Forscher sequenzieren das Genom der Maurischen Landschildkröte

Wie bei vielen bedrohten Landschildkrötenarten fehlte auch bei der Spornschildkröte das vollständige Genom. Nun ist es Forschern der Ökologieabteilungen der Miguel Hernández-Universität Elche (UMH) und der Universität Alicante (UA) erstmals gelungen, das Genom der Spornschildkröte zu sequenzieren, wobei sie das Genom einer anderen eng verwandten amerikanischen Landschildkröte als Referenz verwendeten.

Die Ergebnisse, veröffentlicht In Plus Einswird es der wissenschaftlichen Gemeinschaft ermöglichen, den Schutz dieser gefährdeten Tiere zu unterstützen.

Die Spornschildkröte (Testudo graeca) ist eine der bekanntesten Landschildkrötenarten im Mittelmeerraum. Auf der Iberischen Halbinsel gibt es zwei Hauptpopulationen der Spornschildkröte: eine im Südosten, vom Norden Almerías bis in den Süden Murcias, und eine weitere im Doñana-Nationalpark. Die Art ist in Andalusien vom Aussterben bedroht und wird vom Regionalministerium Murcia und dem Umweltministerium im Katalog der bedrohten Arten aufgeführt.

„Das Verständnis der genetischen Vielfalt von Tieren kann für den Schutz von Arten wie der Maurischen Landschildkröte sehr nützlich sein, denn je mehr wir wissen, desto besser können wir verstehen, wie sich diese Tiere an ihre Umwelt angepasst haben oder welche Kapazitäten sie haben, um dem Klimawandel zu begegnen“, erklärt Andrea Mira Jover, Forscherin an der UMH und Hauptautorin der Studie.

In den letzten Jahren, fügt Mira-Jover hinzu, hat die Naturschutzbiologie ein vielversprechendes Instrument eingesetzt: die Genomsequenzierung. Ein Genom ist der vollständige Satz von DNA-Anweisungen, der in einer Zelle zu finden ist. Bei der Sequenzierung eines Genoms werden alle genetischen Informationen gelesen, die für eine Art repräsentativ sind. So werden beispielsweise bestimmte Gene identifiziert und in Chromosomen organisiert.

Die Beschreibung des Genoms dieser Art ist ein entscheidender wissenschaftlicher Meilenstein, da nur sehr wenige Schildkröten auf diesem Niveau beschrieben wurden.

„Diese Ergebnisse werden ein Ausgangspunkt sein, um die Evolutionsgeschichte der Art besser zu verstehen und Fragen im Zusammenhang mit ihrer Lebensgeschichte zu beantworten, wie zum Beispiel das Geheimnis ihrer Langlebigkeit“, bemerkt UA-Forscher Roberto Rodríguez-Caro. Darüber hinaus, fügt er hinzu, werde die Veröffentlichung dieses Referenzgenoms wichtige Instrumente für ihren weltweiten Schutz liefern, da die Art von der International Union for Conservation of Nature (IUCN) als gefährdet eingestuft wird und konkrete Maßnahmen zum Schutz ihrer Populationen in Zukunft erforderlich sind.

Rodríguez-Caro vom Institut für Ökologie der UA untersucht diese Art seit 15 Jahren und sammelt in Zusammenarbeit mit verschiedenen nationalen und internationalen Forschungszentren Informationen zu ihrer Ökologie, ihrem Schutz und ihrer Genetik.

Zur Gewinnung vollständiger Genome gibt es unterschiedliche Techniken, je nachdem, ob die genetische Information in langen oder kurzen Fragmenten gelesen wird.

„Wenn die gesamte DNA neu wäre, würden einige Techniken lange Sätze lesen, während andere einzelne Wörter identifizieren würden“, erklärt Mira-Jover. Techniken mit langen Leselängen sind effektiver für die Zusammenstellung von De-novo-Genomen – also die Organisation von DNA-Sequenzen ohne vorherige Referenz –, aber sie sind immer noch zu teuer. Mit anderen Methoden können jedoch mithilfe von Techniken mit kurzen Leselängen vollständige Genome erhalten werden, indem die Genome eng verwandter Arten referenziert werden.

„Der Roman ist in diesem Fall nicht in langen Sätzen, sondern in einzelnen Wörtern geschrieben“, stellt der UMH-Forscher klar.

Diese Methode, die als „Referenzassemblierung“ bekannt ist, ist besonders nützlich bei Arten mit langsamer Evolution, was bedeutet, dass ihre genetische Veränderungsrate niedrig ist. Sie behalten die gleiche Genanordnung bei, was als „hoch syntenische Gruppen“ bezeichnet wird. Um die neue Metapher zu verwenden: Wenn nur einzelne Wörter zur Verfügung stehen, um die Genetik einer Art zu beschreiben, können Sätze aus einem ähnlichen Buch herangezogen werden, um das Genom zu vervollständigen.

„Ein Beispiel für sich langsam entwickelnde Organismen sind Schildkröten, wissenschaftlich bekannt als Schildkröten oder Testudines“, erklärt Eva Graciá, Forscherin an der UMH, Studienleiterin und Präsidentin der spanischen Herpetologischen Gesellschaft. „Schildkröten sind eine alte und vielfältige taxonomische Gruppe, zu der Süßwasser-, Meeres- und Landschildkröten gehören, aber ihre genomische Organisation ist sehr ähnlich“, betont sie und fügt hinzu, dass „Schildkröten sich im Laufe der Geschichte sehr langsam entwickelt haben und ihre Gene ähnlich sind und sich an derselben Stelle auf den Chromosomen befinden.“

Landschildkröten (Testudinidae) bilden die am stärksten gefährdete Familie. Allerdings sind nur fünf Referenzgenome verfügbar, im Vergleich zu 33 für Meeres- und Süßwasserschildkröten. Angesichts dieser Situation benötigt die wissenschaftliche Gemeinschaft mehr Ressourcen, um die Populationen der Landschildkröten zu schützen.

Aus diesem Grund haben Forscher der Abteilung Ökologie der UMH mithilfe von Short-Read-Sequenzierungstechniken das erste Referenzgenom auf Chromosomenebene für die Spitzohrschildkröte erstellt. Sie verwendeten das bekannte Genom von Gopherus evgoodei, der Sinaloa-Dornschildkröte, die in den Wüsten der Vereinigten Staaten und Mexikos heimisch ist.

Stellt man sich die DNA-Doppelhelix als Wendeltreppe vor, besteht jede Stufe der Treppe aus sogenannten „Basenpaaren“, die kleinere Moleküle enthalten. Die Größe eines vollständigen Genoms wird anhand der Anzahl der Basenpaare gemessen. Das menschliche Genom beispielsweise hat 3,2 Milliarden Basenpaare, die etwa 25.000 Gene enthalten.

Mithilfe verschiedener bioinformatischer Techniken analysierten die Forscher ein 2,2 Milliarden Basenpaare umfassendes Genom der Spitzohrschildkröte, das fast 26.000 Gene enthält. Sie führten auch eine demografische Rekonstruktion durch, um die Evolutionsgeschichte der Art zu verstehen.

„Diese Analyse deutet auf ein sehr ähnliches Evolutionsmuster hin wie das, was wir bereits mit anderen Techniken in früheren Studien beobachtet haben“, betont Andrés Giménez, Professor für Ökologie an der UMH und Autor der Veröffentlichung.

Dieses Referenzgenom wird dazu beitragen, Fragen zur Evolutionsgeschichte der Maurischen Landschildkröte zu beantworten und interessante Gene in zukünftigen Studien zu untersuchen. Es wird auch ein wertvolles Instrument sein, um bessere Entscheidungen zum Artenschutz zu treffen. Darüber hinaus wird der Rest der wissenschaftlichen Gemeinschaft Zugang zum Genom der Maurischen Landschildkröte haben und damit einen wichtigen Beitrag zu einem Forschungsgebiet mit begrenzten Ressourcen leisten.