Nachrichten | Entschlüsselung des „egoistischen Gens“: Wissenschaftler verfolgen seine Evolution und ihre Kosten mithilfe der Genomik
Egoistische Gene manipulieren die Regeln der Vererbung, ohne Rücksicht auf das Schicksal ihres Wirts. Mithilfe der Populationsgenomik haben Biologen der University of Rochester erstmals aufgezeigt, wie sich ein egoistisches genetisches Element namens Segregation Distorter (SD) entwickelt hat und wie es die Struktur des Genoms im Laufe der Zeit beeinflusst hat.
Die Studie wurde von Amanda Larracuente, außerordentlicher Professorin für Biologie, und Daven Presgraves, Professor und Leiter des Fachbereichs Biologie, geleitet und in eLife veröffentlicht. Sie stellten fest, dass SD nicht nur die Organisation der Chromosomen verändert, sondern auch die genetische Vielfalt erheblich verringert.
Erste Gesamtgenomsequenzierung eines egoistischen Gens bei Fruchtfliegen
Das Forschungsteam wählte Fruchtfliegen als Modellorganismus. Diese kleinen Insekten teilen ungefähr 70% der krankheitsbezogenen Gene mit dem Menschen und haben kurze Fortpflanzungszyklen, sodass schnell mehrere Generationen entstehen können.
Die Forschenden stellten fest, dass etwa 50% der Nachkommen weiblicher Fruchtfliegen das SD-Chromosom erben, wenn die Weibchen dieses Chromosom tragen – im Einklang mit der Mendelschen Vererbung. Bei Männchen ist der Unterschied deutlich: Sie geben das SD-Chromosom an nahezu 100% ihrer Nachkommen weiter, weil SD Spermien „abtötet“, die es nicht tragen, und so die Weitergabe faktisch monopolisiert.
Wie gelingt SD das? Forschungen zeigen, dass es sich zu einem Supergen entwickelt hat – einer Chromosomenregion, in der mehrere egoistische Gene eng miteinander verbunden sind und gemeinsam vererbt werden. Diese Struktur ermöglicht es den Genen, als Gruppe zu wirken, und erhöht ihre Wahrscheinlichkeit der Weitergabe erheblich.
„Dies ist die erste Gesamtgenomsequenzierung eines SD-Chromosoms, die es uns erstmals ermöglicht, die Geschichte dieses Supergens und seine weitreichenden Auswirkungen auf das Genom aufzuzeigen“, sagte Professor Presgraves.
Der kurzfristige Vorteil eines Supergens kann langfristig zum Zusammenbruch führen
Obwohl das Supergen mit einer nahezu perfekten Weitergabe einen klaren kurzfristigen Vorteil besitzt, stellten die Forschenden fest, dass dieser Vorteil den Verzicht auf genetische Rekombination kostet.
Bei der normalen geschlechtlichen Fortpflanzung rekombinieren die Chromosomen beider Eltern und tauschen genetisches Material aus, wodurch einzigartige Nachkommen entstehen. Die Rekombination erhöht die genetische Vielfalt und ermöglicht es der natürlichen Selektion, schädliche Mutationen zu entfernen und gleichzeitig vorteilhafte Varianten zu erhalten.
Das SD-Chromosom durchläuft diese Rekombination nicht. Es vermeidet den Genaustausch mit dem normalen Chromosom, damit es als ununterbrochener Abschnitt vererbt werden kann. Dadurch wird es zu einem Nährboden für Mutationen: Die Studie ergab, dass sich auf SD-Chromosomen deutlich mehr schädliche Mutationen ansammeln als auf gewöhnlichen Chromosomen.
„Ohne genetische Rekombination kann das SD-Chromosom die natürliche Selektion nicht nutzen, um Mutationen zu entfernen, und diese Mutationen können die Funktion oder Regulation von Genen beeinträchtigen“, erklärte Professorin Larracuente.
Professor Presgraves wies außerdem darauf hin, dass die Vermeidung der Rekombination SD unbemerkt in Richtung evolutionäres Aussterben treiben könnte.
„Da dem SD-Chromosom die Rekombination fehlt, zeigt es erste Anzeichen einer evolutionären Degeneration“, sagte er.
Warum egoistische Gene wichtig sind: vom Mikroskopischen zum großen Zusammenhang
Die Forschung zu SD zeigt nicht nur, wie manche Gene die fairen Regeln der Vererbung verletzen, sondern auch, dass kurzfristige evolutionäre Vorteile langfristige Kosten haben können.
Allgemeiner betrachtet kommen egoistische genetische Elemente im gesamten menschlichen Genom vor. Einige können das Geschlechterverhältnis stören, die Fruchtbarkeit beeinflussen, das Mutationsrisiko erhöhen oder das Aussterben von Populationen beschleunigen. Ein besseres Verständnis dieser Faktoren könnte wichtige Hinweise für die künftige Forschung zu genetischen Erkrankungen und zur reproduktiven Gesundheit liefern.
Nachrichten | Entschlüsselung des „egoistischen Gens“: Wissenschaftler verfolgen seine Evolution und ihre Kosten mithilfe der Genomik
Nachrichten | Entschlüsselung des „egoistischen Gens“: Wissenschaftler verfolgen seine Evolution und ihre Kosten mithilfe der Genomik
Egoistische Gene manipulieren die Regeln der Vererbung, ohne Rücksicht auf das Schicksal ihres Wirts. Mithilfe der Populationsgenomik haben Biologen der University of Rochester erstmals aufgezeigt, wie sich ein egoistisches genetisches Element namens Segregation Distorter (SD) entwickelt hat und wie es die Struktur des Genoms im Laufe der Zeit beeinflusst hat.
Die Studie wurde von Amanda Larracuente, außerordentlicher Professorin für Biologie, und Daven Presgraves, Professor und Leiter des Fachbereichs Biologie, geleitet und in eLife veröffentlicht. Sie stellten fest, dass SD nicht nur die Organisation der Chromosomen verändert, sondern auch die genetische Vielfalt erheblich verringert.
Erste Gesamtgenomsequenzierung eines egoistischen Gens bei Fruchtfliegen
Das Forschungsteam wählte Fruchtfliegen als Modellorganismus. Diese kleinen Insekten teilen ungefähr 70% der krankheitsbezogenen Gene mit dem Menschen und haben kurze Fortpflanzungszyklen, sodass schnell mehrere Generationen entstehen können.
Die Forschenden stellten fest, dass etwa 50% der Nachkommen weiblicher Fruchtfliegen das SD-Chromosom erben, wenn die Weibchen dieses Chromosom tragen – im Einklang mit der Mendelschen Vererbung. Bei Männchen ist der Unterschied deutlich: Sie geben das SD-Chromosom an nahezu 100% ihrer Nachkommen weiter, weil SD Spermien „abtötet“, die es nicht tragen, und so die Weitergabe faktisch monopolisiert.
Wie gelingt SD das? Forschungen zeigen, dass es sich zu einem Supergen entwickelt hat – einer Chromosomenregion, in der mehrere egoistische Gene eng miteinander verbunden sind und gemeinsam vererbt werden. Diese Struktur ermöglicht es den Genen, als Gruppe zu wirken, und erhöht ihre Wahrscheinlichkeit der Weitergabe erheblich.
„Dies ist die erste Gesamtgenomsequenzierung eines SD-Chromosoms, die es uns erstmals ermöglicht, die Geschichte dieses Supergens und seine weitreichenden Auswirkungen auf das Genom aufzuzeigen“, sagte Professor Presgraves.
Der kurzfristige Vorteil eines Supergens kann langfristig zum Zusammenbruch führen
Obwohl das Supergen mit einer nahezu perfekten Weitergabe einen klaren kurzfristigen Vorteil besitzt, stellten die Forschenden fest, dass dieser Vorteil den Verzicht auf genetische Rekombination kostet.
Bei der normalen geschlechtlichen Fortpflanzung rekombinieren die Chromosomen beider Eltern und tauschen genetisches Material aus, wodurch einzigartige Nachkommen entstehen. Die Rekombination erhöht die genetische Vielfalt und ermöglicht es der natürlichen Selektion, schädliche Mutationen zu entfernen und gleichzeitig vorteilhafte Varianten zu erhalten.
Das SD-Chromosom durchläuft diese Rekombination nicht. Es vermeidet den Genaustausch mit dem normalen Chromosom, damit es als ununterbrochener Abschnitt vererbt werden kann. Dadurch wird es zu einem Nährboden für Mutationen: Die Studie ergab, dass sich auf SD-Chromosomen deutlich mehr schädliche Mutationen ansammeln als auf gewöhnlichen Chromosomen.
„Ohne genetische Rekombination kann das SD-Chromosom die natürliche Selektion nicht nutzen, um Mutationen zu entfernen, und diese Mutationen können die Funktion oder Regulation von Genen beeinträchtigen“, erklärte Professorin Larracuente.
Professor Presgraves wies außerdem darauf hin, dass die Vermeidung der Rekombination SD unbemerkt in Richtung evolutionäres Aussterben treiben könnte.
„Da dem SD-Chromosom die Rekombination fehlt, zeigt es erste Anzeichen einer evolutionären Degeneration“, sagte er.
Warum egoistische Gene wichtig sind: vom Mikroskopischen zum großen Zusammenhang
Die Forschung zu SD zeigt nicht nur, wie manche Gene die fairen Regeln der Vererbung verletzen, sondern auch, dass kurzfristige evolutionäre Vorteile langfristige Kosten haben können.
Allgemeiner betrachtet kommen egoistische genetische Elemente im gesamten menschlichen Genom vor. Einige können das Geschlechterverhältnis stören, die Fruchtbarkeit beeinflussen, das Mutationsrisiko erhöhen oder das Aussterben von Populationen beschleunigen. Ein besseres Verständnis dieser Faktoren könnte wichtige Hinweise für die künftige Forschung zu genetischen Erkrankungen und zur reproduktiven Gesundheit liefern.
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