Göttinger Biologen entdecken Genomverdopplung in Spinnen und Skorpionen

(01.08.2017) Um die Vielfalt in der Natur und deren evolutive Mechanismen zu verstehen, setzen Evolutionsbiologen auf die vergleichende Analyse von Genomen.

Der Begriff „Genom“ bezeichnet das gesamte Erbgut, das in jeder einzelnen Körperzelle hinterlegt ist und die Information für die arttypische Ausbildung von Merkmalen enthält.

Georg-August-Universität Göttingen Beispielsweise ist im Genom einer Fruchtfliege hinterlegt, dass diese Flügel ausbildet, während im Genom einer Spinne die Information zur Entwicklung von Spinn- und Giftdrüsen enthalten ist.

Bisher wurde lediglich bei Wirbeltieren eine Verdopplung des Erbguts festgestellt. Wie ein internationales Forscherteam unter Beteiligung der Universität Göttingen nun erstmals herausgefunden hat, haben die Genome von Spinnen und Skorpionen ebenfalls eine Genomduplikation durchlaufen. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift BMC Biology erschienen.

Tatsächlich besitzen Menschen zwei Kopien von zahlreichen Genen, während Fische oft sogar vier Kopien aufweisen. Die Evolutionsbiologen vermuten, dass solche Verdopplungen des Erbguts auf einen Schlag reichhaltiges genetisches Material für Neuentwicklungen zur Verfügung stellen.

Sie sprechen dabei von einem „Spielplatz für die Evolution“. Ein Wissenschaftlerteam unter der Leitung der Oxford Brookes University, des Baylor College of Medicine/Human Genome Sequencing Center und der Universität Göttingen hat die Genome einer Spinne und eines Skorpions entschlüsselt und mit denen anderer Tiere verglichen.

„Wir haben jetzt endlich eine Tiergruppe identifiziert, in denen Genomverdopplungen unabhängig von denen der Wirbeltiere entstanden sind“, sagt Prof. Alistair McGregor von der Oxford Brookes University.

„Somit können wir erstmals den Einfluss dieses faszinierenden biologischen Phänomens auf die Entstehung von Innovationen vergleichend untersuchen.“

„Wir konnten am Beispiel von Faktoren, die an der Embryonalentwicklung aller bisher untersuchten Tiere beteiligt sind, eindrucksvoll zeigen, wie die Verdopplung des genetischen Materials im Verlauf der Evolution schrittweise zur Ausprägung neuer Funktionen beitragen kann“, so Dr. Nico Posnien von der Universität Göttingen.

Das Team hat damit die Basis für zukünftige Projekte gelegt: „Jetzt können wir zum Beispiel verstehen, wie Spinnen faszinierende Strukturen und neuartige Organe, wie zum Beispiel Spinndrüsen zur Herstellung von Spinnenseide, ausbilden konnten“, so Dr. Nikola-Michael Prpic-Schäper von der Universität Göttingen.

Publikation

Evelyn E. Schwager et al. The house spider genome reveals an ancient whole-genome duplication during arachnid evolution. BMC Biology. https://bmcbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12915-017-0399-x



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