Ein Pilz, der Salamander infiziert, enthält mehrere Kopien der gleichen „springenden Gene“, haben Wissenschaftler entdeckt.
Springende Gene, sogenannte Transposons, können sich selbst „kopieren und einfügen“ und den Organismus beeinflussen.
Die meisten Organismen haben einige sich wiederholende Teile ihrer DNA, von denen einige springende Gene sind, aber das kann schädlich sein – und es gibt Mechanismen, um dies zu verhindern oder einzuschränken.
Die neue Studie unter der Leitung des MRC Center for Medical Mycology an der University of Exeter findet jedoch einen möglichen evolutionären Vorteil dieser springenden Gene in einem Pilz namens Batrachochytrium salamandrivorans (Bsal).
Sie fanden nicht nur verschiedene Versionen dieser springenden Gene, die mehrfach in Bsals Genom wiederholt wurden, sondern das fragliche Gen scheint eine andere Gruppe von Genen dupliziert zu haben, die eine Rolle dabei spielen, wie stark es infizierte Feuersalamander betrifft.
„Bsal und verwandte Pilzarten infizieren weltweit Amphibien und waren für mehr als 90 Artensterben verantwortlich“, sagte Erstautorin Theresa Wacker.
„Bsal infiziert die Haut von Salamandern und Molchen und verursacht schwere Wunden.
„Er tauchte in Asien auf, wo viele Molche und Salamander eine gewisse Toleranz zeigen, aber er hat sich nach Europa ausgebreitet und bewirkt, dass die europäischen Salamanderpopulationen zurückgehen.
„Durch die Verwendung neuer Sequenzierungstechnologien haben wir festgestellt, dass Bsal im Vergleich zu verwandten Arten eine Genomerweiterung erfahren hat – das heißt, es hat jetzt ein größeres Genom mit mehr Genen und auch mehr dieser ‚springenden Gen‘-Transposons.“
Die neue Studie ergab, dass die Fähigkeit springender Gentransposons, sich selbst zu kopieren und einzufügen, wesentlich zu dieser Expansion beitrug.
„Wenn Sie sich das Genom eines Organismus als Bauplan vorstellen, sind Transposons wie viele identische Seiten“, erklärt Wacker.
„Und manchmal werden beim Kopieren und Einfügen auch andere Teile des Buches kopiert.“
Es scheint, dass dieses Kopieren und Einfügen, das durch wiederholtes Springen von Gentransposons verursacht wird, auch einige hautzerstörende Gene amplifiziert hat.
Wenn mehr dieser hautzerstörenden Gene vorhanden sind, kann der Pilz die Haut von Salamandern schneller zerstören, was sie tödlicher macht.“
Der leitende Autor Dr. Rhys Farrer sagte, repetitive DNA, einschließlich springender Gene, werde manchmal als „Junk“-DNA bezeichnet.
„Die meisten Organismen haben ein paar springende Gen-Transposons“, sagte er.
„Beim Menschen machen sie typischerweise weniger als 1 % des Genoms aus, und wir haben Kontrollmechanismen, um zu verhindern, dass dies zunimmt.
„In Bsal machen wiederholt springende Gene etwa 19 % des Genoms aus.
„Transposon-springende Gene können die normale Genfunktion stören und Probleme für den Organismus verursachen – aber für Bsal scheinen die Vorteile aufzuwiegen.“
Das Team forscht nun weiter.
Dr. Farrer sagte: „Diese Art der Genwiederholung ist in der Natur wahrscheinlich weiter verbreitet, als wir derzeit annehmen.
„Wenn es, wie es scheint, dem Erreger einen evolutionären Vorteil verschafft, indem es ihn virulenter macht, ist nicht klar, warum dies nicht viel häufiger vorkommt.“
Die Ergebnisse der Studie werfen ein neues Licht auf die Entwicklung einer großen Amphibienkrankheit, und Dr. Farrer nannte es einen „Paradigmenwechsel“ in Bezug auf die Identifizierung von repetitiven Genominhalten als treibende Kraft hinter ihrer Pathobiologie.
Dem Forschungsteam gehörten Wissenschaftler des Imperial College London an.
Das Papier, veröffentlicht in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciencesträgt den Titel: „Genom-Evolution mit zwei Geschwindigkeiten treibt die Pathogenität bei pilzlichen Krankheitserregern von Tieren voran.“
Mehr Informationen:
Theresa Wacker et al, Genomentwicklung mit zwei Geschwindigkeiten treibt die Pathogenität bei pilzlichen Krankheitserregern von Tieren voran, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2212633120