Invasion der genetischen Egoisten - Transposon erobert neuen Fliegenstamm

(11.05.2015) Transposons sind sogenannte „springende Gene“. Sie können von einer Position im Genom an eine andere „springen“. Warum es Transposons überhaupt gibt, wird kontrovers diskutiert.

Forschende der Vetmeduni Vienna fanden nun heraus, dass eines der wichtigsten Transposons, das P-Element, erst kürzlich in die Fliege Drosophila simulans eingewandert ist.

In der nahe verwandten Art Drosophila melanogaster gibt es das P-Element bereits seit den 1950er-Jahren. Die Entdeckung ermöglicht nun, die Verbreitungsmechanismen der Transposons genau zu erforschen. Die Resultate wurden im Fachmagazin PNAS veröffentlicht.


Dasselbe Transposon, das seit mehr als 60 Jahren in D. melanogaster vorhanden ist, fanden Forschende nun auch in D. simulans

Transposons sind DNA-Abschnitte, die sich mit Hilfe des Enzyms Transposase aus dem Genom herausschneiden oder kopieren und an anderer Stelle wieder einbauen können.

Mit dieser Fähigkeit können sie ihrem Wirt schaden, in dem sie funktionsfähige Gene zerstören, aber auch Vorteile bringen. Evolutionsbiologisch betrachtet, bringen Transposons Abwechslung ins Genom und somit Möglichkeiten für Anpassung.

DNA mit Eigennutz

Transposons werden auch als eigennützige DNA-Parasiten bezeichnet, weil sie sich über ihre Wirte, wie etwa Menschen, Tiere, Pflanzen, aber auch Bakterien, verbreiten und so für ihr eigenes Vorankommen sorgen.

Robert Kofler vom Institut für Populationsgenetik an der Vetmeduni Vienna analysierte Fliegen aus aller Welt. Er stieß dabei auf ein Phänomen, das bisher als extrem selten galt. Kofler wies in der Fliegenart Drosophila simulans ein Transposon nach, das sogenannte P-Element. Bis vor wenigen Jahren gab es das P-Element in D. simulans noch nicht.

„Das Transposon verbreitete sich innerhalb der vergangenen fünf Jahre rapide in D.simulans und ist höchstwahrscheinlich über horizontalen Gentransfer in die Fliegenart  gelangt. Zu welchem Zeitpunkt der Transfer stattgefunden hat, können wir nicht genau sagen.“, erklärt der Erstautor Kofler.

Der DNA-Abschnitt wurde also nicht vererbt sondern direkt von einem Organismus auf einen anderen übertragen. „In Drosophila melanogaster ist das vor mehr als 60 Jahren geschehen.

In 100 Jahren ist das P-Element also zweimal neu in einer anderen Art aufgetaucht. Das lässt vermuten, dass sich die Verbreitung der Transposons über die Artgrenzen hinweg schneller vollzieht, als bisher gedacht.“

Ein Transposon erobert die Welt

Obwohl die Forschenden das P-Element sowohl in südafrikanischen als auch in US-amerikanischen D. simulans-Fliegen fanden, gehen sie von einem einzigen Übertragungsereignis aus. Die südafrikanischen Fliegen wiesen im Schnitt deutlich mehr P-Elemente im Genom auf als die aus Florida stammenden.

"Dies deutet darauf hin, dass sich die 2010 in Florida gesammelten Fliegen in einer frühen Phase nach dem Übertragungsevent befanden. Die Proben aus Südafrika stammen aus dem Jahr 2012. Das P-Element hat sich innerhalb dieser zwei Jahre deutlich vervielfacht“, so Kofler.

Kreativer Faktor im Genom

Institutsleiter Christian Schlötterer und sein Team betreiben in ihrem Labor Evolution in Höchstgeschwindigkeit. Sie setzen Fruchtfliegen extremen Bedingungen aus wie etwa starker Hitze, Kälte oder UV-Strahlung und sequenzieren vor und nach der Reizeinwirkung die Genome der Fliegen.

Dieser Evolve&Resequence-Ansatz erlaubt es, Gene herauszufiltern, die sich verändert haben. Unter diesen Bedingungen wollen die Forschenden nun untersuchen, wie sich das P-Element über viele Generationen hinweg verhält.

„Die Entdeckung des P-Elements in Drosophila simulans bietet uns die einzigartige Möglichkeit zu untersuchen, wie und wovon Transposons eigentlich reguliert werden und wie sie überleben. Wir können die Evolution im Labor beschleunigen und so diese und andere Fragen beantworten“, erklärt Institutsleiter Christian Schlötterer.



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