Populationsgenetik der piRNAs in Drosophila

Transponierbare Elemente (TEs) sind egoistische genetische Elemente, die durch Vervielfältigung im Wirtsgenom überleben. Die meisten Genome bestehen zu einem großen Teil aus TEs. So stehen im menschlichen Genome 1-2% Protein kodierende DNA circa 44% TE DNA gegenüber. Diese beachtliche Last für das Wirtsgenom verursacht höchstwahrscheinlich eine evolutionäre Antwort, so wie sie bereits für andere Parasiten beschrieben ist. Für TEs ist allerdings erst recht wenig über die Antwort des Wirts bekannt, da deren molekulare Grundlage, die piRNA erst vor kurzem entdeckt wurde. In diesem Projekt wird die Evolution der piRNA kodierenden Chromosomenabschnitte untersucht. Die Arbeitshypothese ist, dass piRNA eine ähnlich schnelle und starke Antwort erfährt, wie sie für das Immunsystem beschrieben ist. Mittels populationsgenetischer Analysen wird untersucht, wie lokale Populationen auf aktive TEs reagieren und ob sich diese Populationen in ihrer Antwort auf aktive TES unterscheiden. Durch die begleitende Analyse der untersuchten Population bezüglich der TE Zusammensetzung wird es möglich sein nähere Einblicke in das Wechselspiel von TEs und dem Wirtsgenom zu bekommen.

Manche Gene sind unerlässlich für das Funktionieren eines Lebewesens, andere hingegen benehmen sich wie Parasiten, die ihren Wirtsorganismus für ihre eigene Vermehrung ausnutzen. Diese sogenannten 'egoistischen' Gene treten in vielfacher Form auf, wie zum Beispiel als parasitische Chromosomen, Chromosomen die konkurierende Chromosomen abtöten, oder Bakterien die die Fortpflanzung ihres Wirtes manipulieren. All dies sind faszinierende Beispiele fuer das universelle Vorhandensein eines genetischen Konflikts, die allerdings nur gelegnetlich in einigen wenigen Arten oder Artengruppen auftauchen. Die einfachste Form eines egoistischen Gens ist im Gegensatz dazu auch die erfolgreichste: Nahezu jede höhere Zelle, die daraufhin untersucht wurde, beherbergt 'springende Gene', parasitische DNA Fragmente, die durch das Genom 'springen', oder sich selbst kopierend an verschiedenen Stellen ins Genom einfügen. Diese parasitische DNA kann sich sehr effizient in einem Genome ausbreiten: ungefähr die Hälfte des genetischen Materials im menschlichen Genoms wird zum Beispiel von solchen egoistischen Genen ausgemacht. Eine wichtige Eigenschaft dieser im Genom 'springenden' Gene ist, dass sie auch zu anderen Arten überspringen können. Solche Invasionen einer anderen Art scheinen relative häufig zu sein, da DNA Sequenzen zeigen, dass viele Arten ihre parasitischen Gene miteinander teilen. Diese Invasionen sind jedoch nur selten direkt zu beobachten. In dieser Arbeit konnten wir nahezu in Echtzeit die Ausbreitung eines solchen springenden Gens, oder transponablen Elements, in Fruchtfliegen erfassen. Das 'P-Element', ein egoistisches Gen, das Fruchtfliegen der Gattung Drosophila infiziert, eroberte weltweit Populationen der Art Drosophila simulans. Die Ausbreitung dieses P-Elements war ausgesprochen schnell: noch nicht nachweisbar in 2000 wurde es bereits in 2014 nahezu überall gefunden. Aufgrund dieser Arbeit wissen wir, das egoistische Gene einen durchschlagenden und unerwartet schnellen Einfluss auf ein Genom ausüben können, ein Befund der die Grundlage für weitere genetische Untersuchungen dieser wichtigen egoistischen Gene bereitet.