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Wie sich die Epigenetik auf Umweltreaktionen auswirkt

Tiere, die in extremen terrestrischen Umgebungen leben, bieten Wissenschaftlern eine einzigartige Gelegenheit, ein besseres Verständnis davon zu erlangen, wie Organismen mit der Herausforderung mehrerer Umweltstressoren umgehen. Ein Beispiel hierfür ist der invasive Regenwurm Lumbricus rubellus, der den widrigen Bedingungen standhalten kann, die sich am Geothermalfeld Furnas auf der Azoren-Insel São Miquel bieten.
Wie sich die Epigenetik auf Umweltreaktionen auswirkt
Zu den Bedingungen an dem Geothermalfeld zählen eine hohe Bodentemperatur, außergewöhnlich hohe Kohlenstoffdioxid (CO2)- und niedrige Sauerstoffniveaus und eine erhöhte Metall-Bioverfügbarkeit. Eine solch stressbelastete Umwelt wäre für die meisten Organismen tödlich. Daher wurde im Rahmen einer EU-finanzierten Initiative der Regenwurm L. rubellus untersucht, um zu bestimmen, wie dieser mit seinen Umgebungsbedingungen fertig wird.

Im Rahmen des Projekts EPIWORM (Finding the ghost in the genome: Assessing the contribution of epigenetics to environmental plasticity in the soil sentinel Lumbricus rubellus) wurden Veränderungen in der epigenetischen Landschaft untersucht, welche der Exposition gegenüber Umweltschadstoffen zugrunde liegen. Das Konsortium wollte bestimmen, ob die epigenetische Steuerung ein zusätzlicher Mechanismus bei der Regulierung von Genomreaktionen von Regenwurmpopulationen ist.

Die Projektpartner postulierten, dass sich Umweltstressoren in Form von Schadstoffen direkt auf die Expression spezifischer Gene auswirken. Das Ergebnis ist eine erhöhte phänotypische Plastizität und eine mechanistische Grundlage, welche die Reaktion des Organismus auf stressinduzierende kausative Stimuli unterstützt.

Es wurden zwei Standorte in São Miquel ausgewählt. Der erste Standort war Furnas, der die größten vulkanischen Aktivitäten im gesamten Azoren-Archipel zeigt und der zweite Standort war Macela, der keine vulkanischen Aktivitäten zeigt. Obgleich die Metallkonzentrationen an beiden Standorten ähnlich waren, zeichnete sich der Boden am Furnas-Standort durch eine hohe Temperatur, einen relativen Sauerstoffmangel und ein extrem hohe CO2-Niveau sowie eine damit einhergehende Acidität aus.

Die Forscher bildeten die epigenetischen Veränderungen ab, indem eine Immunpräzipitation mit methylierter DNA an Proben von pulverisierten Regenwürmern durchgeführt wurde. Dies stellte die erste Beschreibung von Methylierungsmustern bei Regenwürmern dar.

Die Daten führten ebenfalls zur Entwicklung von Software, mit der es möglich ist, schnelle investigative Analysen großer epigenetischer Datensätze durchzuführen. Ferner bereiteten die Forscher Verzeichnisse für die small-RNA-Sequenzierung vor und identifizierten erstmals microRNA (miRNA) des Regenwurms Amynthas gracilis. Die miRNA schien wichtig für die Anpassung des Organismus an die vulkanischen Bedingungen zu sein und populationsspezifische regulatorische Funktionen aufzuweisen.

Die Wissenschaftler untersuchten ebenfalls die räumliche Assoziierung epigenetischer Modifikationen mit Loci, welche eine veränderte Expression zeigen, indem RNA-Sequenzierungsdaten erstellt wurden. Hierdurch wurde eine Reihe von Pfaden enthüllt, die mit dem Überleben in einer Multistressorumgebung in Zusammenhang stehen. Dies beinhaltete Gene, welche an der Reaktion des Organismus auf einen Sauerstoffmangel, eine Hyperkapnie, Wärmestress und Metalle beteiligt sind.

Im Zuge von EPIWORM wurde zudem die Epidermis von Regenwürmern in vulkanischen und nicht vulkanischen Böden untersucht, um die funktionale Beziehung zwischen epigenetischen Veränderungen und phänotypischen Reaktionen zu bestimmen. Die Ergebnisse zeigten, dass Regenwürmer in epigenetischer Hinsicht auf Veränderungen reagieren, indem Veränderungen in der Genexpression sowie die basale Sequenzinformation, welche infolge der Anpassung modifiziert wird, reguliert werden.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

Epigenetik, Umweltstressoren, Lumbricus rubellus, EPIWORM, Regenwurm
Datensatznummer: 182894 / Zuletzt geändert am: 2016-06-14
Bereich: Umwelt
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