Überraschungen in den Genen von Meeresschildkröten könnten ihnen helfen, sich an eine sich schnell verändernde Welt anzupassen

Vor etwa 100 Millionen Jahren zog eine Gruppe landlebender Schildkröten in die Ozeane und entwickelte sich schließlich zu den Meeresschildkröten, die wir heute kennen. Die genetischen Grundlagen, die es ihnen ermöglicht haben, in den Ozeanen auf der ganzen Welt zu gedeihen, sind jedoch weitgehend unbekannt geblieben.

In einer kürzlich veröffentlichten Studie in der Proceedings of the National Academy of Sciencesein internationales Team von 48 Forschern unter der Leitung der University of Massachusetts Amherst, in Zusammenarbeit mit dem Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung und dem Wirbeltiergenomprojektenthüllte eine unglaublich detaillierte genetische Karte von zwei Arten – Grüne Schildkröte und Lederschildkröte – die voller Überraschungen ist, die der Schlüssel zu ihrem Überleben in einer sich schnell verändernden Welt sein könnten.

Das Genom einer einzelnen Art enthält die genetischen Anweisungen, die zum Aufbau dieser Art verwendet werden, und die Sequenzierung des Genoms jeder Art ist ein enormer Arbeitsaufwand. Das ist vergleichbar mit der Übersetzung einer ganzen Bibliothek in eine für Wissenschaftler lesbare Sprache, was erst in den letzten Jahrzehnten möglich war. Für grüne Meeresschildkröten ist seit 2013 ein „Entwurf“ des Genoms mit etwa 100.000 genetischen Informationen verfügbar.

„Aber“, sagt Blair Bentley, ein Postdoktorand für Umweltschutz an der UMass Amherst und Hauptautor der neuen Studie, „diese Teile der genetischen Information wurden nicht genau kartiert. Es war, als ob Sie in eine Bibliothek gingen und sie fanden 100.000 Seiten liegen auf dem Boden.“

Um die Genome der Schildkröten genauer zu katalogisieren, wandte sich das internationale Team neuen Technologien zu, darunter Long-Read-Sequenzierung – eine Technik, die kürzlich benannt wurde Methode des Jahres 2022 durch die Zeitschrift Natur. Dadurch ist es möglich geworden, Genome praktisch aller lebenden Arten zu sequenzieren, und zwar mit weitaus höherer Genauigkeit als bisher möglich.

Die Sequenzierung der Genome der Schildkröten wurde sowohl an der Rockefeller University im Vertebrate Genome Laboratory (VGL) unter der Leitung von Erich Jarvis, dem Vorsitzenden des VGP, und Olivier Fedrigo, dem Direktor des VGL, als auch am Max-Planck-Institut für Molekulare Forschung durchgeführt Zellbiologie und Genetik von Eugene Myers – alle Co-Autoren der neuen Studie. „Diese Fortschritte ermöglichten es uns, alles nach dem Dewey-Dezimalsystem in die Schublade zu stecken, sodass wir anfangen zu verstehen, wie alles zusammenpasst“, sagt Bentley.

Nachdem Bentley und seine Co-Autoren die genetischen Daten korrekt organisiert und kommentiert hatten, begannen sie, Überraschungen zu finden. Der erste ist, dass, obwohl sich Grün- und Lederschildkröten vor etwa 60 Millionen Jahren von einem gemeinsamen Vorfahren unterschieden, ihre Genome bemerkenswert ähnlich sind.

Ähnlich, aber nicht gleich. „Es sind diese Unterschiede, die sie einzigartig machen“, sagt Lisa Komoroske, Professorin für Umweltschutz an der UMass und eine der beiden leitenden Autoren der Studie. Und diese Unterschiede könnten der Schlüssel zum langfristigen Überleben jeder Art sein, insbesondere wenn man bedenkt, dass die Populationen sowohl von Grünen als auch von Lederschildkröten aufgrund menschlicher Aktivitäten steil zurückgegangen sind.

Es stellt sich heraus, dass grüne Schildkröten mehr Gene entwickelt haben, die der Immunität gewidmet sind, was auf ein Immunsystem hindeutet, das besser auf neue Krankheitserreger vorbereitet ist; sowie mehr Geruchsrezeptoren – sie haben einen besseren Geruchssinn. Das Genom des Lederrückens zeigt auch, dass sie die genetische Vielfalt verringern und historisch gesehen ein geringeres Bevölkerungsniveau hatten.

„Das ist sowohl ein Segen als auch ein Fluch“, sagt Komoroske, „denn es bedeutet, dass Lederrücken zwar eine widerstandsfähige Spezies sind, es aber nicht viel genetische Vielfalt gibt, die sie weiterentwickeln könnten, um den Herausforderungen ihrer sich schnell verändernden Umwelt zu begegnen.“ Erkenntnisse wie diese werden Naturschutzbiologen dabei helfen, fundiertere Entscheidungen darüber zu treffen, wie diese Tiere am besten geschützt werden können, wenn sie sich den Herausforderungen der Anpassung an unseren sich schnell verändernden Planeten stellen müssen.

Je mehr Zeit Bentley und Komoroske mit den Genomen der Schildkröten verbrachten, desto deutlicher wurde außerdem, dass ein Großteil des genetischen Unterschieds zwischen den beiden Arten nicht auf den Makrochromosomen zu finden ist, sondern auf dem, was einst als „genetischer Müll“ galt „: Mikrochromosomen oder kleine genetische Teile, die bei Säugetieren nicht zu existieren scheinen, aber charakteristisch für Vogel- und Reptiliengenome sind.

„Wir haben die meisten Abweichungen zwischen dem Grünen und dem Lederschildkröten auf diesen Mikrochromosomen gefunden“, sagt Camila Mazzoni, Forscherin am Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung und die andere Hauptautorin der Studie, „und unsere Arbeit fließt in die wachsende Wissenschaft ein.“ die Bedeutung von Mikrochromosomen in der Evolution der Wirbeltiere.“