Überraschende neue Rolle von kleinen RNAs in der Evolution

(19.04.2013) Einen gänzlich neuen genetischen Mechanismus, wie Evolution das Aussehen von Organismen verändert, hat ein internationales Forschungsteam unter der Mitwirkung von  Christian Schlötterer und Alistair McGregor von der Vetmeduni Vienna entdeckt.

Je nachdem, wie stark bei Fruchtfliegen eine bestimmte sogenannte microRNA aktiv ist, ändert sich die Behaarung an den Beinen der Fliegen. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift „Current Biology“ veröffentlicht und werfen ein völlig neues Licht auf die molekularen Mechanismen der Evolution.


Ein Bein des mittleren Beinpaares von Drosophila aus dem Elektronenmikroskop: Rechts ist die "naked valley" genannte haarlose Stelle zu sehen

Dass so genannte Transkriptionsfaktoren das Ablesen von Information von der DNA direkt steuern, ist schon lange bekannt. Bisher vermuteten Forschende, dass  Veränderungen an direkt für Proteine kodierenden Genen den Hauptteil der Mechanismen bilden, die evolutionäre Anpassung steuern.

Völlig neu ist jedoch, dass kleine Ribonukleinsäuremoleküle, sogenannte microRNAs, eine wichtige Rolle in der Evolution von Körpermerkmalen bei Tieren spielen könnten.

Christian Schlötterer und Alistair McGregor vom Institut für Populationsgenetik der Veterinärmedizinischen Universität Wien (Vetmeduni Vienna) haben jetzt in einem internationalen Forschungsteam eine Studie veröffentlicht, in der sie einen solchen, bisher unbekannten Mechanismus vorstellen.

Kleine und große Glatzen

Insekten tragen viele mikroskopisch kleine Härchen auf ihrem Körper. Das gilt auch für die Beine der vielen Arten der Fruchtfliegengattung Drosophila, die eng miteinander verwandt sind. Am zweiten Beinpaar haben diese Tiere jedoch eine kahle Stelle, das sogenannte Naked Valley.

Frühe Arbeiten zeigten, dass die Größe dieser Glatze durch das Gen Ubx (für „Ultrabithorax“) reguliert wird und sich zwischen Arten unterscheidet. Die Arbeiten an der Vetmeduni Vienna ergaben jedoch, dass Individuen aus unterschiedlichen Drosophila melanogaster-Populationen ähnlich große Unterschiede aufweisen.

Auf der Suche nach der genetischen Grundlage dieser Variation an der kahlen Stelle fanden die Forschenden. einen Abschnitt in der Fruchtfliegen-DNA mit vier Genen, der sich als heißer Kandidat erwies.

Experimenteller Haarausfall

Aus dreien dieser Gene entstehen Proteine, die bekanntermaßen keine Rolle in der Entwicklung der Härchen spielen. Das vierte Gen mit dem Namen miR-92a codiert für eine microRNA.

Frühere Experimente ergaben, dass eine gesteigerte Aktivität dieses Gens mit einem Verlust von Härchen auf den Flügeln der Tiere einhergeht.

Und tatsächlich konnten die Forschenden mit einer künstlichen Überexpression von miR-92a in den Beinen der Fruchtfliegen das Ausfallen der Härchen dort herbeiführen.

Christian Schlötterer kommentiert die Ergebnisse: „Mit unserer Studie zeigen wir zum ersten Mal im Experiment, dass natürliche Variation in der Expression von microRNA zu einer Veränderung im Erscheinungsbild eines Organismus führt.

MicroRNAs modulieren auf einer feinen Skala, wie stark Gene exprimiert werden. Deshalb stellt die Änderung der Produktion von microRNA einen einleuchtenden evolutionären Mechanismus dar, morphologische Veränderungen hervorzurufen.“

Der Artikel „Evolution of mir-92a Underlies Natural Morphological Variation in Drosophila melanogaster” der AutorenSaad Arif, Sophie Murat, Isabel Almudi, Maria D.S. Nunes, Diane Bortolamiol-Becet, Naomi S. McGregor, James M.S. Currie, Harri Hughes, Matthew Ronshaugen, Élio Sucena, Eric C. Lai, Christian Schlötterer and Alistair P. McGregor ist in der Zeitschrift “Current Biology” erschienen (23(6), pp.523-528).

Zusammenfassung des wissenschaftlichen Artikels online (Volltext gegen Entgelt oder Subskription):
http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2013.02.018

In der gleichen Ausgabe der Zeitschrift „Current Biology“ (23(6), pp. R247-R249) ist unter dem Titel „Evolutionary Genetics: Big Effect of a Small RNA“ ein Kommentar von Artyom Kopp (Department of Ecology and Evolution, University of California Davis, USA) zum oben genannten Artikel erschienen.

Zusammenfassung des Kommentars online (Volltext gegen Entgelt oder Subskription):
http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2013.02.029



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