Kryptische genetische Variation erleichtert Anpassung an neue Umweltbedingungen

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Kryptische genetische Variation erleichtert die Anpassung an neue Umweltbedingungen. Dies zeigt eine experimentelle Studie von Jia Zhang und Andreas Wagner von der Universität Zürich und von Joshua L. Payne, Assistenzprofessor für Computergestützte Biologie am Institut für Integrative Biologie (IBZ) der ETH Zürich.  

Kryptische genetische Variation ist eine Form anstehender genetischer Variation1, die jedoch unter normalen Bedingungen keine Merkmalsausprägungen bei Organismen bewirkt. Bei Störungen wie z.B. einer Umweltveränderung kann diese Variation jedoch aktiviert werden. Frühere Studien haben bereits gezeigt, dass kryptische genetische Variation die Anpassung an eine neue Umgebung erleichtern kann. Die dem zugrunde liegenden molekularen Mechanismen blieben jedoch bis heute unklar.

In der neuen experimentellen Studie verwendeten die Forschenden Populationen von fluoreszierenden Proteinen. Damit konnten sie zeigen, dass kryptische genetische Variation die Anpassung an neue Umgebungen erleichtert, indem sie einen Zugang zu Mutationswegen bietet, die sonst nicht zugänglich wären. Die kryptische genetische Variation beinhaltet oft Mutationen, die für den Organismus unter neuen Umweltbedingungen individuell schädlich wären, jedoch als Sprungbrett für Kombinationen von Mutationen dienen, die in der neuen Umwelt vorteilhaft sind. Die Anhäufung solcher Mutationen vor einer Umweltveränderung erleichtert es einer Population, sich an neue Bedingungen anzupassen.

Kryptische Variation ermöglicht das Testen unterschiedlicher Genotypen. Publiziert mit Erlaubnis von J Zhang et al., Science (2019).
Kryptische Variation ermöglicht das Testen unterschiedlicher Genotypen. Jeder Kreis (Knoten) repräsentiert einen Genotyp, der während der Evolution beobachtet wurde. Eine Kante verbindet zwei Genotypen, wenn sie sich in einer einzigen Aminosäure unterscheiden. Farbige Kreise stellen Genotypen dar, die ausschliesslich in einer einzigen Wiederholungspopulation vorkommen, wobei die Kreisfläche (logarithmische Skala) der Genotypenfrequenz entspricht. Weisse und graue Kreise zeigen Genotypen an, die bei Populationen am evolutionären Endpunkt nicht oder bei mindestens zwei Wiederholungspopulationen beobachtet wurden. Die Grössen der grauen Kreise entsprechen den höchsten Frequenzen der entsprechenden Genotypen in diesen replizierten Populationen. Gestrichelte Ovale umschreiben jeden markierten hochfluoreszierenden Genotyp, zusammen mit den Genotypen, die aus Teilmengen seiner konstituierenden Mutationen bestehen. Publiziert mit Erlaubnis von J Zhang et al., Science (2019).

1 Eine stehende genetische Variation liegt vor, wenn sich zu dem fraglichen Zeitpunkt mehr als ein Allel am Ort der Population befindet.
Ein Allel ist die Funktionsform eines Gens – also die Art und Weise wie ein Gen ein Merkmal ausprägt.

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