Neue Einblicke in die Evolution

15.09.2020

Die langfristige Expression von Genen in den Organen von Wirbeltieren prädisponiert diese Gene dafür, im Lauf der Evolution auch in anderen Organen verwendet zu werden. Darüber berichtet die Zeitschrift „Nature Communications“.

Komplexe evolutionäre Zusammenhänge: Die langfristige Expression in einem Organ prädisponiert Gene für die spätere Nutzung auch in anderen Organen. (Bild: Kenji Fukushima / Universität Würzburg)

In den Organen der Wirbeltiere sind Tausende von Genen aktiv. Ihre vielfältigen Expressionsmuster bestimmen die Eigenheiten und Funktionen der Organe. Aus diesem Grund spielt die Evolution der Genexpressionsmuster eine zentrale Rolle für die Evolution der Organismen.

Wichtige evolutionär bedingte Organveränderungen, wie die Entwicklung des menschlichen Gehirns, sind ebenfalls mit Veränderungen der Genexpressionsmuster verbunden. Dabei spielt die Genduplikation eine wichtige Rolle. Doch die evolutionäre Dynamik der Expressionsmuster mit und ohne Genduplikation ist noch wenig verstanden.

„Eine wichtige Frage ist, ob die langfristige Expression in einem Organ Gene dafür prädisponiert, später in der Evolution auch in anderen Organen genutzt zu werden. Die Antwort ist ja“, sagt Dr. Kenji Fukushima von der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg. „Bei Wirbeltieren gibt es diese Tendenz in der Evolution der Genexpressionsmuster, und die Tendenz hängt eng mit der Genduplikation zusammen.“

Gefördert von der Alexander von Humboldt-Stiftung

Über diese und andere Erkenntnisse berichtet Kenji Fukushima nun zusammen mit David D. Pollock (University of Colorado, School of Medicine, Aurora, USA) in der Zeitschrift Nature Communications.

Dr. Fukushima forscht am JMU-Lehrstuhl für Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik. Hier baut der japanische Evolutionsbiologe seit 2018 eine Arbeitsgruppe auf, die von der Alexander von Humboldt-Stiftung mit 1,6 Millionen Euro gefördert wird. Die Stiftung hat Fukushima als Preisträger ihres Sofja-Kovalevskaja-Preises 2018 ausgewählt. Diese Auszeichnung ist für besonders begabte junge Forscherinnen und Forscher bestimmt.

Komplexe Geschichte der Genstammbäume

Für ihre Studie führten die beiden Wissenschaftler 1.903 RNA-seq-Datensätze aus 182 Forschungsprojekten zusammen. Die Daten beziehen sich auf sechs Organe (Gehirn, Herz, Niere, Leber, Eierstock und Hoden) von 21 Wirbeltierarten, angefangen von Fischen und Fröschen über Reptilien und Vögel bis hin zu Nagetieren und Menschen. Sie offenbarten eine komplexe Geschichte der Genstammbäume. Das ermöglichte es den Forschern, die evolutionäre Expression einer breiten Palette von Genen zu analysieren.

Publikation

Amalgamated cross-species transcriptomes reveal organ-specific propensity in gene expression evolution, Kenji Fukushima & David D. Pollock, Nature Communications, Open Access, https://doi.org/10.1038/s41467-020-18090-8