Ursprung der Hautfarbe: die Rolle von Gene für die Pigmentproduktion

(12.06.2013) Die Hautfarbe ist sowohl beim Menschen als auch beim Tier ein individuelles Erkennungsmerkmal. Bei der Fruchtfliege, Drosophila melanogaster, unterscheiden sich Individuen ebenfalls aufgrund ihrer Pigmentierung.

Der Hinterleib mancher Fliegen ist hell gefärbt, andere Fliegen besitzen einen dunkel pigmentierten Körper. Solche Unterschiede zwischen Individuen einer Art haben sich als sehr informativ für die Aufklärung der genetischen Grundlage dieser Merkmale herausgestellt.


Fruchtfliege (Drosophila melanogaster)

Forscher an der Vetmeduni Vienna haben am Beispiel der Hinterleibspigmentierung von Fruchtfliegen eine Methode zur Erforschung genetischer Variationen weiterentwickelt. Mit dieser Methode konnten die Wissenschafter einzelne Gene, aber auch punktuelle Veränderungen auf der DNA, so genannte SNPs, die mit der Pigmentproduktion in Zusammenhang stehen, identifizieren. Die Ergebnisse publizierten die Forscher aktuell in PLOS Genetics.

In früheren Studien konnte bereits gezeigt werden, dass die Pigmentierung des Hinterleibs weiblicher Fruchtfliegen (auch „Schwarzbäuchige Taufliege“ genannt) sehr stark individuell variiert. Drosophila melanogaster ist eines der weltweit am intensivsten beforschten Tiermodelle in der Genetik.

Es wurden bisher neun verschiedene Gene identifiziert, die eine direkte Rolle in der Pigmentproduktion der Fliege einnehmen. Trotzdem ist bisher unklar, ob es Veränderungen in diesen Genen sind, die zu unterschiedlichen Pigmentstärken in Populationen führen, oder ob weitere Gene einen Einfluss auf die Färbung der Fliegenkörper haben.

Vergleich heller und dunkler Fliegen

Die zwei Wissenschafterinnen, Héloïse Bastide und Andrea Betancourt, arbeiten in der Forschungsgruppe von Christian Schlötterer am Institut für Populationsgenetik der Vetmeduni Vienna und haben sich der Fragestellung angenommen.

Sie untersuchten 8.000 weibliche Fruchtfliegen, indem sie die Tiere in fünf Pigmentkategorien - von nicht pigmentiert über schwach bis sehr stark pigmentiert - einteilten. Die Forscher mischten die 100 hellsten Fliegen und sequenzierten das gesamte genetische Material.

Dasselbe taten sie mit der Gesamtheit der 100 dunkelsten Fliegen. Eine Abgleich der DNA Sequenzen brachte 17 Unterschiede im Genom der Fliegen ans Tageslicht.

Bei diesen Unterschieden handelt es sich um so genannte SNPs (single nucleotide polymorphisms). SNPs sind im Genom verteilte Unterschiede  einzelner Basenpaare. Diese Unterschiede werden von Generation zu Generation weiter vererbt und tragen zur Vielfalt innerhalb einer Population bei.

Die Regulation der Gene ist wichtig

Alle identifizierten SNPs befinden sich in der Nähe der bereits für ihre Rolle in der Pigmentproduktion bekannten Gene.

Die meisten SNPs wurden allerdings in so genannten nicht-kodierenden Regionen im Genom, also in Bereichen der DNA, die keine Information für die Herstellung von Proteinen enthalten.

Allerdings fanden sich in diesem Fall die SNPs in der Nähe einiger Sequenzen, die für die Regulation von „Pigment-Genen“ verantwortlich sind.

Vereinfacht ausgedrückt: Die Pigmentierung der Fliegen wird nicht nur von den Pigment produzierenden Genen gesteuert, sondern resultiert aus den genetischen Veränderungen benachbarter regulatorischer Bereiche auf der DNA. Bastide und Betancourt erklären: „Wir konnten mit unserer Arbeit sehr viel über Kontrollmechanismen der Pigmentproduktion lernen.

Einige unserer Erkenntnisse können möglicherweise auf andere Tierarten umgelegt werden. Unsere neue Methode is so kostengünstig und exakt, dass sie auch für viele Tier- und Pflanzenarten angewendet werden kann, die bisher nicht untersucht werden konnten. “

Der Artikel “A Genome-Wide, Fine-Scale Map of Natural Pigmentation Variation in Drosophila melanogaster” von Héloïse Bastide, Andrea Betancourt, Viola Nolte, Raymond Tobler, Petra Stöbe, Andreas Futschik und Christian Schlötterer wurde im Journal PLOS Genetics veröffentlicht und ist unter folgendem link abrufbar: http://www.plosgenetics.org/doi/pgen.1003534


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