Frankfurt – Das Erbgut von Säugetieren und Beuteltieren ist voller mobiler Elemente: Bis zu 20 Prozent ihres Genoms bestehen aus sogenannten "springenden Genen". Diese haben die Fähigkeit, sich selbst zu kopieren und an zufälliger Stelle im DNA-Strang wieder einzufügen und stellt eine zusätzliche Möglichkeit dar, die genetische Vielfalt einer Art zu erhöhen.

Bei einigen Beuteltierarten ist diese genetische Dynamik offenbar im Laufe der Evolution zum Erliegen gekommen. Deutsche Forscher entdeckten nun, dass etwa die springenden Gene des Tasmanischen Teufels nicht mehr in der Lage sind, ihre Position im Genom zu verändern. Eine Deaktivierung dieses Mechanismus könnte dazu führen, dass sich die Tiere schlechter an veränderte Umweltbedingungen anpassen können.

Frankfurter Wissenschafter konnten jetzt nachweisen, dass die springenden Gene im Erbgut des Tasmanischen Teufels zwar vorhanden sind, aber die Fähigkeit zum Kopieren und Einfügen verloren haben. "Es gibt beim Tasmanischen Teufel seit längerem keine LINE-1-Elemente, die sich in ihrem Zustand im Genom von selbst kopieren können, unter anderem weil das dafür notwendige Gen für das Schlüsselenzym – die Reverse Transkriptase – defekt ist. Auch bei den Schwesterarten – Schwarzschwanz-Beutelmarder und Fettschwanz-Beutelmaus – haben wir keine intakten Genkopien des Enzyms gefunden", erklärt Maria Nilsson, Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum.

Im Rahmen der im Fachjournal "Genome Biology and Evolution" veröffentlichten Studie hatten die Forscher mehrere hundert LINE-1-Elemente aus den Beuteltierarten sequenziert und hinsichtlich ihrer potentiellen Aktivität analysiert. Das Experiment bestätigt ihren Befund, der sich bereits vergangenes Jahr in einer Computeranalyse des kompletten Genoms des Tasmanischen Teufels angedeutet hatte. Durch das experimentelle Design konnten nun die letzten Zweifel am Ergebnis der computergestützten Analyse ausgeräumt werden.

Genereller Trend bei australischen Beuteltieren

Inaktive LINE-1-Elemente sind außer bei Beuteltieren im Rahmen anderer Studien nur noch in südamerikanischen Nagetieren, Flughunden und Erdhörnchen nachgewiesen worden. Allerdings tragen nicht alle Beuteltiere den hier beobachteten Gendefekt. Das nordamerikanische Oppossum, ein entfernter Verwandter von Tasmanischem Teufel, Beutelmarder und Co., besitzt viele aktive LINE-1-Elemente und nachweislich auch das intakte Gen. "Das könnte bedeuten, dass die Stilllegung ein genereller Trend bei australischen Beuteltieren ist. Bei deren gemeinsamen Vorfahren waren noch aktive LINE-1-Elemente vorhanden, die dann nach der Aufspaltung der Arten im Verlauf ihrer Evolution jeweils auch eigenständig inaktiv wurden", erläutert Susanne Gallus, Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum.

Aktiv springende Gene können möglicherweise durch ihre willkürliche Platzierung im Erbgut Gendefekte im Organismus verursachen. Dennoch macht eine Stilllegung nur auf den ersten Blick Sinn: Das chaotische Kopieren und Einfügen erhöht nämlich die genetische Vielfalt eines Organismus. Indem sich diese Elemente in oder in die Nähe von codierenden Bereichen von Genen einbauen, können sie Genfunktionen oder die Genexpression verändern. Beides ist Voraussetzung, um sich an neue Umweltbedingungen – beispielsweise steigende Temperaturen – anzupassen.

Die Inaktivität der LINE-1-Elemente könnte daher in evolutionären Zeiträumen die Anpassungsfähigkeit bei Tasmanischem Teufel, Beutelmarder und Beutelmaus stark beeinflussen. Welche evolutiven Auswirkungen das Fehlen der genetischen Sprungfeder tatsächlich hat, ist nun die nächste Frage, der Nilsson und ihr Team nachgehen werden. (red, 17.7.2016)