Forscher erforschen das Genom des Schleimaales und rekonstruieren die frühe Genomgeschichte von Wirbeltieren

Eine Studie einer Forschergruppe der University of Kentucky in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern aus vier anderen Ländern wurde in veröffentlicht Natur. Ihre Studie trägt den Titel „Das Schleimaal-Genom und die Evolution der Wirbeltiere.“

Jeramiah Smith, Ph.D., Professor am Fachbereich Biologie des College of Arts and Sciences, arbeitete mit einer internationalen Forschungsgruppe zusammen, um das Genom des Schleimaales zu entschlüsseln und die frühe Evolution von Wirbeltieren besser zu verstehen.

Hagfish sind eine Art kieferloser Fische, die typischerweise in tiefen Meeresgewässern fernab des Sonnenlichts leben. Sie sind Aasfresser, die in Meeresökosystemen eine wichtige Rolle spielen. Diese seltsamen Kreaturen sind vielleicht am besten für ihre Fähigkeit bekannt, große Mengen Schleim zu produzieren, um sich vor Raubtieren zu schützen. Hagfish und Neunaugen sind die einzigen überlebenden kieferlosen Fische.

Welchen Beitrag leisten diese ungewöhnlichen Fische für die Wissenschaft? Ihr genetisches Material half Forschern wie Smith zusammen mit den Postdoktoranden Nataliya Timoshevskaya, Ph.D. und Vladimir Timoshevskiy, Ph.D., ein umfassendes Bild der Evolution des Wirbeltiergenoms zu erstellen und unser Verständnis darüber zu verbessern, wie die große Sammlung von Genen damit zusammenhängt Unsere eigenen Genome entstanden.

Diese Arbeit erweitert Smiths frühere Forschungen zum Genom von Neunaugen.

„In diesem Projekt haben wir das Genom des Braunen Schleimaals analysiert, um einige schwierige Fragen zur frühen Wirbeltierentwicklung zu klären“, sagte Smith. „Wir wissen, dass es mit einer Reihe uralter Polyploidisierungsereignisse einherging – einer genetischen Veränderung, bei der mehr als die üblichen zwei Chromosomensätze in Zellen landen.“

Durch die Untersuchung des Braunen Schleimaales konnten Forscher neue Details von Genomduplikationsereignissen aufklären, die vor der Entstehung moderner Wirbeltiere (Tiere mit Rückgrat oder Wirbelsäule) vor etwa 500 Millionen Jahren bei Wirbeltieren mit und ohne Kiefer auftraten.

Das Forscherteam verglich außerdem die Genome von Schleimaalen und Neunaugen, um die genetischen Veränderungen aufzuzeigen, die die beiden kieferlosen Fische voneinander trennen, sowie die einzigartige Biologie von Schleimaalen.

„Im Laufe der Zeit verloren Schleimaale die Gene, die mit der Entwicklung von Organen wie Augen und Knorpel zusammenhängen“, sagte Smith. „Wir haben jedoch gesehen, dass Schleimaale auch einige Genfamilien erweitert haben, darunter schleimproduzierende Gene.“

Weil sich Schleimaale vor Millionen von Jahren entwickelten, sagte Smith, dass konventionelle Methoden zur Untersuchung der Evolutionsgeschichte oder Phylogenetik den Forschern nicht die Antworten lieferten, die sie suchten.

„Wir nutzten das Schleimaal-Genom und einen neuen Ansatz, der sich auf die Phylogenetik auf Chromosomenebene konzentrierte, um die Geschichte der Polyploidien alter Wirbeltiere vollständig aufzuklären“, sagte Smith. „Auf diese Weise konnten wir auch erstmals eine Sammlung von Genen identifizieren, die auch durch eine natürliche Form der Gentechnik im Schleimaal reguliert werden, der sogenannten „programmierten DNA-Eliminierung“, bei der einige Gene während der Entwicklung gelöscht werden.

„Die Rekonstruktion der frühen Genomgeschichte von Wirbeltieren bietet eine wertvolle Grundlage für das Verständnis, woher die meisten Gene bei Menschen und anderen Tieren stammen und wie Genome im Allgemeinen funktionieren“, sagte Smith. „Diese Forschung erforscht auch die Evolution der Wirbeltiere weiter und gibt uns die Möglichkeit, mehr Details über unsere tiefe Abstammung zu erfahren.“