Schlangen und Mäuse sehen nicht gleich aus. Aber vieles, was wir über die Hautfärbung und -musterung bei Wirbeltieren im Allgemeinen, einschließlich bei Schlangen, wissen, basiert auf Labormäusen. Es gibt jedoch Grenzen für das, was Mäuse uns über andere Wirbeltiere sagen können, da sie nicht alle die gleichen Arten von farbproduzierenden Zellen haben, die als Chromatophoren bekannt sind. Zum Beispiel haben Schlangen eine Art Chromatophor namens Iridophoren, die durch Reflexion von Licht schillernde Farben erzeugen können.
Um ein besseres Verständnis der genetischen Grundlage der Färbung bei Wirbeltieren zu erlangen, kombinierte ein von der McGill University geleitetes Forschungsteam eine Reihe von Techniken (Gesamtgensequenzierung, Genbearbeitung und Elektronenmikroskopie), um Farbvariationen und Muster in den Wirbeltieren genauer zu untersuchen Hautabwurf von in Gefangenschaft gezüchteten Königspythons. Sie waren in der Lage, ein bestimmtes Gen (tfec) zu identifizieren, das eine entscheidende Rolle bei der Pigmentierung von Reptilien im Allgemeinen und insbesondere in einer klassischen Farbvariante spielt, die bei Wirbeltieren vorkommt und sich durch weiße Flecken auszeichnet, dem Schecken.
Crowdsourcing biologischer Daten mit Hilfe von Schlangenzüchtern
Der Verkauf von in Gefangenschaft gezüchteten Reptilien ist allein in den USA eine 1,4-Milliarden-Dollar-Industrie. Über 4,5 Millionen amerikanische Haushalte halten Reptilien, und fast jede fünfte davon sind in Gefangenschaft gezüchtete Schlangen. Aufgrund der spektakulären Farbvariationen, die durch Zucht in Gefangenschaft entstehen, kann eine einzelne Königspythonschlange (Python regius – ursprünglich in West- und Zentralafrika vorkommend) für Zehntausende von Dollar verkauft werden.
„Königspythonen zeigen unglaubliche Variationen in der Hautfarbe und -musterung, was Teil ihrer Attraktivität für Hobbyisten ist, sie aber auch wirklich nützlich für Forscher macht, die die genetischen Grundlagen der Färbung verstehen wollen“, sagt Rowan Barrett, Interimsdirektor von Redpath der McGill University Museum, dem Canada Research Chair in Biodiversity Science und leitender Autor des jüngsten Artikels in Current Biology.
„Der Heimtierhandel hat einen riesigen Pool an Farbvariationen geschaffen, die es sonst nicht gegeben hätte. Dies stellt uns einen Katalog zur Verfügung, mit dem wir die vielen Möglichkeiten herausfinden können, wie Gene die erstaunliche Vielfalt an Farben, Flecken und Streifen erzeugen, die wir bei verschiedenen Tieren sehen. “
Gen-Editierung bestätigt die Rolle der Mutation bei der Färbung von Reptilien
Um die Gene zu identifizieren, die ein bestimmtes Merkmal kontrollieren, suchen Wissenschaftler nach genetischen Varianten, die bei Tieren vorhanden sind, die das Merkmal aufweisen, und bei Tieren, die es nicht haben, fehlen. Unter Verwendung von Hautschuppen, die von Schlangenzüchtern gesammelt wurden, fand Barretts Team heraus, dass gescheckte Schlangen dieselbe Mutation im tfec-Gen trugen.
Ein häufiges Problem für Wissenschaftler ist jedoch, dass das Finden einer Korrelation zwischen einem Gen und einem bestimmten Merkmal, wie z. B. dem Piebaldismus, keine Kausalität impliziert. Um diese funktionelle Verbindung herzustellen, arbeiteten die McGill-Forscher mit dem Labor von Doug Menke an der University of Georgia zusammen, um tfec in einer anderen Reptilienart, der braunen Anolis-Eidechse, mithilfe der Gen-Editing-Technologie CRISPR zu modifizieren. Sie fanden heraus, dass gentechnisch veränderte Eidechsen tatsächlich eine veränderte Färbung aufweisen, was beweist, dass Mutationen an tfec Veränderungen an farbproduzierenden Zellen verursachen.
„Unsere Forschung fördert das Wissen über die Genetik der Färbung von Wirbeltieren im Allgemeinen und insbesondere über die Entwicklung schillernder Zellen, die nicht so viel untersucht wurden wie andere Farbwege“, fügt Alan Garcia-Elfring, Ph.D. Student in McGill’s Biology Department und der erste Autor des Papiers.
„Es hebt auch die potenziellen Vorteile der Zusammenarbeit mit nicht-akademischen Gemeinschaften wie Königspythonzüchtern hervor, um Entdeckungen in der Grundlagenforschung zu beschleunigen. Unsere Aufgabe ist es an dieser Stelle, herauszufinden, welche anderen Mutationen all diesen in Gefangenschaft beobachteten Variationen zugrunde liegen und wie diese Mutationen interagieren. Es ist eine aufregende Zeit sowohl für Forscher als auch für Reptilien-Hobbyisten.“
Die Studie wird in der Zeitschrift veröffentlicht Aktuelle Biologie.
Mehr Informationen:
Alan Garcia-Elfring et al, Piebaldismus und Chromatophorentwicklung bei Reptilien sind mit dem tfec-Gen verbunden, Aktuelle Biologie (2023). DOI: 10.1016/j.cub.2023.01.004