Das Geheimnis des größten Tiergenoms der Welt: Lungenfische enthüllt

BerlinEin Forscherteam um den Biologen Axel Meyer und den Biochemiker Manfred Schartl hat den genetischen Code des Lungenfisches entschlüsselt und dabei das bisher größte Genom eines Tieres entdeckt. Das Genom des Lungenfisches ist dreißigmal größer als das des Menschen und gibt uns Einblicke, wie sich frühe Fische an das Leben an Land anpassten. Diese Studie liefert wichtige Informationen über die frühen Entwicklungsstadien landlebender Wirbeltiere.

Wichtige Erkenntnisse ihrer Entdeckung umfassen:

• Das Genom des südamerikanischen Lungenfisches umfasst über 90 Milliarden Basenpaare.
• Dieses Genom ist doppelt so groß wie das des australischen Lungenfisches, dem bisherigen Rekordhalter.
• Transposons, die sich im Genom replizieren und ihre Position verändern, haben dieses Wachstum verursacht.
• Trotz ihrer Größe bleiben die Lungenfisch-Genome unerwartet stabil.
• Genetische Analysen zeigen evolutionäre Anpassungen, die frühzeitigen Wirbeltieren das Verlassen des Wassers auf das Land ermöglichten.

Lungenfische sind faszinierend, weil sie Merkmale ihrer urzeitlichen Verwandten besitzen. Der australische Lungenfisch hat Flossen, die wie Gliedmaßen aussehen und frühen Tieren halfen, an Land zu gehen. Im Gegensatz dazu haben afrikanische und südamerikanische Lungenfische dünne, fadenartige Flossen.

Untersuchungen zeigen, dass Transposons größtenteils für das Wachstum des Genoms verantwortlich sind. Ein Beispiel dafür ist das Genom des südamerikanischen Lungenfisches, das sich alle 10 Millionen Jahre um die Größe des menschlichen Genoms vergrößert. Dieses schnelle Wachstum ist zum Teil auf niedrige Werte von piRNA zurückzuführen, die normalerweise die Aktivität von Transposons reguliert.

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Die Ergebnisse zeigen, dass es keine direkte Verbindung zwischen Transposonaktivität und genetischer Instabilität gibt, was unerwartet ist. Dieses stabile Genom hat es Wissenschaftlern ermöglicht, die Chromosomenstruktur des frühen Tetrapoden-Vorfahren zu rekonstruieren. Durch den Vergleich der Genome verschiedener Lungenfischarten trägt die Studie dazu bei, zu verstehen, wie die ersten Wirbeltiere an das Leben an Land angepasst wurden.

Das Forschungsteam nutzte genetisch veränderte Mäuse mit CRISPR-Cas, um zu untersuchen, wie sich Flossen von komplexen, gliedmaßenähnlichen Strukturen zu einfacheren entwickelten. Sie entdeckten, dass Veränderungen im Shh-Signalweg diese Evolution verursachten. Dieser Signalweg spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Gliedmaßen und Fingern bei Wirbeltieren und zeigt eine klare evolutionäre Verbindung.

Da wir nun die vollständigen Genomsequenzen aller derzeitigen Lungenfischfamilien haben, können wir umfassendere Vergleiche der Genome anstellen. Dies wird uns helfen, die Genetik der Lungenfische besser zu verstehen und mehr über ihre Stellung in der Evolution zu erfahren.

Diese Studie verdeutlicht die bedeutende Rolle der Genomik für das Verständnis der Evolutionsbiologie. Sie ermöglicht es uns, nachzuvollziehen, wie sich komplexe Tiere wie Wirbeltiere im Laufe der Zeit an unterschiedliche Lebensräume angepasst haben. Diese Erkenntnisse sind für zukünftige Forschungen in Evolution und Genetik von großem Nutzen.