Genaustausch über Artgrenzen hinweg

Im Wissenschaftsjournal „Genome Biology and Evolution“ berichten die Konstanzer Biologen von einer Übertragung des Genelements Tc1 über einen parasitären Kontakt zwischen Neunaugen und von ihnen befallenen Süßwasserfischen.

Die Beobachtung ist in der Biologie bislang einzigartig: „Mir ist kein anderer Fall bekannt, in dem horizontaler Gentransfer zwischen Wirbeltieren eintritt und ein anderes Wirbeltier der Vektor ist“, berichtet Axel Meyer. Die Konstanzer Studie legt eine Neubewertung der Rolle von horizontalem Gentransfer in der Evolution von Wirbeltieren nahe.

Die Arbeitsgruppe von Axel Meyer ist Teil eines internationalen Forschungsnetzwerks, das das gesamte Genom der Meeresneunaugen (Petromyzon marinus) bestimmt und analysiert hat. Dabei fielen Huan Qiu und Shigehiro Kuraku aus der Konstanzer Arbeitsgruppe eine auffällige Häufigkeit des Tc1-Genelements im Neunaugengenom auf – es wurden über 6.600 Kopien gefunden. „Diese bestimmte Form von Tc1 ist nur in den Genomen von wenigen Tierarten zu finden, und zwar ausschließlich in Neunaugen und in Süßwasserfischen der nördlichen Erdhalbkugel, die regelmäßig Opfer von Neunaugen werden“, schildert Axel Meyer. Neunaugen sind aalähnliche Wirbeltiere und Exoten der Evolutionsbiologie: Vor über 500 Millionen Jahren teilten sie sich zuletzt einen gemeinsamen Vorfahren mit anderen Wirbeltieren.

Die parasitär lebenden Neunaugen saugen sich mit ihrem Rundmaul an Fischen fest und ernähren sich von Blut und Körpersäften ihrer Wirtstiere. Über diesen parasitären Kontakt wird die Übertragung des Tc1-Genelements stattgefunden haben, vermutet Axel Meyer: „Die evolutionär mosaikhafte Verbreitung dieser Gruppe von Tc1-Elementen und die Analyse ihres Alters legen nahe, dass sich diese DNA-Elemente mehrfach zwischen parasitischen Neunaugen und deren Wirtsfischen horizontal verbreitet haben“, erklärt der Evolutionsbiologe. Die Tc1-Elemente scheinen sogar noch nicht einmal ihren Ursprung im Neunauge genommen zu haben: Die Untersuchungen der Konstanzer Biologen legen nahe, dass dieses Genmaterial aus evolutionär weitaus jüngeren Fischarten stammen muss. Demzufolge nahmen die parasitären Neunaugen in diesem beispiellosen Fall von horizontalem Gentransfer eher nur die Rolle des Überträgers ein.

Mit ihren Beobachtungen und Rückschlüssen haben die Konstanzer Biologen erstmalig einen plausiblen Mechanismus für horizontalen Gentransfer zwischen Wirbeltieren gefunden. Nach bisheriger Lehrmeinung spielte horizontaler Gentransfer hauptsächlich nur bei Bakterien und in der Frühphase der Evolution eine Rolle.

Die Auswirkungen des Tc1-Elements auf die Genome der betroffenen Tierarten sind noch nicht bekannt. „Es muss nichts Negatives sein“, beruhigt Axel Meyer: „Es sind Fälle bekannt, in denen solche Transposons – ‚springenden Gene‘ – die Funktion eines benachbarten Gens verändert haben. Dies kann sogar positive evolutionäre Effekte haben“, erklärt der Evolutionsbiologe.

Originalveröffentlichung:
Shigehiro Kuraku, Huan Qiu, Axel Meyer „Horizontal transfers of Tc1 elements between teleost fishes and their vertebrate parasites, lampreys“. Genome Biology and Evolution August 9, 2012 doi:10.1093/gbe/evs069

Kontakt:
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E-Mail: kum@uni-konstanz.de

Prof. Axel Meyer, PhD
Universität Konstanz
Professur für Zoologie/Evolutionsbiologie
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78464 Konstanz
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