Genomische Attribute, die durch bestimmte lebensgeschichtliche Merkmale bei neoavianischen Vögeln erklärt werden

Mutationen sind der Rohstoff der Evolution. So kann beispielsweise eine einzige Veränderung in einem DNA-Basenpaar dazu führen, dass ein Proteinmolekül seine Funktion verliert, mit möglicherweise erheblichen Auswirkungen auf den Gesamtorganismus. Mutationen – und insbesondere solche, die keine großen Auswirkungen haben – können jedoch auch einen Wegweiser liefern, um festzustellen, ob es ein Muster in der Evolution genomischer Attribute wie Nukleotidsubstitutionen gibt.

In einer kürzlich veröffentlichten Studie in Wissenschaftliche Fortschritteenthüllte Prof. Lei Fumin vom Institut für Zoologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften zusammen mit Forschern des Chicago Field Museum und der Zhejiang University, dass genomische Attribute mit lebensgeschichtlichen Merkmalen bei Neoaves, der Vogelgruppe, die über 95% ausmacht, korrelieren aller vorhandenen Vogelarten.

Bereits 1993 fanden Martin und Palumbi heraus, dass kleinere Tiere, sowohl Endotherme als auch Ektothermen, mehr Veränderungen in den DNA-Sequenzen bestimmter Gene aufweisen als größere Tiere. Basierend auf diesen Ergebnissen vermuteten die Wissenschaftler, dass lebensgeschichtliche Merkmale wie Stoffwechselrate und Generationszeit, die beide eng mit der Körpermasse skaliert sind, die Rate beeinflussen könnten, mit der Mutationen produziert und somit akkumuliert werden.

Mit anderen Worten, da die Stoffwechselrate (oder Körpermasse) und die Generationszeit verschiedene Aspekte der Mutationserzeugung widerspiegeln können, können wir erwarten, dass die Anhäufung von Mutationen, die unterschiedlich erzeugt werden, mit verschiedenen Merkmalen der Lebensgeschichte zusammenhängt.

Mit Fortschritten in der Genomsequenzierungstechnologie und reichhaltigen Langzeitdaten, die über die lebensgeschichtlichen Merkmale von Vögeln gesammelt wurden, sind Wissenschaftler nun in der Lage, dieses Problem aus einer etwas anderen genomischen Perspektive anzugehen. Anstatt beispielsweise Veränderungen in Basenpaaren von DNA-Sequenzen zu untersuchen, betrachteten die aktuellen Forscher eine Reihe von genomischen Attributen, die möglicherweise Mutationen darstellen, die durch verschiedene Prozesse erzeugt wurden.

In dieser Studie untersuchten die Forscher unter Verwendung von mehr als 200 Gesamtgenomsequenzen, die das Bird 10.000 Genomes Project in den letzten zehn Jahren produziert hat, die Länge von orthologen Mikrosatelliten, transponierbaren Elementen und DNA-Deletionen. Sie untersuchten speziell, wie diese genomischen Merkmale mit der Generationszeit und der Körpermasse korrelieren. Da transponierbare Elemente und DNA-Deletionen auch die Expansion und Kontraktion der Genomgröße vorantreiben, untersuchten die Forscher auch die Beziehung zwischen diesen beiden genomischen Merkmalen und der Variation der Genomgröße.

Unter Verwendung statistischer Modelle fanden die Forscher Unterstützung für einen Zusammenhang zwischen der Generationszeit und der Länge orthologer Mikrosatelliten und transponierbarer Elemente bei neoavianischen Vögeln (ausgenommen Sperlingsvögel). Sie fanden auch Unterstützung für einen Zusammenhang zwischen Körpermasse und der Länge der DNA-Deletionen bei denselben Vögeln.

Bei Singvögeln hingegen ist das Muster weniger signifikant. Dennoch wird ein Zusammenhang zwischen Generationszeit und der Länge von DNA-Deletionen unterstützt.

Der Beitrag von DNA-Deletionen zur Evolution der Genomgröße ist laut Prof. Lei ähnlich dem von transponierbaren Elementen.

Diese Studie hebt die Verbindung zwischen lebensgeschichtlichen Merkmalen und genomischen Attributen hervor. Insbesondere zeigt es, dass kleinere Vögel mehr DNA-Deletionen anhäufen und kleinere Genome haben.