Das Verhalten von springenden Genen

Das Leben ist ein unerbittlicher Kampf ums überleben. Zum Beispiel Parasiten leben auf Kosten ihrer Wirte und die Wirte versuchen die Parasiten loszuwerden. Es überrascht viele, das dieser Kampf auch in unserem Erbgut tobt. Parasitische DNA, oder auch transponierbare Elemente (TEs) genannt, breitet sich in unserem Erbgut aus selbst wenn uns das krank machen sollte. Diese TEs vermehren sich sehr erfolgreich und machen 50% unseres menschlichen Erbgutes aus.TEs breiten sich nicht nur innerhalb von Arten, sondern auch zwischen Arten aus. Ein eindrucksvolles Beispiel sind die blutsaugenden Käfer Rhodnius prolixus welche einiger ihrer TEs an das Opossum übertragen haben. Nachdem ein TE eine neue Art infiziert hat breitet es sich aus, wobei eine ungezügelte Vermehrung aber zum Aussterben der Art führen würde. Daher haben Organismen unterschiedliche Mechanismen entwickelt um diese TEs zu stoppen. Es wird angenommen das ein TE in den meisten Arten gestoppt wird sobald das TE in bestimmte Regionen des Erbguts springt, die sogenannten piRNA Cluster. Diese Cluster kann man sich wie Fallen im Genom vorstellen die nur darauf lauern dass ein TE hineinspringt. Sobald ein TE in ein Cluster springt werden kurze RNA Stücke produziert welche das TE deaktivieren. Neueste Forschungsergebnisse werfen aber Zweifel an diesem Modell auf und deshalb sind wir uns im Moment nicht sicher ob wir die wichtige Frage wie TEs nun eigentlich vom Wirt deaktiviert werden überhaupt verstehen.Wenn dieses Fallenmodel stimmt dann sollten - lauter unserer Computersimulationen - die piRNA Cluster zwei Kopien von einem jeden TE haben (es gibt viele verschiedene TEs). Weiters sollte die Zusammensetzung der piRNA Cluster innerhalb einer Population stark variieren. In diesem Projekt werden wir diese Hypothese in zwei Fruchtfliegenarten testen. Wir werden das Erbgut von mehreren Fliegen einer jeden Art mittels der neuesten Sequenziertechnologie, der sogenannten long-read Technologie, entschlüsseln. Diese Technologie ermöglicht es erstmals die hoch repetitiven piRNA cluster fehlerfrei zu entschlüsseln.Eine weiter wichtige Frage ist ob nur der Wirt TEs bekämpft oder ob auch andere Faktoren einen wichtigen Beitrag leisten um TEs zu bremsen. Zum Beispiel ist es möglich das negative Selektion viele TE Insertionen aus einer Population entfernt. Das kann man sich leicht Vorstellen wenn man zum Beispiel annimmt das eine jede Kopie eines TEs eine Fliege weniger sexy macht. Fliegen mit vielen TEs würden dann sehr hässlich sein und es schwer haben einen Partner zu finden. Diese Fliegen würden dann im Endeffekt auch weniger Kinder in die Welt setzen. Dadurch werden Fliegen mit vielen TEs benachteiligt und die Anzahl an TEs wird sich in der Population verringern. Solche negative Selektion hinterlässt Spuren im Erbgut welche man leichter identifizieren kann wenn das Erbgut mittels neuester Sequenziertechnologie entschlüsselt wurde. Dazu werden wir das sequenzierte Erbgut von mehreren Fliegen verwenden (siehe oben). Weiters werden wir eine neue Software entwickeln um diese Analyse zu ermöglichen.

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Zentrum für Biologische Wissenschaften