Neue Einblicke in die Embryonalentwicklung der Singvögel

Zebrafink. (Credits: Wikipedia / User: Maurice van Bruggen / CC-BY-SA 3.0)
Zebrafink. (Credits: Wikipedia / User: Maurice van Bruggen / CC-BY-SA 3.0)

Ein internationales Team unter Leitung von Alexander Suh von der Uppsala University hat ein Chromosom von Zebrafinken sequenziert, das als Germline-Restricted Chromosome (GRC) bezeichnet wird. Dieses Chromosom wird nur in Keimbahnzellen gefunden – den Zellen, die genetische Informationen enthalten, welche an die nächste Generation weitergegeben werden. Die Forscher stellten fest, dass das GRC zig Millionen Jahre alt ist und eine Schlüsselrolle bei der Biologie der Singvögel spielt, da es Gene sammelte, die für die Embryonalentwicklung verwendet werden.

Die Fähigkeit zur Reproduktion ist ein entscheidendes Merkmal allen Lebens. Wie sich die Reproduktion entwickelte und wie sie auf der genetischen Ebene funktioniert, ist daher von großem Interesse für Evolutionsbiologen. Während der Frühentwicklung eines Tierembryos werden die Zellen in zwei Haupttypen geteilt – Urkeimzellen und somatische Zellen. Keimzbahnellen sind in den Reproduktionsorganen präsent und enthalten genetische Informationen, die an die nächste Generation weitergegeben werden. Somatische Zellen dagegen sind die Zellen, aus denen der Rest des Organismus besteht. Biologen haben entdeckt, dass in manchen Organismen bestimmte Gene und wiederholende DNA-Sequenzen eliminiert werden, wenn Zellen entweder somatische Zellen oder Keimbahnzellen werden. Das bedeutet, dass nicht alle Zellen eines Organismus dasselbe Genom enthalten.

Bei manchen Spezies gibt es ganze Chromosomen speziell für die Keimbahnzelle. Bei Zebrafinken ist ein solches Chromosom das sogenannte GRC. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung von Alexander Suh vom Department of Ecology and Genetics an der Uppsala University hat erstmals eine umfassende genomische, transkriptomische und proteomische Analyse des GRC von Zebrafinken durchgeführt. Das GRC ist das größte Chromosom im Genom der Zebrafinken und macht mehr als zehn Prozent des Genoms aus.

“Das GRC ist ein sehr seltsames Chromosom. Wir stellten fest, dass manche seiner Gene zehn oder sogar hunderte Male wiederholt vorkommen, während die somatischen Zellen nur eine Genkopie besitzen”, sagte Cormac Kinsella, ein Hauptautor der Studie.

Durch die Identifizierung bestimmter Gene und Vergleiche mit Genomdaten anderer Spezies konnten die Wissenschaftler die evolutionäre Geschichte des GRC entschlüsseln. Die Ergebnisse zeigten, dass das GRC zig Millionen Jahre alt ist und wahrscheinlich in allen Singvogelarten vorkommt, was der Hälfte aller Vogelarten entspricht. Die Forscher vermuten auch, dass das GRC zu einem wichtigen Faktor in der Entwicklung der Vögel wurde, weil hier viele Gene präsent sind, die mit der frühen Embryonalentwicklung zusammenhängen. Weil das GRC in somatischen Zellen nicht vorkommt, betrifft die Expression seiner Gene nur Keimbahnzellen, so dass somatische Zellen dadurch vor möglichen negativen Auswirkungen geschützt sind.

“Weil wir die GRC-Expression auf dem RNA- und Proteinlevel fanden, gehen wir davon aus, dass unser Beleg für Selektion auf dem GRC der Startpunkt für weitere aufregende Entdeckungen werden wird”, sagte Francisco Ruiz-Ruano, der andere Hauptautor der Studie.

Abhandlung: “Programmed DNA elimination of germline development genes in songbirds” von Cormac M. Kinsella, Francisco J. Ruiz-Ruano, Anne-Marie Dion-Côté, Alexander J. Charles, Toni I. Gossmann, Josefa Cabrero, Dennis Kappei, Nicola Hemmings, Mirre J.P. Simons, Juan Pedro M. Camacho, Wolfgang Forstmeier, Alexander Suh, Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-019-13427-4

Quelle

(THK)

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