Die molekularen Prozesse hinter der Anpassung
Aktuelle Verfahren für das Studium der Anpassung basieren oft auf einem a priori-Kandidaten-Gen oder auf der Suche nach Signalen für eine Selektion auf DNA-Ebene. Die kann jedoch zu einem unausgewogenen und unvollständigen Bild der Vorgänge hinter der Anpassung führen. Dieser Herausforderung hat sich das Projekt ADAPT_EVOL (The molecular process and functional consequences of adaptation) angenommen, welches die Transposable Element (TE)-induzierte Anpassung bei der gemeinen Fruchtfliege (Drosophila melanogaster) untersuchte. TE ist eine DNA-Sequenz, die ihre Position innerhalb eines Genoms ändern kann, während sie manchmal Mutationen erstellt oder umkehrt. Forscher identifizierten adaptive TE-Insertionen bei natürlichen Populationen an verschiedenen geografischen Standorten. Daher wurde ganze Genomsequenzen in Form von 27-Stämmen aus Schweden und 16 Stämmen aus Süditalien gesammelt. Die Analysen dieser 43-Genome zusammen mit den Analysen von 141 Stämmen aus North Carolina (USA) und 20 Stämmen aus einer Population in Ruanda ermöglichten den Wissenschaftler, 39 mutmaßlich adaptive TE zu identifizieren. Es wurde festgestellt, dass diese 39 TE bei der Population aus Ruanda entweder in niedriger Häufigkeit auftraten oder fehlten, während sie bei den Populationen außerhalb von Afrika häufig auftraten. Dies deutete darauf hin, dass diese speziellen TE an der Anpassung an die Umwelt außerhalb von Afrika beteiligt sind. Es wurde postuliert, dass 15 der 39 mutmaßlich adaptiven TE eine höhere Häufigkeit infolge der positiven Selektion haben. Weitere Untersuchungen der molekularen Mechanismen und Fitness von sechs mutmaßlich adaptive TE ergaben, dass fünf wurden an der Stressreaktion und zwei an der kalten Stressantwort beteiligt sind. Darüber hinaus war ein TE an der oxidativen Stressantwort beteiligt, eines an der Schwermetall-Stress-Reaktion und eines an der xenobiotischen Stressantwort. ADAPT_EVOL zeigt, dass die Fähigkeit, eine stressige Umgebung zu bewältigen ein wichtiges adaptives Merkmal bei natürlich vorkommenden D. melanogaster Populationen ist. Es wurde festgestellt, dass 2 der 6 adaptiven TE sich auf die Struktur und die Expression des benachbarten Gens auswirken, wobei drei weitere nur die Expression beeinflussen. Das Projekt hat gezeigt, dass TE ein nützliches Werkzeug für das Studium der Anpassung bei natürlichen Populationen ist. Da sie in praktisch allen bisher untersuchten Organismen vorhanden sind, ist die Rolle der TE bei der adaptiven Evolution sehr wahrscheinlich nicht auf Fruchtfliegen beschränkt.
Schlüsselbegriffe
Anpassung, Evolutionsbiologie, DNA, ADAPT_EVOL, Transposon-Element, Drosophila melanogaster,Bevölkerung, adaptive Evolution
