Insekten beherbergen über tausend Gene von Mikroben, die ihnen beim Überleben helfen

Vor Hunderten von Millionen Jahren könnten Mikroben und Pflanzen Insekten einen evolutionären Vorteil verschafft haben, indem sie Gene durch horizontalen Gentransfer an sie weitergegeben haben. In einer in der Zeitschrift veröffentlichten Studie Zelle Am 18. Juli berichten Forscher, dass mehr als 1.400 Gene von 218 Insektenarten, darunter Schmetterlinge und Motten, von Bakterien, Viren, Pilzen und Pflanzen stammen. Die Studie argumentiert, dass diese Gene für die Insektenevolution wesentlich gewesen sein könnten, indem sie ihnen ermöglichten, vorteilhafte Eigenschaften in Bezug auf Paarungsverhalten, Ernährung, Wachstum und Anpassung an Umweltveränderungen zu entwickeln.

Horizontaler Gentransfer (HGT) ist zwischen Mikroben ziemlich verbreitet. Beispielsweise verwenden Bakterien diesen Mechanismus, um Antibiotikaresistenzgene zwischen Arten zu übertragen, aber Wissenschaftler haben sich in jüngerer Zeit systematisch mit dem Phänomen zwischen Insekten und Mikroben oder Pflanzen befasst.

„Frühere Studien haben gezeigt, dass HGT möglicherweise zur Artenvielfalt der Insekten beigetragen hat, aber niemand wusste, wie groß die Rolle ist, die es in diesem Prozess spielt“, sagt Seniorautor Xing-Xing Shen, Evolutionsbiologe an der Zhejiang-Universität in Hangzhou, China. „Da für unsere Analyse viele hochwertige Insektengenome zur Verfügung stehen, dachte ich, dass jetzt ein guter Zeitpunkt ist, um systematisch zu untersuchen, wie weit HGT in Insekten vorkommt.“

Shens Team an der Zhejiang University startete dieses Projekt in Zusammenarbeit mit Antonis Rokas, einem Evolutionsbiologen an der Vanderbilt University, indem es 218 hochwertige Insektengenomproben sammelte, die 11 von 19 artenreichen Insektenordnungen repräsentieren. Mit den Daten konnten sie einen Evolutionsbaum zeichnen, deplatzierte Gene identifizieren, die häufiger in nichttierischen Genomen vorkommen, und untersuchen, welche Faktoren zum Schicksal von HGT bei Insekten beitragen.

„Überall, wo wir hinsahen, gab es HGT-Ereignisse“, sagt Shen. „Wir wissen jedoch nicht, ob diese Genübertragungen für die Insekten von Vorteil sind oder sogar die Funktionen für die meisten dieser Gene“, sagt Shen. Er holte sich Hilfe von einem anderen Experten – Jianhua Huang, der an der Zhejiang-Universität Insektengenfunktionen untersucht.

„Shen kam mit einer Liste von mehr als 1.400 Genen in mein Büro, und wir mussten uns entscheiden, wo wir anfangen sollten“, sagt Huang. Das Team beschloss, die Funktion des am weitesten verbreiteten fremden Gens ohne bekannte Funktionen bei Insekten zu validieren: LOC105383139.

„Dieses Gen wurde horizontal in fast alle Motten und Schmetterlinge von einem Spender der Bakteriengattung Listeria eingeführt“, berichten sie in der Studie, was bedeutet, dass dieses Gen seit der Zeit der gemeinsamen Vorfahren von Motten und Schmetterlingen vor mehr als 300 im Genom bestanden hat vor Millionen Jahren.

Sie beschlossen, dieses uralte Gen aus Kohlschaben, einem Brokkoli- und Kohlschädling, zu löschen und zu beobachten, welche Funktionen es hat. „Überraschenderweise haben wir gesehen, dass Motten, denen dieses Gen fehlt, nicht viele lebensfähige Eier produzieren können“, sagt Huang. „Dann fanden wir heraus, dass das Gen das männliche Balzverhalten beeinflusst.“

Die Gruppe plant, mehr Forschung über die Mechanismen zu betreiben, die dahinterstecken, wie dieses Gen Insekten dabei hilft, sich effektiver zu paaren, und ob es als Werkzeug zur Schädlingsbekämpfung genutzt werden kann.