Genomgrößenvariation und Adaptation bei Rädertieren

Das Genom aller Lebewesen besteht aus DNA (Desoxyribonukleinsäure) - ein sehr langes, fadenartiges Molekül das den genetischen Code enthält. Die in der DNA enthaltenen Informationen bestimmen, wie sich aus einer befruchteten Eizelle ein fertiges Lebewesen entwickelt, bzw. die Stoffwechselprozesse die zu dessen Erhaltung beitragen. Jede Zelle unseres Körpers besitzt einen Zellkern, und jeder Zellkern enthält seinerseits ein Gemisch von zwei Genomen (DNA Stränge), die einst von der Mutter und vom Vater vererbt wurden. Früher hat man angenommen, dass die Genomgröße eines Lebewesens seine "Komplexität" bestimmt bzw. begrenzt. Tatsächlich gibt es aber nur einen sehr schwachen Zusammenhang zwischen der Komplexität eines Lebewesens und seiner Genomgröße. Beispielsweise ist das Genom des äthiopische Lungenfisches, das größte Tiergenom, ca. 47-mal größer als das des Menschen. Andererseits weiß man aus Genomsequenzierungsprojekten, dass der Anteil an echter Information in Genomen oft verschwindend gering ist. So beträgt der Anteil der proteincodierenden DNA-Sequenzen im menschlichen Genom nur 1,5%. Im Gegensatz dazu besteht der Großteil aus DNA-Sequenzen die scheinbar keine Funktion mehr erfüllen und eher ein Überbleibsel aus der früheren Evolutionsgeschichte darstellen. Die Frage, warum die meisten Lebewesen so viel genomischen Ballast mit sich herumschleppen ist ein bislang ungelöstes wissenschaftliches Problem. Im aktuellen FWF-Projekt verwenden wir das Rädertier Brachionis asplanchnoidis um neue Einblicke in dieses Problem zu bekommen. Eine Besonderheit dieses Modellorganismus ist, dass sich Individuen derselben Population bis zu 40% in ihrer Genomgröße unterscheiden, was daran liegt, dass einzelne Tiere unterschiedlich große Mengen an Satelliten-DNA (eine bestimmte Form repetitiver DNA) enthalten können. Trotz dieser Unterschiede können sich die Tiere ungehindert miteinander fortpflanzen. Im aktuellen Projekt untersuchen wir, welche Auswirkungen diese Genomgrößenvariabilität auf evolutionäre Anpassungsprozesse hat, und ob phänotypische Effekte der Genomgröße (z.B., Individuen mit großen Genomen haben oft größere Zellen und einen größeren Körper) dabei eine Rolle spielen. Dafür verwenden wir Methoden der Experimentellen Evolution, d.h. wir verfolgen ganze Populationen von Tieren im Labor wie sie sich an unterschiedliche, von uns festgelegte Umweltbedingungen anpassen. Anhand von Sequenzierungen der kompletten Genome der ursprünglichen Individuen vs. den evolvierten Individuen, die sich viele Generationen an die unterschiedlichen Umweltbedingungen angepasst haben, versuchen wir die wichtigsten Änderungen im Genom zu identifizieren. Auf diese Weise untersuchen wir nicht nur die Veränderungen in den Bereichen codierender DNA, sondern auch in den Bereichen die von genomischem Ballast dominiert werden.