Genomische Einblicke in die Anpassung von Springmäusen an zweibeinige Fortbewegung und wüstenähnliche Lebensräume

Springmäuse sind eine Abstammungslinie kleiner Nagetiere, die eine atypische, mäuseähnliche Morphologie mit verlängerten, kräftigen Hinterbeinen und kurzen Vorderbeinen aufweisen. Ein Forschungsteam hat kürzlich das Genom der mongolischen Fünfzehenspringmaus (Orientallactaga sibirica) auf Chromosomenebene sequenziert und veröffentlicht. Es umfasst 2,85 GB und enthält 21.074 annotierte proteinkodierende Gene. Vergleichende Genomanalysen und funktionelle Tests in vitro zeigten, dass die genetischen Innovationen sowohl in proteinkodierenden als auch in nichtkodierenden Regionen eine wichtige Rolle bei der morphologischen und physiologischen Anpassung der Springmäuse spielten.

Die Ergebnisse sind veröffentlicht im Journal Wissenschaft China Biowissenschaften.

Proteoglykane (PGs), die während der endochondralen Ossifikation aus Glykosaminoglykanen (GAGs) gebildet werden, sind entscheidende Komponenten für die Knochenentwicklung. Xylosyltransferase (kodiert durch XYLT1 und XYLT2) und Chondroitinsynthasen (kodiert durch CHSY1 und CHSY3) sind wichtig für die Initiierungs- und Verlängerungsprozesse von GAG-Ketten. Die Autoren fanden insgesamt sieben feste Aminosäuresubstitutionen, die in Jerboa XYLT1 und CHSY1 radikale Eigenschaftsänderungen erfuhren.

Darüber hinaus identifizierte das Team eine 11-bp-Springboa-spezifische Segmentdeletion innerhalb eines konservierten nicht-kodierenden Elements (CNE), dessen Zielgen vermutlich XYLT1 ist. Weitere Luciferase-Aktivitätstests unterstützten die mögliche regulatorische Rolle der Expression von XYLT1 bei dieser Deletion. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Knorpelentwicklung und der GAG-Biosynthese-Signalweg zum einzigartigen Gliedmaßenentwicklungsmuster von Springboas beitragen.

Darüber hinaus kann die natürliche Selektion, die auf Gene einwirkt, die mit dem Energiestoffwechsel in Zusammenhang stehen, wie COX6A1, UQCRB und ND5, zusammen mit Variationen in CNEs, die ihnen physisch nahe stehen, zur Wahrnehmung und Reaktion auf reaktive Sauerstoffspezies (ROS) beitragen. Dies wiederum könnte dazu beitragen, Schäden durch oxidativen Stress zu mildern, die durch den hohen Stoffwechselbedarf während des zweibeinigen Hüpfgangs von Springmäusen entstehen.

Darüber hinaus konnte das Team zeigen, dass nach der Divergenz im Übergang vom Eozän zum Oligozän genetische Veränderungen sowohl in den proteinkodierenden als auch in den nichtkodierenden Regionen möglicherweise zur Evolution von Gliedmaßen, Energie- und Wasserstoffwechsel und spezialisierten sensorischen Systemen der Springmäuse führten. Die genetischen Innovationen, die der in dieser Studie beschriebenen Anpassung der Springmäuse zugrunde liegen, liefern weitere Einblicke in die Umweltanpassung und phänotypische Evolution bei Säugetieren.

Diese Studie wurde von den Gruppen von Guang Yang, Shixia Xu und Qiang Qiu vom Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Guangzhou), der Nanjing Normal University und der Northwestern Polytechnical University durchgeführt.