Forscher untersuchen die Aufrechterhaltung einer alten chromosomalen Inversion

Genetische Variation ist der ultimative Treibstoff für die Evolution, sagt der Evolutionsgenetiker Zachariah Gompert von der Utah State University. Aber im Laufe der Jahrhunderte wird dieser Treibstoffvorrat im Zuge der natürlichen Selektion und der zufälligen genetischen Drift erschöpft.

Ob und wie genetische Variation auf lange Sicht bestehen bleiben kann, bleibt für Wissenschaftler eine große Frage. Gompert und Kollegen von der Universität Montpellier in Frankreich, dem John Innes Center im Vereinigten Königreich, der Nationalen Autonomen Universität von Mexiko, Querétaro; die University of Nevada, Reno; und die University of Notre Dame veröffentlichen ihre Untersuchung dieser Frage in der Online-Ausgabe vom 12. Juni 2023 Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.

„Wir haben untersucht, wie man genetische Variationen in einer Art aufrechterhält und wie sich solche Variationen auf die Anpassung auswirken“, sagt Gompert, außerordentlicher Professor am Department of Biology der USU und am USU Ecology Center.

Für die Studie untersuchte das Team Stabheuschrecken (Gattung Timema), die sich von verschiedensten Pflanzen ernähren.

„Es gibt mehr als ein Dutzend Timema-Arten im Westen Nordamerikas und sie sind Generalisten, die viele Pflanzenarten fressen können“, sagt Gompert. „Aber eine Art, Timema knulli, ernährt und gedeiht von Redwood-Bäumen, einer der wenigen Pflanzen, von denen andere Timema-Arten nicht so gut oder überhaupt nicht gedeihen können.“

Es scheint, dass T. knulli diese Fähigkeit aufgrund einer chromosomalen Inversion besitzt, also einer Veränderung in der Struktur seines Genoms. Im Gegensatz zu einer Genmutation, bei der es sich um eine Veränderung der DNA-Sequenz handelt, kommt es zu einer chromosomalen Inversion, sagt Gompert, wenn auf zwei Brüche im Chromosom eine 180-Grad-Drehung des Segments und eine Wiedereinfügung an den ursprünglichen Bruchpunkten folgt.

„Bei einer Inversion werden große Teile – in diesem Fall 30 Millionen DNA-Basen – des Chromosoms nach hinten gedreht“, sagt er.

Und diese Umkehrung bei T. knulli, so stellte das Team fest, ist uralt.

„Wir gehen davon aus, dass es vor etwa 7,5 Millionen Jahren geschah“, sagt Gompert. „Und das Coole daran ist, dass T.-Knulli-Populationen immer noch beide Versionen der Allele tragen – das eine, das sich von Mammutbäumen als Wirtspflanze ernährt und gedeiht, und das ursprüngliche, das das Überleben auf der angestammten Wirtspflanze – einer blühenden Pflanze – erhöht kann in der heterozygoten Form besonders günstig sein.“

Umweltheterogenität und Genaustausch zwischen wandernden Stabheuschreckenpopulationen tragen zum Fortbestehen der neuen und angestammten Chromosomenvarianten oder des Polymorphismus bei, sagt er, was den Organismen in einer sich verändernden Welt einen Vorsprung verschaffen könnte, indem es eine fortlaufende Evolution und Anpassung ermöglicht.

„Die Komplexität der evolutionären Prozesse, die diese Inversion beeinflussen, stellt keinen Nachteil dar, sondern sorgt für Widerstandsfähigkeit gegen den Verlust genetischer Variation und kann das langfristige Überleben fördern“, sagt Gompert.