Seeanemone ist genetisch halb Tier, halb Pflanze

Seeanemone ist genetisch halb Tier, halb Pflanze

Meldung vom 19.03.2014 13:01

Seeanemone besitzt eine ähnlich komplexe "Gen-Landkarte" wie die Fruchtfliege

140322-082947_medium.jpg
 
Ausgewachsener Polyp von Nematostella vectensis.
(Copyright: Nature, 2005)

Original-Publikation:
Schwaiger, M., Schönauer, A., Rendeiro, A.F., Pribitzer,C., Schauer, A., Gilles, A.F., Schinko, J.B., Renfer, E., Fredman, D., and Technau, U. 2014. Evolutionary conservation of the eumetazoan gene regulatory landscape. In: Genome Research. DOI: 10.1101/gr.162529.113

Moran, Y., Fredman, D., Praher, D., Xi, L.M., Meng Wee, Z., Rentzsch, F., Zamore, P. Technau, U., and Seitz, H. 2014. Cnidarian microRNAs frequently regulate their targets by cleavage. In: Genome Research. DOI: 10.1101/gr.162503.113

Quelle: idw-online

Das Team um den Evolutions- und Entwicklungsbiologen Ulrich Technau von der Universität Wien fand heraus, dass die Seeanemone einerseits eine ähnlich komplexe "Gen-Landkarte" besitzt wie die Fruchtfliege oder andere tierische Modellorganismen. Das legt nahe, dass dieses Prinzip von Genregulation bereits 600 Millionen Jahre alt ist und auf gemeinsame Vorfahren von Mensch, Fliege und Seeanemone zurückgeht. Andererseits hat sie mit Pflanzen die Art der Proteinregulation durch "microRNAs" gemeinsam. Diese überraschenden evolutionären Einsichten publizieren die ForscherInnen in zwei Artikeln im renommierten Fachjournal "Genome Research".

Wie wir aussehen, welche Form wir haben und wie unser Körper funktioniert, ist neben Umwelteinflüssen weitgehend das Werk unserer Gene. Diese sind jedoch selten Einzelspieler, vielmehr wirken sie im Team und regulieren sich in ihrer Aktivität und Expression gegenseitig in gen-regulatorischen Netzwerken.

Einfache Organismen mit komplexem Genmaterial

Im letzten Jahrzehnt haben Genomsequenzierungen von Menschen und vielen Tieren gezeigt, dass anatomisch einfache Organismen wie die Seeanemone erstaunlicherweise ein ähnlich komplexes Genrepertoire wie höhere Modellorganismen aufweisen. Dies legte den Schluss nahe, dass es nicht die An- oder Abwesenheit einzelner Gene ist, die über Unterschiede der morphologischen Komplexität entscheidet. WissenschafterInnen entwickelten die Hypothese, dass genregulatorische Netzwerke von simplen Organismen wie der Seeanemone einfacher gestrickt sind als die des Menschen oder anderer komplexer Tiere.

Ein Maß für die Komplexität von Genregulation ist die Verteilung und Dichte von regulatorischen Sequenzen im Genom. An diesen Motiven, "Enhancer" und "Promotoren" genannt, können sich sogenannte Transkriptionsfaktoren mit der DNA in spezifischer Weise binden und die Expression von Zielgenen regulieren. "Diese kurzen Motive in einem Ozean von Nukleotiden zu finden, ist jedoch alles andere als trivial", erklärt Ulrich Technau, Professor am Department für Molekulare Evolution und Entwicklung der Universität Wien.

Während die Gene also gewissermaßen die Worte in der Sprache der Genetik sind, stellen die "Enhancer" und "Promotoren" die Grammatik dar. Diese genregulatorischen Sequenzen korrelieren mit bestimmten chemischen, epigenetischen Modifikationen der mit der DNA überall verwobenen Histon-Proteine, dem Chromatin. Durch eine ausgefeilte molekularbiologische Methode, der Chromatin-Immunpräzipitation, konnte die Hertha-Firnberg-Stipendiatin Michaela Schwaiger in der Gruppe von Ulrich Technau die "Enhancer" und "Promotoren" im gesamten Genom der Seeanemone identifizieren und mit den Karten komplexer Organismen vergleichen.

Genregulation vergleichbar mit tierischen Organismen

"Da die Seeanemone eine ähnlich komplexe 'Landkarte' von genregulatorischen Elementen besitzt wie die Fruchtfliege oder andere tierische Modellorganismen, liegt für uns der Schluss nahe, dass dieses Prinzip von komplexer Genregulation auf gemeinsame Vorfahren von Mensch, Fliege und Seeanemone zurückgeht", so Michaela Schwaiger.

MicroRNAs wichtig für Entwicklungsprozesse beim Menschen…

Neben der Kontrolle der Transkription von DNA in RNA kann die Genexpression aber auch noch danach, auf der post-transkriptionellen Ebene, d.h. bei der Übersetzung der RNA in Proteine, reguliert werden. Hierbei spielen "microRNAs" eine wichtige Rolle. MicroRNAs sind kurze RNAs, die an Ziel-RNAs binden und ihre Translation hemmen können. In den letzten Jahren hat man bei vielen Tieren 100-200, beim Menschen sogar über 1000 verschiedene miRNAs identifiziert, von denen etliche eine wichtige Rolle im Stoffwechsel und vor allem in Entwicklungsprozessen spielen. Mutationen in manchen miRNAs sind mit schweren Fehlentwicklungen und auch Krebs assoziiert. Jede miRNA kann in sequenz-spezifischer Weise an bis zu 100 verschiedene RNAs binden. "Man geht daher davon aus, dass 30-50 Prozent aller menschlichen protein-kodierenden Transkripte durch miRNAs reguliert werden", erklärt Ulrich Technau. Unklar ist jedoch, wie tierische miRNAs in der Evolution entstanden sind.

… und bei Pflanzen

miRNAs hat man auch in Pflanzen entdeckt, doch man geht davon aus, dass sie unabhängig entstanden sind, weil sie (1) keinerlei Sequenzähnlichkeit zu tierischen miRNAs haben, (2) einen anderen Entstehungsweg haben und (3) einen gänzlich anderen Wirkmechanismus haben als die bislang untersuchten Tiere: Pflanzliche miRNAs binden mit hoher Sequenzspezifität an sehr wenige Ziel-RNAs und leiten mithilfe von Argonaute-Proteinen die spezifische Spaltung der RNA ein. In Kollaboration mit amerikanischen, französischen und norwegischen Gruppen haben Ulrich Technau und sein Team insgesamt 87 miRNAs aus der Seeanemone isolieren können.

Die große Überraschung war aber, dass die Seeanemonen-miRNA alle Charakteristika von pflanzlichen miRNAs haben: Sie weisen eine fast perfekte Komplementarität zu ihren Ziel-RNAs auf, die daraufhin dann gespalten und nicht wie in anderen Tieren gehemmt werden. Zudem fanden die Forscher ein Protein, HYL-1, dass bei Pflanzen essentiell für die Biogenese der miRNAs ist und dass man zuvor in keinem der tierischen Modellorganismen gefunden hat. Vergleicht man die Sequenzen der miRNAs, so findet man je eine miRNA mit Ähnlichkeit zu einer pflanzlichen und tierischen miRNA.

Nachdem also das Genom, das Genrepertoire und die Genregulation auf DNA-Ebene der Seeanemone dem der Wirbeltiere erstaunlich ähnlich ist, ist die post-transkriptionelle Regulation so wie in Pflanzen und geht vermutlich auf einen gemeinsamen Vorfahren mit Pflanzen zurück. Diese Befunde sind der erste qualitative Unterschied zwischen den Nesseltieren und den "höheren" Tieren und geben einen Einblick, wie wichtige Ebenen der Genregulation unterschiedlich evolvieren können.


Archiv:

Meldung vom 19.01.2017 14:46

Weltweite Bedrohung von Primaten betrifft uns alle

Wissenschaftler des Deutschen Primatenzentrums (DPZ) fordern zusammen mit einem internationalen Expertenteam s ...

Meldung vom 07.11.2016 16:07

Koboldmaki-Erbgut liefert neue Einblicke in die Evolution der Primaten

Ein Forscherteam hat das Koboldmaki-Erbgut analysiert und dabei neue Erkenntnisse über die Evolution der Prim ...

Meldung vom 07.11.2016 16:02

Wie Pflanzen die Welt erobern

Immer mehr Pflanzenarten werden durch den Menschen in neue Gebiete eingeschleppt. Bislang war unklar, welche R ...

Meldung vom 07.11.2016 15:57

Rostocker Forscher entdeckt neue Krabbe an der Ostseeküste

Wissenschaftler weist erstmals Asiatische Strandkrabbe in MV nach

Meldung vom 13.10.2016 14:21

Auf dem Weg nach Norden - Immer mehr Mittelmeerspinnen in Deutschland heimisch

Wärmeliebende Spinnenarten aus dem Mittelmeerraum werden zunehmend auch in Deutschland nachgewiesen.

Meldung vom 08.09.2016 16:22

Erbgutanalyse enthüllt: Es gibt nicht nur eine, sondern vier Giraffenarten

Senckenberg-Wissenschaftler und die Giraffe Conservation Foundation haben die genetischen Verwandtschaftsbezie ...

Meldung vom 06.09.2016 17:06

Ältere Schreikraniche initiieren neue Zugrouten - Reaktion auf Klima- und Landnutzungswandel

Der weltweite Klima- und Landnutzungswandel führt dazu, dass einzelne Vögel nicht mehr so weit gen Süden zi ...

Meldung vom 01.09.2016 20:07

Elefanten im Sinkflug

Neuer Report bestätigt den rasanten Rückgang Afrikanischer Elefanten.

Meldung vom 29.06.2016 19:35

Bisher unbekannte weltweite ökologische Katastrophe aufgedeckt

In der Erdgeschichte kam es mehrmals zu einem Massenaussterben mit entsprechenden Konsequenzen für die Umwelt ...

Meldung vom 07.06.2016 16:50

Neu- und Wiederansiedlungen von Luchsen erfordern größere Bestände

Um Luchse erfolgreich wiederanzusiedeln, spielt die Anzahl an ausgewilderten Tieren eine entscheidende Rolle. ...

Meldung vom 30.05.2016 18:53

Extremes Jagdverhalten macht Schweinswale anfällig für Störungen

Internationales Wissenschaftlerteam veröffentlicht Studie über Fressgewohnheiten

Meldung vom 30.05.2016 17:13

Gezielter Schutz für Borneos Raubtiere

Umwandlungen und Fragmentierung des natürlichen Lebensraums, Abholzung, illegales Jagen, Feuer: die Regenwäl ...

Meldung vom 25.05.2016 13:53

Menschenaffen kommunizieren kooperativ

Menschliche Sprache ist ein kooperatives Zusammenspiel und beinhaltet schnelle Rollenwechsel. Diese Art der ko ...

Meldung vom 23.05.2016 19:14

„Alien“ im Bernstein

Biologen der Universität Jena entdecken Bindeglied zwischen Gottesanbeterinnen und Schaben

Meldung vom 01.05.2016 17:23

Drei neue Affenarten auf Madagaskar entdeckt

Wissenschaftler des Deutschen Primatenzentrums (DPZ), der University of Kentucky, des amerikanischen Duke Lemu ...

Meldung vom 18.03.2016 20:30

Bei Tüpfelhyänen sind Nesthocker keine Verlierer

Männchen, die zu Hause bleiben, müssen keine Zweite-Klasse-Männchen sein, sondern können genauso viele Nac ...

Meldung vom 07.03.2016 16:42

Mehr Sumatra Orang-Utans als bisher angenommen

Der Sumatra Orang-Utan, eine der zwei existierenden Orang-Utan-Arten, lebt ausschließlich im Norden der indon ...

Meldung vom 07.03.2016 16:36

Wie kann man Fledermausarten am besten unterscheiden

Ein internationales Forscherteam hat erstmals verschiedene Methoden zur Artenbestimmung von Fledermäusen in P ...

Meldung vom 07.03.2016 16:31

Arbeitsteilung bei sozialen Insekten: Allrounder gegenüber Spezialisten bei Störungen im Vorteil

Fitnesskosten: Ameisenkolonien mit starker Spezialisierung haben bei plötzlichen Veränderungen geringere Üb ...

Meldung vom 07.03.2016 16:24

Neues zum Sexleben der Graumulle: Bewusst enthaltsam

Sie könnten zwar Nachkommen zeugen, leben aber meistens enthaltsam: Das ist das Schicksal zahlreicher Männch ...

Meldung vom 05.03.2016 07:20

Einige Vögel sind genauso schlau wie Affen: Forscher ergründen Gemeinsamkeiten in Hirnarchitektur

Einige Vogelgruppen sind mental ebenso schlau wie Menschenaffen. Zu dieser Schlussfolgerung kommen Prof. Dr. O ...

Meldung vom 02.03.2016 03:15

Invasion von Zellen durch pathogene Bakterien: Schlüssel zum Verständnis zur Herkunft der Eukaryote

Die Entstehung komplexer Zellen - sogenannter Eukaryoten - vor 2 Milliarden Jahren markierte einen entscheiden ...

Meldung vom 01.03.2016 11:10

Invasive Wasserfrösche zu dominant für einheimische Arten

Wasserfrösche haben sich in Mitteleuropa in den letzten zwanzig Jahren stark ausgebreitet. Mithilfe eines neu ...

Meldung vom 27.02.2016 02:40

Mutter-Kind-Kommunikation bei Schimpansen

Sprache wird bei uns Menschen mit Hilfe der Hände erlernt. Aber auch in der Kommunikation von Menschenaffen s ...

Meldung vom 11.02.2016 20:41

Warmes Bad in der Nordsee - Eingewanderte Krabbe breitet sich aus

Wissenschaftler von Senckenberg am Meer in Wilhelmshaven haben durch die Auswertung einer Langzeitstudie gezei ...

Meldung vom 11.01.2016 16:17

Mikroplastikpartikel in Speisefischen und Pflanzenfressern

Müll im Meer: Neue AWI-Studien zeigen, dass die Plastikreste in Nord- und Ostsee auch von Speisefischen und M ...

Meldung vom 08.01.2016 13:30

Wie die Taiga das Weltklima verändert

Botanikerin der Universität Jena analysiert die Folgen von Waldbränden in Sibirien

Ältere Nachrichten:

Anything in here will be replaced on browsers that support the canvas element