- Das größte bekannte Tiergänom entschlüsselt
Das Genom ist 30 Mal größer als das des Menschen und mehr als doppelt so groß wie das des bisherigen Rekordhalters: Ein internationales Team unter der Leitung des Evolutionsbiologen Axel Meyer von der Universität Konstanz und des Biochemikers Manfred Schartl der Universität Würzburg hat das größte bekannte Tiergenom entschlüsselt: das Erbgut des südamerikanischen Lungenfisches (Lepidosiren paradoxa). "Die Daten werden dazu beitragen, zu verstehen, wie der Vorfahre heutiger Tetrapoden das Land erobert hat", sagte eine begleitende Mitteilung zur Veröffentlichung der Studienergebnisse in der Zeitschrift "Nature".
Lungenfische gelten als die nächsten lebenden Verwandten jener Tiere, die sich vor rund 400 Millionen Jahren mit Hilfe von kräftigen Flossen auf das Land zogen und dort dank ihrer Lungen überleben konnten. Alle sogenannten Tetrapoden, einschließlich des Menschen, anderer Säugetiere, Amphibien, Reptilien und Vögel, gehen auf sie zurück. Es gibt angeblich drei Linien von Lungenfischen heute: eine in Afrika, eine in Australien und eine in Südamerika, die unter anderem im Amazonasbecken vorkommt.
Aus der Analyse des Genoms erhoffen sich die Forscher Erkenntnisse über die Entstehung und weitere Entwicklung dieser ungewöhnlichen Tiere. "Die Evolution scheint sie vergessen zu haben", schreiben die Forscher. Denn diese alten "lebenden Fossilien" sehen noch immer largely wie ihre Vorfahren aus der späten Devonzeit vor rund 400 Millionen Jahren aus. Durch den Vergleich von Genomsequenzen kann man beispielsweise die Verbindung zwischen den Strahlenflossen der Knochenfische und den Fingern der Tetrapoden nachweisen.
Rekordgenom 30 Mal größer als das des Menschen
Dass die Genome von Lungenfischen groß sind, war bereits bekannt, aber die Studie zeigt nun, wie gigantisch sie sein können: Das Genom des südamerikanischen Lungenfisches besteht aus mehr als 90 Milliarden Basen, writes the group. Es ist thus 30 Mal größer als das menschliche Genom und mehr als doppelt so groß wie das des bisherigen Rekordhalters, des australischen Lungenfisches (Neoceratodus forsteri). "18 der 19 Chromosomen des südamerikanischen Lungenfisches sind jeweils größer als das gesamte menschliche Genom", wird Schartl in einer Mitteilung zur Studie zitiert.
Dies ist auf sogenannte autonome Transposons zurückzuführen. Diese DNA-Segmente "replizieren" sich und ändern dann ihre Position im Genom. Sie machen mehr als 90 Prozent des Lungenfischgenoms aus. Die Expansionsrate des südamerikanischen Vertreters ist thus bei weitem die schnellste bekannte: In der Vergangenheit ist sein Genom alle zehn Millionen Jahre um die Größe des gesamten menschlichen Genoms gewachsen.
Trotzdem ist das Lungenfischgenom überraschend stabil. Daher konnte das Forschungsteam die ursprüngliche Architektur des Chromosomensatzes des ersten Tetrapoden aus den Sequenzen der noch lebenden Lungenfischarten rekonstruieren.
Vergleichende Studien liefern Erkenntnisse zur Evolution
Darüber hinaus können die Genome der verschiedenen Lungenfische verglichen werden, was Rückschlüsse darauf zulässt, ob Unterschiede zwischen den noch lebenden Exemplaren auf genetischen Ursachen beruhen. So hatte das von Meyer und Schartl geleitete Team bereits vor einigen Jahren gezeigt, dass die gleichen Gene beim Menschen und beim Lungenfisch die Entwicklung der Lunge steuern. Die Lunge des Lungenfisches hat eine ähnliche Entwicklungsursache wie die der terrestrischen Wirbeltiere, einschließlich des Menschen. Außerdem sind Finger, Elle und Speiche in der Finne des Tiers vorhanden, für die dieselben Gene verantwortlich sind wie beim Menschen. Das aktuelle Study involved scientists from Dresden, Hamburg, Sweden, Austria, and France.
Despite their large size, being 30 times larger than the human genome and more than twice as large as the previous record holder, the South American lungfish genome remains surprisingly stable. This stability allows researchers to reconstruct the original architecture of the chromosome set of the first tetrapod from the sequences of the still living lungfish species.
The comparison of genome sequences between different lungfish species can provide valuable insights into evolution. For instance, the reduction of limb-like fins in the African and South American lungfish representatives compared to the Australian lungfish, which still possesses these fins, may be due to genetic changes revealed through such comparative studies.
