Genetische Salamitaktik: Schrittweise DNA-Änderungen bewirken auch schrittweise Änderungen im Aussehen

(02.07.2011) Die Erde ist von Organismen vieler verschiedener Formen und Größen bevölkert. Doch wie entsteht eine solche Vielfalt? Ein Team um David Stern von der Princeton University (USA) untersucht Veränderungen in der Morphologie von Fruchtfliegen.

Sie konnten jetzt zeigen, wie ein bestimmter so genannter Gen-Enhancer durch schrittweise Veränderungen seiner DNA-Sequenz auch seine Funktion in kleinen Schritten ändern kann und so für unterschiedlich gestaltete Körpermerkmale verantwortlich ist.

Alistair McGregor von der Vetmeduni Vienna hat an der Studie mitgearbeitet, sie wurde soeben in der Wissenschaftszeitschrift Nature veröffentlicht.

Die Transkription von Genen wird genau reguliert. Eine verwirrende Anzahl von DNA-Sequenzen arbeitet dafür mit einer riesigen Anzahl von Proteinen und anderen Faktoren zusammen.

Sie alle bestimmen, welche Gene wann und wo aktiv sind. All diese Mechanismen zu verstehen beschäftigte eine Unzahl an Molekularbiologen während der vergangenen Jahrzehnte. Heute machen Forschende entscheidende Fortschritte dabei, diese Mechanismen zu durchschauen.

Dennoch haben sie erst begonnen, auch die Mechanismen der Evolution wirklich zu verstehen. Neueste Erkenntnisse dazu berichtet nun eine Forschungsgruppe um David Stern von der Princeton University (USA), in Zusammenarbeit mit Alistair McGregor von der Vetmeduni Vienna und mit Francois Payre von der Université de Toulouse.

Rasierte Babys

Sterns Team untersucht die Evolution der Körpermerkmale von Fruchtfliegen. Die Larven zweier eng miteinander verwandten Arten, die eine die weltweit verbreitete Drosophila melanogaster, die andere die Art Drosophila sechellia, die nur auf den Seychellen vorkommt, unterscheiden sich im Muster ihrer Körperbehaarung.

Diese Unterschiede sind durch unterschiedliche Expression des bei beiden Arten vorkommenden, so genannten „shaven baby“-Gens (svb) bedingt. svb ist bei der Seychellen-Art bei einigen Zellen nicht aktiv, deshalb haben ihre Larven haarlose Längsstreifen oben und auf der Seite ihrer Körper.

Gensteuerung erzeugt Unterschiede

In früheren Arbeiten fand Sterns Team heraus, dass die Unterschiede zwischen den behaarten und den teils nackten Drosophila-Larven durch Unterschiede in der DNA-Sequenz der Regulatorregion des svb-Gens verursacht werden.

McGregor konnte in dieser Arbeit zeigen, dass bestimmte Bereiche des so genannten Enhancers E, das ist ein Stück Regulator, der Zeitpunkt und Intensität der Aktivität von svb auf der Körperoberseite und auf den Flanken steuert, für die Expression des svb-Gens dort verantwortlich ist.

Der Teil dieses Enhancers, der das svb-Gen aktiviert, genannt E6, unterscheidet sich bei Drosophila sechellia verglichen mit anderen Fruchtfliegenarten nur geringfügig. Zwei Post-Docs in Sterns Gruppe, Nicholás Frankel und Deniz F. Erezyilmaz, haben jetzt die Auswirkungen jeder dieser Änderungen systematisch untersucht.

Der Evolution zuschauen

Diese neuen Ergebnisse sind eine eindrucksvolle Demonstration der Evolution bei der Arbeit. Die Forschenden fanden mindestens fünf Veränderungen in der DNA-Sequenz des Enhancers E, die sich auch in einer geänderten Funktionsweise und damit in der Form der Larvenbehaarung ausdrückten.

Interessanterweise hat jede dieser Veränderungen für sich genommen keine allzu große Wirkung auf die Larven. Allerdings ist der gemeinsame Effekt aller Veränderungen zusammen viel größer als die Summer der einzelnen Veränderungen. Anders ausgedrückt: Die Auswirkung einer neuen Veränderung der Enhancer-DNA hängt davon ab, welche Veränderungen davor schon aktiv waren.

Alistair McGregor dazu: „Die Experimente aus unserem Nature-Artikel zeigen erstmals, wie sich einzelne Veränderungen in der Nukleotidsequenz eines Enhancers auf die morphologische Evolution auswirken.“ Damit ist eine mögliche  Erklärung dafür gefunden, wie sich einzelne Mutationen, jede mit nur kleinen Wirkungen, als Resultat einer Abfolge von Einwirkungen auf Populationen fixiert werden und damit am Ende zur Evolution unterschiedlicher Körpermerkmale führen.

Alistair McGregor hat erst kürzlich die Vetmeduni Vienna verlassen und arbeitet heute an der Oxford Brookes University (UK) weiter an der Erforschung der Evolution.

Der Artikel “Morphological evolution caused by many subtle-effect substitutions in regulatory DNA” der Autoren Nicolás Frankel, Deniz F. Erezyilmaz, Alistair P. McGregor, Shu Wang, François Payre und David L. Stern ist in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrft Nature (Vol. 474, pp. 598–603) erschienen.



Artikel kommentieren

Weitere Meldungen

Wachtelzucht mit fremden Arten zur Wildpopulation-Aufstockung im Mittelmeerraum mag zwar ökonomischer sein, birgt aber das Risiko einer genetischen Durchmischung und des Verlusts typischer Merkmale; Bildquelle: Gianni Pola

Wild-Wachtelzucht (noch) frei von japanischen „Gen-Importen“ und ebenso erfolgreich

Wachteln werden im Mittelmeerraum als Delikatesse gerne gejagt und die Wildtierpopulation über Zuchtfarmen entsprechend aufgestockt.
Weiterlesen

Derrick Edward Award Preisträgerin 2018: Mykoplasmenexpertin Rohini Chopra-Dewasthaly vom Institut für Mikrobiologie; Bildquelle: Georg Mair/Vetmeduni Vienna

Mykoplasmenexpertin Rohini Chopra-Dewasthaly mit renommiertem Derrick Edward Award geehrt

Die International Organization for Mycoplasmology (IOM) zeichnete am 9. Juli 2018 Rohini Chopra-Dewasthaly vom Institut für Mikrobiologie der Vetmeduni Vienna mit dem renommierten Derrick Edward Awards aus
Weiterlesen

Veterinärmedizinische Universität Wien

11. Europäischer Veterinärvirologen-Kongress

Vom 27. bis 30. August 2018 findet an der Veterinärmedizinischen Universität Wien der 11. Europäische Veterinärvirologen-Kongress statt
Weiterlesen

Schweine können sich anhand von bestimmten Merkmalen, wie Nase oder Mund, unser Gesicht einprägen.; Bildquelle: Messerli Forschungsinstitut/Vetmeduni Vienna

Schweine bilden ein visuelles Konzept menschlicher Gesichter

Entgegen bisheriger Tests scheinen Schweine doch über eine bessere visuelle Wahrnehmung zu verfügen als angenommen
Weiterlesen

Tierheim-Tagung: Tierschutz auf wissenschaftlicher Grundlage

Tierheim-Tagung: Tierschutz auf wissenschaftlicher Grundlage

Das Institut für Tierhaltung und Tierschutz der Vetmeduni Vienna lädt am 20. Oktober 2018 zur Tierheim-Tagung ein
Weiterlesen

Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Tod und Trauer ums Tier: Erzählen Sie Ihre Geschichte!

TiHo-Studie beleuchtet Erfahrungen und den Umgang mit dem Tod von Haustieren. Teilnahme möglich!
Weiterlesen

Marinomed

Marinomed erhält EU-weite Zertifizierung für Medizinprodukt

Die Wiener Marinomed Biotech AG (Marinomed) gab die europaweite Zertifizierung eines neuen Produkts bekannt. Erteilt wurde die Zertifizierung für ein Nasenspray, das entzündete Schleimhäute abschwellen lässt und gleichzeitig gegen virale Erkrankungen der Atemwege wirkt
Weiterlesen

Physiotherapie am Pferd; Bildquelle: Vetmeduni Vienna

8. Pferde-Symposium der Vetmeduni Vienna

Akupunktur, Chiropraktik, Lymphdrainage und Physiotherapie für mein Pferd – sinnvolle Ergänzungen zur Schulmedizin - am 13. Oktober 2018
Weiterlesen


Wissenschaft


Universitäten


Neuerscheinungen