkäfer, der schon in den Grabbeigaben der Pharaonen zu Hause war und heute in Kornspeichern als Schädling gefürchtet ist, dient der Wissenschaft als Modellorganismus zur Erforschung der Evolution.

Mit Tribolium castaneum konnte nun erstmals die Basenabfolge eines gesamten Käfer-Erbguts komplett bestimmt werden – Voraussetzung für die Identifizierung von mehr als 16.000 Genen.

In diesem Projekt haben weltweit Wissenschaftler zusammengearbeitet, darunter auch Entwicklungsbiologen, Forstwissenschaftler und Bioinformatiker der Universität Göttingen. Anhand der Genomsequenz haben sie unter anderem die frühe Gehirnentwicklung des Käfers untersucht und diese mit der des Menschen verglichen. Dabei hat sich herausgestellt, dass es für 30 der 35 menschlichen Gene, die die Unterteilung des Gehirns steuern, eine Käfer-Kopie gibt. Die Forschungsergebnisse werden am 27. März 2008 in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht.

Der Reismehlkäfer wird bereits seit längerem am Johann-Friedrich-Blumenbach-Institut für Zoologie und Anthropologie erforscht. Ein Schwerpunkt der in der Abteilung Entwicklungsbiologie von Prof. Dr. Ernst A. Wimmer angesiedelten Arbeiten liegt auf der Evolution von Kopf und Gehirn. So hat das Forscherteam von Juniorprofessor Dr. Gregor Bucher im Genom des Käfers nach solchen Genen gesucht, die im ganz jungen Menschen-Embryo für die Bildung des Gehirns zuständig sind. Neben der Identifizierung der entsprechenden Käfer-Gene ergaben die Göttinger Untersuchungen ein weiteres überraschendes Ergebnis: Dieselben Gene, die das Vorder- und Mittelhirn des Menschen unterteilen, tun dies in einem ähnlichen Muster auch im vorderen Teil des Insekten-Gehirns, dem sogenannten Protocerebrum. Nun will die Gruppe von Prof. Bucher herausfinden, ob auch die Regulierungsfunktionen der an diesem Prozess beteiligten Gene bei Mensch und Insekt vergleichbar sind.

In einem weiteren Göttinger Teilprojekt, in dem Prof. Dr. Stefan Schütz und Dr. Sergio Angeli von der Abteilung Forstzoologie und Waldschutz mit Prof. Wimmer kooperiert haben, wurde die Riechfähigkeit des rotbraunen Reismehlkäfers untersucht. Die Wissenschaftler identifizierten 47 Duftstoff-Binde-Proteine im Käfer-Genom. Diese Proteine fangen in den Poren der Antenne die Duftstoffe aus der Luft ein und transportieren sie durch eine Flüssigkeit zu den Nervenzellen. Sie bestimmen damit, welche Düfte ein Käfer riechen kann. Interessanterweise fand Dr. Angeli auch drei Duftstoff-Binde-Proteine mit ungewöhnlicher Zusammensetzung. Vermutlich sind sie an der Erkennung von Pheromonen beteiligt. Dabei handelt es um Signalstoffe, mit denen Insekten einander anlocken oder abstoßen. Die Forscher werden jetzt klären, ob und welche Pheromone diese Binde-Proteine tatsächlich transportieren und ob sich das Verhalten der Käfer ändert, wenn diese „ausgeschaltet“ werden.

Das Käfer-Genom wurde am Human Genome Sequencing Center des Baylor College of Medicine in Houston (USA) sequenziert. Die reine Abfolge der Basen in der genomischen Sequenz zeigt jedoch nicht an, wo sich Gene befinden. An ihrer Identifizierung haben Wissenschaftler des Göttinger Instituts für Mikrobiologie und Genetik mitgewirkt. Prof. Dr. Burkhard Morgenstern und Dr. Mario Stanke von der Abteilung Bioinformatik nutzten dazu ihre Software AUGUSTUS. Das internationale Forscherkonsortium hat in den rund 150 Megabasen des Genoms insgesamt 16.404 Gene identifiziert. Tribolium castaneum lebt ursprünglich in vermoderndem Holz in den Tropen, wird aber wegen seiner Vorliebe unter anderem für Getreide mit Nahrungstransporten weltweit verbreitet. Auch in Deutschland taucht er auf, etwa in Wärmedämmungen mit natürlichen Stoffen. Der Käfer ist an Trockenheit angepasst und braucht zum Überleben nur das Wasser, das in Mehl oder Getreide enthalten ist.

Die „Nature“-Beitrag ist bereits in der Online-Ausgabe vom 23. März 2008 abrufbar.

Originalveröffentlichung:
Tribolium Genome Sequencing Consortium: The genome of the model beetle and pest Tribolium castaneum

http://dx.doi.org/10.1038/nature06784

Kontaktadresse:
Juniorprofessor Dr. Gregor Bucher
Georg-August-Universität Göttingen – Biologische Fakultät
Johann-Friedrich-Blumenbach-Institut für Zoologie und Anthropologie
Justus-von-Liebig-Weg 11, 37077 Göttingen
Telefon (0551) 39-5426, Fax (0551) 39-5416
e-mail: gbucher1@uni-goettingen.de