Das Zusammenspiel von Polyploidie und Anpassung

Bei der Genomduplizierung wird die gesamte DNA eines Organismus verdoppelt; dieser wird darauf hin als polyploid bezeichnet. Polyploidie spielt eine entscheidende Rolle in der Evolution: sie stellt eine Art Back-up an genetischem Material bereit und erhöht die Möglichkeit für genetische Neuheit. Allerdings müssen polyploide Organismen ihre gesamte zelluläre Maschinerie an die doppelte Chromosomenanzahl anpassen, welches insbesondere während der meiotischen Zellteilung eine Herausforderung darstellt. Ein Hauptmerkmal der Meiose ist die homologe Rekombination, bei welcher Allele neu zusammengesetzt werden. In neu entstandenen Autotetraploiden mit vier Chromosomensätzen wird die DNA willkürlich innerhalb der vier Kopien ausgetauscht, was eine normale chromosomale Aufteilung gefährdet. Dass in der Natur jedoch zweigeschlechtliche polyploide Lebewesen existieren beweist wiederum eine Anpassung an solch eine Herausforderung. Pflanzen bilden die Mehrheit natürlich vorkommender polyploider Organismen. Diese haben ganz einfach die Anzahl von DNA Austauschen innerhalb der vier chromosomalen Kopien auf einen reduziert und damit den Erfolg der Meiose drastisch verbessert. Es konnte gezeigt werden, dass jene Gene welche diesen Prozess steuern, unter Selektion stehen. Mein Ziel ist es, zu untersuchen, ob solch ein Mechanismus zur Gewährleistung der Meiose generell ist oder ob polyploide Pflanzen und Tiere alternative Wege gefunden haben. Die Genomduplizierung bei Tieren wirkt sich normalerweise letal aus bzw. hat schwerwiegende Folgen. Obwohl einige jüngste Beispiele der Genomduplizierung bei Tieren beschrieben wurden, ist es ein seltenes Ereignis und passiert meistens nur in sich ungeschlechtlich fortpflanzenden Lebewesen. Amphibien stellen die einzige Ausnahme innerhalb der sich zweigeschlechtlich fortpflanzenden Vertebraten dar. Mehrere unabhängige Fälle von Polyploidie sind hier bekannt, z.B. die Froschgattung Neobatrachus besteht aus 6 diploiden und 4 tetraploidien Arten. Tetraploide Arten leben in eher trockeneren Gegenden und sind wahrscheinlich durch Autopolyploidie entstanden. In dieser Arbeit möchte untersuchen wie sich der Neobatrachus Frosch an die Polyploidie angepasst hat, und damit erstmalig solch eine Anpassung im Tierreich beschreiben. Zusätzlich möchte ich aufklären, ob die Polyploidie dazu geführt hat, dass sich der Neobatrachus Frosch an extremere Umweltbedingungen anpassen konnte. Dafür werde ich zunächst das Genom des Neobatrachus neu erstellen und funktionelle Gene annotieren. Danach werde ich die genetische Variation zwischen diploiden und tetraploiden Genomen vergleichen, um selektive Regionen und eventuelle adaptive Veränderungen bei den Tetraploiden zu identifizieren. Im abschließenden Teil dieses Projektes möchte ich die neuen mit den bereits beschriebenen Ergebnissen im Pflanzenreich vergleichen. Damit möchte ich Aufschluss über Wege der parallelen Evolution zur Anpassung an Polyploidie im Pflanzen- und Tierreich geben.