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20. May 2019

Aktenzeichen “X/Y Polarbär” gelöst

Ein Wissenschaftlerteam rund um Prof. Axel Janke vom Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum in Frankfurt hat erstmalig den männlichen Teil des Eisbärgenoms rekonstruiert. Die Forscher konnten 1,9 Millionen Basenpaare den Y-Chromosomen der Polarbären zuordnen. Sie zeigen in ihrer heute im Fachjournal „Genome Biology and Evolution“ veröffentlichten Studie, dass sich vor mehr als 100.000 Jahren zwei genetische Gruppen männlicher Eisbärlinien auseinander entwickelt haben.

Der Eisbär ist das größte an Land lebende Raubtier auf der Erde und nicht zu übersehen. Die Erforschung der Arktisbewohner ist dennoch schwierig: Eisbären leben und sterben auf dem Meereis, ihre Überreste sind selten auffindbar. „Um dennoch Einblicke in die evolutionäre Entwicklung von Ursus maritimus zu erhalten, verwenden wir daher anstelle von Fossilien das Erbgut “, erklärt Prof. Axel Janke vom Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum in Frankfurt.

Große Teile des Y-Chromosoms des Eisbären wurden erstmals entschlüsselt. Image credit: © Senckenberg/Janke

Große Teile des Y-Chromosoms des Eisbären wurden erstmals entschlüsselt. Image credit: © Senckenberg/Janke

Der Evolutionsbiologe und Genetiker hat gemeinsam mit seinem Doktoranden und Erstautoren der Studie Tobias Bidon und weiteren Wissenschaftlern erstmals große Teile des Y-Chromosoms der Eisbären rekonstruiert. „Das gesamte Genom eines Organismus zu sequenzieren ist heutzutage relativ schnell und kostengünstig möglich“, erläutert Janke. Für solche umfassenden Genomprojekte wurden bislang oft nur weibliche Tiere herangezogen. Das spezielle Chromosom männlicher Tiere – das Y-Chromosom – wurde bisher vernachlässigt. Bidon hierzu: „Das ist insofern überraschend, da das Y-Chromosom ein wichtiger Bestandteil des Säugetiergenoms ist. Er wird nur von Männchen zu Männchen vererbt und liefert damit wichtige Erkenntnisse über die geschlechtsspezifische Evolutionsgeschichte und Populationsdynamik.“

Dem Frankfurter Forscherteam gelang es nun aus Billionen anonymer Sequenzabschnitte jene zu identifizieren, die dem Y-Chromosom der Eisbären zuzuordnen sind. Dabei machten sie es sich zu nutze, dass das Y-Chromosom in nur einer Kopie im Männchen vorliegt und im weiblichen Tier gänzlich fehlt, während alle anderen Chromosomen in zweifacher Kopie vorliegen. „Mit dieser ‚Auschluss-Methode‘ konnten wir insgesamt 1,9 Millionen Basenpaare des männlichen Erbgutes identifizieren“,  ergänzt Janke.

Durch die Analyse der fast zwei Millionen Y-Chromosom-Nukleotide der Eisbären identifizierten die Senckenberger Wissenschaftler zwei genetische Gruppen männlicher Eisbärlinien, die sich nach ihren Berechnungen vor über 100.000 Jahren auseinander entwickelten. „Individuen beider genetischer Gruppen finden wir heute in verschiedenen arktischen Regionen – von Alaska bis Spitzbergen“, erzählt Bidon. Dies bestätigt die Vermutung, dass Eisbären über gewaltige Distanzen wandern und so ihr genetisches Material in der gesamten Arktis verteilen.

Wir hoffen mit unserer Methode in Zukunft auch von anderen Tieren große Teile des Y-Chromosoms rekonstruieren zu können, um damit die väterliche Vererbung zu studieren“, gibt Janke einen Ausblick auf weitere Projekte.

Publikation
Bidon, T., Schreck, N., Hailer, F., Nilsson, M., & Janke, A. (2015). Genome-wide search identifies 1.9 megabases from the polar bear Y chromosome for evolutionary analyses. Genome biology and evolution. Article Doi: 10.1093/gbe/evv103

*Source: Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung

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