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Epigenetics of Canine Domestication from the Upper Paleolithic onwards

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Was kann uns ein 14 000 Jahre alter Welpe über die Auswirkungen von Domestizierung und Umweltbelastung auf die DNA verraten?

Insbesondere Pflanzen belegen, dass epigenetische Veränderungen, die in einzelnen Organismen durch Umweltbelastung verursacht werden, von Generation zu Generation weiter vererbt und fest in der DNA verankert werden können. Würden widrige Umweltbedingungen, denen junge Hunde ausgesetzt sind, in Kombination mit Tierzucht Spuren dieser epigenetisch vermittelten Evolution zeigen? Ein Projekt wollte die Antwort auf diese Frage finden.

Grundlagenforschung

DNA-Methylierungsmuster (die bestimmen, ob ein Gen „angeschaltet“ oder „ausgeschaltet“ wird) sind die epigenetische Modifikation, die am häufigsten infolge von Umweltbelastung zu beobachten ist. Während dies bei Pflanzen eindeutig festzustellen ist, mehren sich die Beweise dafür, dass es auch bei Tieren der Fall ist. Um das herauszufinden und das Verhältnis zwischen stressinduzierter Modifikation und den DNA-Methylierungsmustern zu analysieren, die durch frühe Domestizierung hätten verursacht werden können, untersuchte EpiCDomestic Knochenfragmente. Eine Sammlung solcher Überreste aus verschiedenen Umgebungen (Dänemark, Grönland und Sibirien), die einen großen Zeitraum umfasst, der vom Jungpaläolithikum (vor etwa 30 000 Jahren) bis zum zweiten Jahrtausend der gemeinsamen Zeitrechnung reicht, gab Projekt EpiCDomestic die Chance zur Identifizierung molekularer Variationen, bei der die Domestizierung verschiedene regionale Entwicklungsrichtungen einschlug. „Wir müssen mit dem arbeiten, was wir haben“, sagt der leitende Forscher Dr. Oliver Smith, der die Forschung mit Unterstützung durch das Marie-Skłodowska-Curie-Programm durchführte. „In den meisten Fällen waren das Knochen. Wir suchten nach etwas, das vor allen Dingen mit der Skelettmorphologie zu tun hat, doch diese Art von Arbeit führt stets zu unerwarteten Ergebnissen – daher betrachten wir alle Gene mit bekannten Funktionen.“ Eine der Herausforderungen, denen die Forscher gegenüberstanden, war die Tatsache, dass sich die Muster einer epigenetischen Modifikation zwischen Individuen, zwischen den verschiedenen Geweben des Individuums und selbst zwischen verschiedenen Zellen unterscheiden. Dadurch ist es schwierig, ein zusammenhängendes Bild zu erstellen. Um es so einfach wie möglich zu halten, entschied sich das Team dazu, für jede Probe die gleiche Art von Gewebe zu verwenden. „Der Großteil des archäologischen Gewebes sind Knochen, also dachten wir, wir könnten auf Gene achten, die mit morphologischen Entwicklungen verbunden sind, die zumindest anfangs relevant für Züchtungszwecke sind. Eine Ausnahme hierzu stellte ein 14 000 Jahre alter Welpe dar, der von einer domestizierten Hündin aus Tumat, einem Dorf in Sibirien, zur Welt gebracht wurde.“ Die Überreste waren so gut erhalten, dass Dr. Smith die Chance hatte, die Frage von einem anderen Blickwinkel heraus anzugehen. „Da dies eine große Gelegenheit war, versuchten wir herauszufinden, ob das Epigenom von verschiedenem Gewebe zu dem entsprechenden Transkriptom passen könnte – das heißt, ob der ‚eingeschaltete oder ausgeschaltete‘ Zustand der Gene in Bezug auf das entsprechende Gewebe zu dem exprimierten Niveau der Gene passen würde, die wir in der RNA (Transkriptom) sahen.“ Die Forschung hat zwar erst vor Kurzem begonnen, doch die erste Analyse der Forscher führte sie zur Überzeugung, dass es selbst nach einer so langen Zeit noch möglich ist, diese komplementären Signale herauszufiltern. „Dies sind vor allem vorläufige Analysen und wir befinden uns in unbekannten Gewässern, sodass wir noch keine großen Behauptungen aufstellen können.“ Dr. Smith fügt hinzu: „Diese innovative Arbeit ist jetzt dank unseres verbesserten Verständnisses alter DNA möglich, insbesondere dafür, wie diese beschädigt und abgebaut wird.“ Forschern wurde erst vor Kurzem bewusst, dass sie diese Schadensmuster als Leitfaden für die DNA-Methylierung nutzen könnten. Dies wurde teilweise bereits bei Menschen wie dem Neandertaler und Denisova-Menschen getan. Dr. Smith arbeitete außerdem vor Kurzem an Gerste. „Doch die Arbeit wurde eher als Konzeptnachweis als vor dem Hintergrund einer bestimmten Evolutionsfrage durchgeführt“, erklärt er. Die Forschung auf dem Gebiet nimmt jetzt an Fahrt auf, sodass durch die Analyse solcher Schadensmuster weitere interessante Aspekte der DNA-Methylierung beleuchtet werden könnten. Dr. Smith interessiert sich vor allem für den Aspekt der alten RNA: „14 000 Jahre alte RNA von tierischem Gewebe, die hinreichend erhalten geblieben ist, um biologisch bedeutungsvolle gewebespezifische Profile aufzuzeigen, ist ein methodischer Meilenstein. Wenn wir die große Anzahl an RNA-Viren, zum Beispiel HIV, Tollwut und Masern, betrachten, haben wir möglicherweise eine neue und spannende Quelle biomolekularer Informationen über die Vergangenheit.“

Schlüsselbegriffe

EpiCDomestic, epigenetisch, stressinduzierte Modifikation, DNA-Methylierungsmuster, biomolekulare Information, Jungpaläolithikum, alte RNA

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