Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Evolutionäre Neuentwicklungen können auch in „neutraler“ DNA entstehen

02.11.2011
Heidelberger Wissenschaftler zeigen, dass Evolution neue Funktionen „aus dem Nichts“ erzeugt

Der größte Teil des menschlichen Erbgutes besteht aus DNA ohne offensichtliche Funktion, der sogenannten „neutralen“ oder „Junk-DNA“. Die Wissenschaftler Dr. Laurence Ettwiller und Michael Eichenlaub vom Centre for Organismal Studies der Universität Heidelberg konnten nun diese „Dunkle Materie“ des Erbgutes als Quelle für evolutionäre Neuentwicklungen identifizieren.


Mit Hilfe des grün fluoreszierenden Proteins (GFP) wurden diejenigen Strukturen im Medaka-Fisch sichtbar gemacht, in denen die identifizierten „de novo“-Enhancer aktiv sind.
Abbildung: Ettwiller / Eichenlaub


Japanischer Süßwasserfisch Medaka
Abbildung: Ettwiller / Eichenlaub

Ihre Studie zeigt, dass schon wenige Veränderungen in funktionell inaktiver „Junk-DNA“ ausreichen, um wichtige Steuerelemente der Genregulation, die Enhancer, neu entstehen zu lassen. Die Forschungsergebnisse werden am 1. November 2011 in „PLoS Biology“ veröffentlicht.

Genetische Unterschiede zwischen Menschen werden weniger von Differenzen in den 1,5 Prozent des Erbguts bestimmt, die für Genprodukte kodieren. Vielmehr gehen Experten heute davon aus, dass zur Vielfalt innerhalb der Spezies Homo sapiens vor allem Veränderungen in denjenigen Abschnitten der DNA beitragen, die die Genregulation, das heißt die Bildung von Genprodukten wie Proteinen, beeinflussen. Ein wesentliches Steuerelement der Genregulation sind „Verstärker“, die Enhancer. Veränderungen in Enhancern sind einerseits Ursache zahlreicher Krankheiten und Fehlbildungen. Andererseits bergen sie das Innovationspotential für evolutionäre Neuentwicklungen.

Michael Eichenlaub und Laurence Ettwiller haben nun gezeigt, dass solche Innovationen durch die „de novo“-Bildung von neuen Enhancern entstehen können. Sie konnten belegen, dass nur geringe Veränderungen in der DNA-Sequenz ausreichen, um neue regulatorische Elemente aus nicht-regulatorischer „Junk-DNA“ entstehen zu lassen. Diese Beobachtung steht im Kontrast zur allgemeinen Annahme unter Evolutionsforschern, dass evolutionäre Neuentwicklung überwiegend auf der Modifikation prä-existenter funktioneller Elemente des Genoms basiert. Diese Sichtweise hat dazu beigetragen, dass Forscher ihr Augenmerk bisher fast ausschließlich auf Veränderungen funktionell aktiver Genomelemente gerichtet haben. Veränderungen innerhalb „neutraler“ oder „Junk-DNA“ – den etwa 97 Prozent der Erbinformation, die auch als die „Dunkle Materie“ des Genoms bezeichnet werden – wurden dagegen vernachlässigt. „Unsere Arbeit wirft ein Licht auf diese vernachlässigten Abschnitte des Genoms, die ein Spielfeld zur Herstellung neuer Enhancer sein dürften“, sagt Studienleiterin Laurence Ettwiller.

Die Heidelberger Wissenschaftler verwendeten für den Beweis dieser neuen Enhancer einen experimentellen Ansatz in dem japanischen Süßwasserfisch Medaka. Sie testeten verwandte Sequenzen von verschiedenen Spezies auf Enhancer-Aktivität und konnten in mehreren Fällen die Existenz neu entstandener Enhancer aus nicht-funktioneller „Junk-DNA“ zeigen. Auch wenn die Studie in Fischen durchgeführt wurde, ist davon auszugehen, dass beim Menschen identische Mechanismen zur evolutionären Neuentwicklung existieren, wie Laurence Ettwiller erläutert.

„Die Studie beweist, dass die winzigen Veränderungen im Erbgut, die sich von Generation zu Generation ansammeln, ausreichen, um neue Funktionen ,aus dem Nichts‘ entstehen zu lassen“, erläutert Michael Eichenlaub. „Unsere Methode könnte dabei helfen, Veränderungen zu verstehen, die zur Entwicklung unserer Spezies geführt haben“, so Dr. Ettwiller, „und die funktionelle Bedeutung der 1,23 Prozent der Erbinformation zu entschlüsseln, in denen sich das menschliche Genom von dem des Schimpansen unterscheidet.“

Weitere Informationen können im Internet unter http://www.cos.uni-heidelberg.de/forschung/ettwiller/index.html abgerufen werden.

Originalpublikation:
Eichenlaub MP, Ettwiller L: De Novo Genesis of Enhancers in Vertebrates. PLoS Biol 9(11): e1001188, doi:10.1371/journal.pbio.1001188
Kontakt:
Dr. Laurence Ettwiller
Centre for Organismal Studies
Telefon (06221) 54-6495
laurence.ettwiller@cos.uni-heidelberg.de
Kommunikation und Marketing
Pressestelle, Telefon (06221) 54-2311
presse@rektorat.uni-heidelberg.de

Marietta Fuhrmann-Koch | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-heidelberg.de
http://www.cos.uni-heidelberg.de/forschung/ettwiller/index.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forschende entschlüsseln das Alter feiner Baumwurzeln
17.08.2018 | Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL

nachricht Erster Transkript-Atlas sämtlicher Weizengene erweitert die Perspektiven für Forschung und Züchtung
17.08.2018 | Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung

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: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Im Focus: Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie

Computersimulationen zeigen neues Verhalten von Antiskyrmionen bei zunehmenden elektrischen Strömen

Skyrmionen sind magnetische Nanopartikel, die als vielversprechende Kandidaten für neue Technologien zur Datenspeicherung und Informationsverarbeitung gelten....

Im Focus: Unraveling the nature of 'whistlers' from space in the lab

A new study sheds light on how ultralow frequency radio waves and plasmas interact

Scientists at the University of California, Los Angeles present new research on a curious cosmic phenomenon known as "whistlers" -- very low frequency packets...

Im Focus: Neue interaktive Software: Maschinelles Lernen macht Autodesigns aerodynamischer

Neue Software verwendet erstmals maschinelles Lernen um Strömungsfelder um interaktiv designbare 3D-Objekte zu berechnen. Methode wird auf der renommierten SIGGRAPH-Konferenz vorgestellt

Wollen Ingenieure oder Designer die aerodynamischen Eigenschaften eines neu gestalteten Autos, eines Flugzeugs oder anderer Objekte testen, lassen sie den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2018

16.08.2018 | Veranstaltungen

Das Architekturmodell in Zeiten der Digitalen Transformation

14.08.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Schatzkammer Datenbank: Digitalisierte Schwingfestigkeitskennwerte sparen Entwicklungszeit

16.08.2018 | Informationstechnologie

Interaktive Software erleichtert Design komplexer Gussformen

16.08.2018 | Informationstechnologie

Fraunhofer HHI entwickelt Quantenkommunikation für jedermann im EU-Projekt UNIQORN

16.08.2018 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics