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Internationales “Vertebrate Genomes Project” veröffentlicht 15 neue Genome

13.09.2018

Max-Planck-Gesellschaft unterstützt Projekte für hochqualitative Referenzgenome

Das internationale „Vertebrate Genomes Project“ (VGP) ist offiziell gestartet und veröffentlicht 15 neue Referenzgenome, die alle fünf Klassen von Wirbeltieren repräsentieren - Säugetiere, Vögel, Reptilien, Amphibien und Fische. Diese 15 Genome sind die bisher vollständigsten Genome dieser Spezies.


Spix's Scheibenflügel-Fledermaus (Thyroptera tricolor)

Sébastien Puechmaille

Ziel des VGP ist es, qualitativ hochwertige, nahezu fehlerfreie und vollständige Genome aller 66.000 Wirbeltierarten der Erde zu erstellen. Die Daten dazu werden derzeit hauptsächlich von Teams an drei internationalen Sequenzierungszentren erstellt: der Rockefeller University, USA, dem Wellcome Sanger Institute, Großbritannien, und dem Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) in Dresden. Die Genome einer Fledermaus und eines Fisches wurden in Dresden sequenziert.

Das ehrgeizige Ziel des VGP ist es, grundlegende Fragen der Biologie, des Artenschutzes und von Krankheiten zu beantworten. Dazu gehört die Bestimmung von Arten, die am ehesten vom Aussterben bedroht sind, und die Erhaltung ihrer genetischen Informationen für zukünftige Generationen. Die hochqualitativen VGP-Genome sollen in Zukunft zu den wichtigsten Referenzquellen für diese Spezies werden. In einer öffentlich zugänglichen, digitalen Bibliothek für Genome, der „Genom-Arche“, werden diese dann gespeichert.

Während der aktuellen Phase 1 des Projektes, werden Referenz-Genome ausgewählter Arten erstellt, die alle Wirbeltierordnungen repräsentieren, die sich seit dem letzten Massenaussterben der Dinosaurier vor 66 Millionen Jahren entwickelt haben. Die Untersuchung dieser Arten auf Ebene der Ordnungen hilft den Wissenschaftlern herauszufinden, welche Arten dieses Aussterben überlebt haben. Diese Studien können zudem Erkenntnisse liefern, wie Arten das gegenwärtige Massenaussterben überleben könnten. Das Aufspüren genetischer Variationen kann dazu beitragen, diese Arten vor dem Aussterben zu bewahren.

Zu den 15 neuen Genomen gehören stark gefährdete Arten wie das Schnabeltier und der Kakapo-Papagei. Andere Arten sind der Zebrafink und der Annakolibri, der - wie der Papagei - zu den einzigen drei unter über 40 Vogelordnungen gehört, die Gesang erlernen können. Zwei Fledermausarten, die ebenfalls Laute erlernen können, sind außerdem Teil dieser ersten Genome.

Zur Durchführung des Projekts hat die Dachorganisation Genome10K, aus der das Projekt hervorgegangen ist, über 150 Experten aus Wissenschaft, Industrie und Regierung aus 12 Ländern zusammengebracht, um hochauflösende Sequenzierungsmethoden zu entwickeln, die sowohl Kosten senken als auch die Fehler beseitigen, unter der die aktuellen Referenzgenome leiden. Viele Referenzgenome sind mit Fehlern durchsetzt - Teile von Genen fehlen, einige sind falsch zusammengesetzt, andere Gene fehlen komplett. Folglich arbeiten die Wissenschaftler teilweise mit falschen Gensequenzen und Strukturen, die ihre Forschung behindern. Die neuen VGP-Genome beseitigen die meisten dieser Fehler.

Das MPI-CBG und insbesondere die Bioinformatiker am Zentrum für Systembiologie Dresden (CSBD) sequenzieren in der ersten Phase des Projekts schwerpunktmäßig Fledermäuse und Fische. Die Dresdner Wissenschaftler sind Teil des DRESDEN-concept Genome Center (DCGC) und verfügen über besondere Expertise beim Einsatz verschiedener „long-read“ Sequenzierungstechnologien. Längere Sequenzstücke sind wichtig, da diese die sich wiederholenden Teile im Genom überspannen können und damit eine eindeutige Zuordnung erlauben.

Das Dresdner Sequenzierungszentrum unter der Leitung von Prof. Dr. Eugene Myers hat zwei der 15 jetzt veröffentlichten Arten beigesteuert: die Große Hufeisennase (Rhinolophus ferrumequinum) und den Buntbarsch (Archocentrus centrarchus). In Dresden werden in Zukunft etwa 10 - 20% der VGP-Arten sequenziert. Prof. Dr. Eugene Myers, Direktor am MPI-CBG und Gründer der CSBD, sagt: "Die Fortschritte in der „long-read“ Sequenzierung revolutionieren die DNA-Sequenzierung. Nach einer 10-jährigen Pause hat mich dieser Trend dazu inspiriert, zur Genomsequenzierung zurückzukehren. Ich glaube, dass wir mit dieser Technologie nahezu perfekte Genomrekonstruktionen herstellen können. Das wird die Genomforschung drastisch verändern."

Neben dem VGP sind das MPI-CBG und das CSBD aktiv an weiteren internationalen Sequenzierungsprojekten beteiligt. Das Bat1K-Projekt hat zum Ziel, alle 1.300 Fledermausarten zu sequenzieren, von denen viele ungewöhnlich lange leben oder ein nahezu perfektes Immunsystem haben. Zur Erforschung des Alterns, des Immunsystems und der Lauterlernung werden sechs Fledermausgenome in naher Zukunft veröffentlicht. 25 weitere Arten werden in Zusammenarbeit mit dem Bat1K-Konsortium sequenziert, zu dem auch die Kollaborationspartnerinnen Sonja Vernes vom Max-Planck-Institut für Psycholinguistik in den Niederlanden und Emma Teeling vom University College Dublin, Großbritannien, gehören.

Ein weiteres Projekt ist das Euro-Fish-Projekt, das darauf abzielt, alle 600 Fischarten zu sequenzieren, die in europäischen Süßgewässern schwimmen. Einer unserer wichtigsten Partner dabei ist Prof. Dr. Axel Meyer von der Universität Konstanz. Die Max-Planck-Gesellschaft fördert die Entschlüsselung der ersten Genome in diesen miteinander verbundenen Projekten. Alle Genome werden nach dem hohen Qualitätsstandard der VGP sequenziert und der „Genom-Arche“ Bibliothek zur Verfügung gestellt, wo eines Tages alle 66.000 Wirbeltiere erfasst sein werden.

Die 15 neuen Genome, die vom VGP erstellt wurden:

1. Säugetiere (4 Arten)
• Zwei Fledermausarten, Große Hufeisennase (Rhinolophus ferrumequinum) und Kleine Lanzennase (Phyllostomus discolor), als Modelle für Langlebigkeit und das Erlernen von Lauten
• Kanadischer Luchs (Lynx canadensis), in den Vereinigten Staaten fast ausgestorben, Bestand erholt sich nun.
• Schnabeltier (Ornithorhynchus anatinus), eierlegendes Säugetier mit reptilienartigen Eigenschaften

2. Reptilien (1 Art)
• Neu entdeckte Schildkrötenart aus Mexiko, Goode's Thornscrub Schildkröte (Gopherus evgoodei)

3. Amphibien (1 Art)
• zweizeilige Caecilians (Rhinatrema bivittatum), eine gliederlose Amphibie, die einer Schlange ähnelt.

4. Vögel (3 Arten, 4 Genome)
• Kakapo (Strigops habroptilus)
• Männlicher und weiblicher Zebrafink (Taeniopygia guttata), am häufigsten untersuchter Vogel, der Gesang erlernen kann
• Annakolibri (Calypte anna), gehört zur kleinsten Gruppe der Vögel.

5. Fische (5 Arten)
Diese Arten repräsentieren eine große Vielfalt an Merkmalen und werden zur Erforschung der Evolution und Anpassung von Arten eingesetzt:
• Flier Cichlid (Archocentrus centrarchus), einheimisch in Mittelamerika.
• Astatotilapia (Astatotilapia calliptera), Buntbarsch, einheimisch im Malawisee, Afrika
• Kletterfisch (Anabas testudineus), einheimisch in den Binnengewässern Südostasiens
• Riesen-Stachelaal (Mastacembelus armatus), einheimisch in den Flüssen Südostasiens
• Stumpfschnäuziger Schildbauch (Gouania willdenowi), einheimisch an der nördlichen Mittelmeerküste von Syrien bis Spanien

Über das MPI-CBG
Das Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) ist eines von 84 Instituten der Max-Planck-Gesellschaft, einer unabhängigen gemeinnützigen Organisation in Deutschland. 500 Menschen aus 50 Ländern aus den verschiedensten Disziplinen arbeiten am MPI-CBG und lassen sich von ihrem Forscherdrang antreiben, um die Frage zu klären: Wie organisieren sich Zellen zu Geweben?

Über das CSBD
Das Zentrum für Systembiologie Dresden (CSBD) ist eine Kooperation des Max-Planck-Instituts für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG), des Max-Planck-Instituts für Physik komplexer Systeme (MPI-PKS) und der TU Dresden. Das interdisziplinäre Zentrum vereint Physiker, Informatiker, Mathematiker und Biologen unter seinem Dach. Die Wissenschaftler entwickeln gemeinsam computergestützte und theoretische Methoden, um biologische Systeme besser zu verstehen.

Über das DRESDEN-concept Genome Center (DCGC)
Das DCGC ist ein gemeinsames Sequenzierungszentrum der Technischen UniversitätDresden und des MPI-CBG. Es ist eines von vier DFG-geförderten deutschen Kompetenzzentren für Next Generation Sequenzierung. Das Verbundprojekt ist ein Zusammenschluss von Mitarbeitern der TU Dresden und des MPI-CBG, sowie des CSBD und des Center for Regenerative Therapies Dresden (CRTD). Das Zentrum besteht aus drei Plattformen, die sich auf long-read-Sequenzierungstechnologien, Einzelzell-Sequenzierung und short-read-Sequenzierung konzentrieren.

Über die Rockefeller University
Die Rockefeller University ist die weltweit führende biomedizinische Forschungsuniversität und widmet sich der Durchführung innovativer, qualitativ hochwertiger Forschung zur Verbesserung des Verständnisses des Lebens zum Wohle der Menschheit. Seine 82 Labors forschen in den Bereichen Neurowissenschaften, Immunologie, Biochemie, Genomik und vielen anderen Bereichen. Eine Gemeinschaft von über 1.800 Fakultäten, Studenten, Postdocs, Technikern, Klinischen Forschern und Verwaltungspersonal arbeitet auf einem 14 Hektar großen Campus in Manhattan. Rockefellers einzigartiger Wissenschaftsansatz hat zu einigen der revolutionärsten Beiträge der Welt zur Biologie und Medizin geführt. Während der 117-jährigen Geschichte von Rockefeller haben 25 unserer Wissenschaftler Nobelpreise gewonnen, 23 haben die Albert Lasker Medical Research Awards gewonnen und 20 haben die National Medal of Science erhalten, die höchste Wissenschaftsauszeichnung der Vereinigten Staaten.

Über das Wellcome Sanger Institute
Das Wellcome Sanger Institute ist eines der weltweit führenden Genomzentren. Durch die Fähigkeit, Forschung im großen Maßstab zu betreiben, ist es in der Lage, mutige und langfristige Forschungsprojekte durchzuführen, die darauf abzielen, die medizinische Wissenschaft weltweit zu beeinflussen und zu stärken. Die Forschungsergebnisse des Instituts, die durch eigene Forschungsprogramme und durch seine führende Rolle in internationalen Konsortien gewonnen werden, werden zur Entwicklung neuer Diagnostika und zu Behandlung von Krankheiten genutzt. Um 2018 sein 25-jähriges Bestehen zu feiern, sequenziert das Institut 25 neue Genome von Arten in Großbritannien. Weitere Informationen unter www.sanger.ac.uk oder auf Twitter unter @sangerinstitute.

Über das Vertebrate Genome Laboratory
Das Vertebrate Genome Laboratory (VGL) an der Rockefeller University hat sich auf „ultra-HochMolekulare Weight DNA“ (uHMW DNA) und „long-read“ Sequenzierungstechnologien spezialisiert. Das Hauptziel des VGL ist es, mindestens ein qualitativ hochwertiges Referenz-Genom aller rund 66.000 Wirbeltierarten für das „Vertebrate Genomes Project“ (G10K-VGP) zu erstellen. Das Team besteht aus vier Mitgliedern; einem Direktor, zwei wissenschaftlichen Experten und einem Assistenten, und ist mit vier hochmodernen Sequenzierern und der notwendigen Technik für die Herstellung von uHMW-DNA ausgestattet.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Eugene Myers
+49 (0) 351 210 1900
myers@mpi-cbg.de

Katrin Boes | Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik
Weitere Informationen:
https://www.mpi-cbg.de/de/home/

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