Ein internationales wissenschaftliches Projekt, das die Genome von 240 lebenden Säugetierarten vergleicht, hat transponierbare Elemente (TEs) – Gene, die ihre Position innerhalb eines Genoms ändern können, Mutationen hervorrufen oder umkehren und somit die genetische Identität einer Zelle verändern – als ein entscheidendes Forschungsgebiet identifiziert um den Evolutionsprozess von Säugetieren aufzudecken und die Biodiversität besser zu verstehen. Liliana M. Dávalos von der Stony Brook University ist Mitarbeiterin bei den Analysen von TEs für das Projekt.
Zwei neue Artikel, einer davon in der aktuellen Ausgabe von Wissenschaftund der andere hinein Molekularbiologie und Evolutionmarkieren Sie die Ergebnisse.
In den letzten 100 Millionen Jahren haben sich Säugetiere an praktisch jede Umgebung auf dem Planeten angepasst. Das Zoonomia-Projekt, bei dem Dávalos wissenschaftlich mitwirkt, hat die Vielfalt der Säugetiergenome katalogisiert, indem es vergleichende genomische DNA-Sequenzen von 240 Arten vervollständigt hat. Das Team, das aus mehr als 150 Wissenschaftlern weltweit besteht, hat seine mehrjährige vergleichende Genomanalyse im veröffentlicht Wissenschaft Papier.
Dávalos untersucht, wie sich die Biodiversität im Laufe der Zeit verändert und welche biologischen Prozesse die Biodiversität antreiben. Sie tat sich mit David Ray und seinem Labor an der Texas Tech University zusammen, um die Dynamik von TEs qualitativ zu analysieren.
Die Arbeit beschreibt die TE-Repertoires von 248 plazentaren Säugetieren. TEs machen einen beträchtlichen Anteil aller Säugetiergenome aus, dennoch gibt es große Unterschiede von einer Spezies zur nächsten. Das wissenschaftliche Team weist darauf hin, dass es alles andere als einfach ist, TEs mit Biodiversität in Verbindung zu bringen. Darüber hinaus können TEs mit der Fähigkeit, sich durch das Genom zu bewegen, zur Biodiversität beitragen oder sie auch hemmen.
„Die Bestimmung, wie viele transponierbare Elemente jeder Art in jeder Art vorhanden sind, ist der Schlüssel, um herauszufinden, wie Transposons zur Biodiversität beitragen. Es scheint einfach, diese Zahlen mit der Anzahl der Arten oder ihrer Ökologie in Beziehung zu setzen, aber das ist irreführend“, erklärt Professor Dávalos of Conservation Biology in der Abteilung für Ökologie und Evolution und Co-Autor des Artikels.
„Einige Arten, wie Fledermäuse und Wale, glauben es oder nicht, sind enger miteinander verwandt als mit anderen, wie Fledermäuse und Primaten, also müssen wir diese Beziehung in unsere Statistiken innerhalb der vergleichenden genomischen Säugetieranalysen einbeziehen.“
Die Forscher identifizierten mehr als 25.000 TE-Sequenzen im Säugetiersatz, wobei einige Säugetiere große Teile von TEs in ihrem Genom haben, berechnet über die Zeit für jede Art. Der Durchschnitt lag bei etwa 45 Prozent
Insgesamt kamen sie zu dem Schluss, dass „in Anbetracht der weitreichenden Auswirkungen, die TEs auf die genomische Architektur haben, diese Daten eine wichtige Ressource für zukünftige Untersuchungen der Säugetiergenomik und -evolution sind und Wege für die weitere Untersuchung dieser wichtigen, noch wenig erforschten genomischen Bewohner aufzeigen.“
Im Molekularbiologie und Evolution Aufsatz verwendeten die Autoren neuartige statistische Ansätze zur Bestimmung von Genomsequenzen in Fledermäusen, die von Dávalos entwickelt wurden, um den Platz zu beschreiben, den Fledermäuse in Bezug auf TEs in Säugetieren einnehmen.
Laut der Hauptautorin Nicole Paulat, einer Doktorandin im Ray Lab, fand das Forschungsteam heraus, dass Fledermäuse eindeutig mehr Ereignisse haben, die TE-Übertragungen von einer Art auf eine andere beinhalten. Ein Mechanismus, der solche übermäßigen Übertragungen erklären könnte, sind Viren, eine wichtige Erkenntnis darüber, wie festgestellt wurde, dass mehrere Fledermausarten verschiedene und manchmal gefährliche Viren beherbergen.
Beide Papiere, die auf der Arbeit des Zoonomia-Projekts basieren, veranschaulichen, dass TEs im gesamten Genom der meisten Säugetierarten hochaktiv sind, und aus diesem Grund könnten zukünftige Studien, die sich auf TEs konzentrieren, dazu beitragen, Antworten auf die Biodiversität von Säugetieren weltweit zu liefern. Eine solche Forschung kann auch weitere Hinweise darauf liefern, wie und warum TEs Säugetiergenome stören, wodurch sie die DNA verändern und zu Evolutionsprozessen und/oder der Entstehung von Krankheiten beitragen.
Mehr Informationen:
Austin B. Osmanski et al., Einblicke in die TE-Diversität von Säugetieren durch die Kuration von 248 Genombaugruppen, Wissenschaft (2023). DOI: 10.1126/science.abn1430
Nicole S. Paulat et al, Chiropterans sind ein Hotspot für den horizontalen Transfer von DNA-Transposons in Säugetieren, Molekularbiologie und Evolution (2023). DOI: 10.1093/molbev/msad092