Uni Wien: Symphonie der Gene

Es ist eine der spannendsten Entdeckungen in der Genomforschung, dass der letzte gemeinsame Vorfahre aller vielzelligen Tiere – welcher vor etwa 600 Millionen Jahren lebte – bereits ein äußerst komplexes Genom besaß und eine Vielzahl seiner Gene immer noch bei rezenten Arten (wie etwa dem Menschen) zu finden sind. Lange war jedoch unklar, ob auch die Anordnung dieser Gene im Genom eine gewisse Funktion erfüllt. In einer aktuellen Studie in Nature Ecology and Evolution zeigen BiologInnen um Oleg Simakov und Ulrich Technau, dass nicht nur einzelne Gene, sondern auch diese Genabfolgen im Genom eine maßgebliche Rolle im Laufe der Evolution gehabt haben.

Informationen darüber, wie Organismen sich entwickeln und funktionieren, werden in ihrem Genom gespeichert. Oft werden einzelne Gene auch mit bestimmten Funktionen assoziiert. Das Genom liefert aber nicht nur Gene, sondern definiert auch, wie sie auf der DNA angeordnet sind. Die Erkenntnis, dass viele dieser Anordnungen zwischen weit verwandten Arten erhalten bleiben – und sich bis zum Ursprung aller Tiere rückverfolgen lassen – ist bemerkenswert. Allerdings blieb deren mögliche Funktion lange ein Rätsel für WissenschafterInnen. 

Was Genanordnungen verraten

In ihrer aktuellen Studie konnte das Team vom Department der Molekularen Evolution und Entwicklung der Universität Wien nun erste Erkenntnisse zu diesen Urahnen der Genetik enthüllen. Mithilfe vergleichender Genomanalysen rekonstruierten die ForscherInnen evolutionär konservierte Genabfolgen in Tieren und untersuchten deren Aktivität in verschiedenen Zelltypen. Somit konnten sie zeigen, dass Gene, die bei mehreren Arten immer zusammen im Genom vorkommen, auch dazu tendieren in gleichen Zellen bei den jeweiligen Tieren aktiv zu sein. So sind etwa drei Gene, die schon seit 600 Millionen Jahren bei mehreren Tierarten (z.B.: Schwämmen oder Nesseltieren) benachbart sind, hauptsächlich in einem für Verdauung zuständigen Zelltyp aktiv. "Zelltypen bei Tieren können also nicht nur durch einzelne Gene, sondern auch durch bestimmte Genanordnungen charakterisiert werden. Unterschiedliche Zelltypen sind auch fähig, auf ganze Regionen im Genom zurückgreifen", erklärt Oleg Simakov, Evolutionsbiologe an der Universität Wien. Darüber hinaus stellte das Team fest, dass manche Zelltypen besonders stark von solchen konservierten Regionen geprägt sind, und somit möglicherweise sehr ursprüngliche Funktionen darstellen. 

Die Ergebnisse zeigen, dass nicht nur Genverlust oder die Entstehung neuer Gene eine wichtige Rolle in der Evolution gespielt haben, sondern auch die Änderungen in der Anordnung von Genen im Genom einen maßgeblichen Beitrag geleistet haben. "Damit öffnet die Studie eine weitreichende Perspektive, die Funktionen dieser Regionen in den jeweiligen Zelltypen zu untersuchen", so Simakov abschließend.

Publikation in Nature Ecology & Evolution

Ancient animal genome architecture reflects cell type identities, Bob Zimmermann, Nicolas SM Robert, Ulrich Technau, Oleg Simakov, In: Nature Ecology & Evolution.
DOI: https://www.nature.com/articles/s41559-019-0946-7