Platy-Genom entzückt Evolutionsforscher
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- Beliebter Aquarienbewohner: Der Platy. Würzburger Biochemiker haben jetzt sein Genom entziffert und sind dabei auf einige Überraschungen gestoßen. Quelle: Manfred Schartl
04.04.2013 -
Der farbenprächtige Spiegelkärpfling, bekannt auch unter dem Namen Platy, zählt zu den beliebtesten Aquarienfischen. Für Wissenschaftler ist Xiphophorus maculatus aus einem anderen Grund interessant: Die Fische sind anfällig für Hauttumoren. Nach Kreuzungen gerät das feinabgestimmte Regulationswerk von Genen außer Kontrolle und löst die Krebsbildung aus. Die entstehenden Tumoren entsprechen dem bösartigen Melanom beim Menschen. Würzburger Forscher haben in einem internationalen Team das Platy-Genom entziffert. Sie berichten im Fachjournal Nature Genetics (2013, Online-Vorabveröffentlichung) über ihre Analysen.
Manfred Schartl vom Biozentrum der Universität Würzburg hat eines dieser krebserregendes Gen bei X. maculatus bereits vor einigen Jahren identifiziert und seine Eigenschaften beschrieben. Jetzt hat er gemeinsam mit Wissenschaftlern der Washington University St. Louis und der Texas State University/USA das komplette Genom dieser Fischart entschlüsselt. „Mit dem Wissen über das Genom können wir jetzt verfolgen, wie einzelne Gene zusammenarbeiten müssen, damit Hautkrebs entsteht.
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Schon auf den ersten Blick haben wir einige interessante Kandidaten gefunden“, sagt Schartl. Dieses Wissen ließe sich gut vom Fisch auf den Menschen übertragen: „Die gleichen Gene, die beim Menschen in Pigmentzellen die Entwicklung von Hautkrebs in Gang setzen, sind bei Xiphophorus am Werk, wenn dieser ein Melanom entwickelt“, so der Genetiker.
Soviele Gene wie der Mensch
20.000 Gene konnte das Wissenschaftler-Team im Erbgut von Platy identifizieren – annähernd gleich viele, wie das menschliche Erbgut besitzt. Der Vergleich mit verwandten Fischarten brachte einige Überraschungen. Wie viele andere Fischarten auch, zeigt Xiphophorus ausgefeilte Verhaltensmuster, beispielsweise bei der Werbung um die Weibchen, der Aufzucht des Nachwuchses, der Nahrungssuche, beim Kampf oder wenn es darum geht, Angreifern aus dem Weg zu gehen. Warum das so ist, war lange ein Rätsel. Ein Ansatzpunkt für eine Erklärung findet sich in den Genen, die mit der Wahrnehmung und der Informationsverarbeitung in Zusammenhang stehen. Klaus-Peter Lesch, Inhaber des Lehrstuhls für Molekulare Psychiatrie der Universität Würzburg, beschäftigt sich seit vielen Jahren mit solchen Genen beim Menschen und bei der Labormaus. Viele dieser Gene, die für diese Bereiche verantwortlich sind, fanden Schartl und Lesch jetzt auch beim Platy.
Viele Gene im Doppelpack
Davon ausgehend analysierten die Wissenschaftler auch die Genome anderer Fische. „Zu unserer Überraschung entdeckten wir, dass viele dieser Gene im Erbgut der Fische nicht nur einmal vorkommen, wie bei den landlebenden Wirbeltieren, sondern in doppelter Kopie“, sagt Schartl. Sie seien Überbleibsel einer Verdopplung des gesamten Genoms in einem Vorfahren der heutigen modernen Fische. Die zusätzlich vorhandene zweite Kopie kann nach Ansicht der Wissenschaftler nun neue Aufgaben in der Gehirnfunktion übernehmen. Damit hätten die Fische eine größere Grundausstattung für die Entwicklung komplexer Verhaltensweisen gehabt als andere Wirbeltiere.
Warum Platys lebendgebären
Auch die Tatsache, dass Platy-Weibchen lebende Junge gebären, war für die Wissenschaftler von Interesse. Als sie das Fisch-Erbgut mit dem Genom von Mäusen und anderen Säugetieren unter diesem Aspekt verglichen, stießen sie auf eine Reihe weiterer Überraschungen: Obwohl die Eigenschaft, lebende Junge zur Welt zu bringen, bei Säugern und Fischen unabhängig in der Evolution entstanden sind, finden sich in ihrem Erbgut die gleichen Gene. Zwar zeigten Gene, die für die Funktion der Plazenta, die Dotterbildung oder die Reifung der Eizellen von Bedeutung sind „einzigartige molekulare Veränderungen“, aber eben auch Gemeinsamkeiten im molekularen Detail. „Wenn gleiche biologischen Eigenschaften in der Evolution völlig unabhängig voneinander entstehen, erfordert dies offensichtlich auch bis auf die molekulare Ebene der Proteine und Gene gleiche oder sehr ähnliche Veränderungen“, so Schartl.
