Regulatorische Folgen der syntenischen Genom-Transitionen

Es ist eine der spannendsten Entdeckungen in der Genomforschung dass der letzte gemeinsame Vorfahre aller vielzelligen Tiere, welcher vor etwa 600 Millionen Jahren lebte und einen relativ einfachen Körperbau hatte, bereits ein äußerst komplexes Genom besaß und eine Vielzahl seiner Gene mit rezenten Arten (wie auch uns Menschen) teilt. Infolge dieser wichtigen Erkenntnis wurde die Hypothese aufgestellt dass die Evolution verschiedenster tierischer Lebensformen nicht nur auf Genverlust und der Entstehung neuer Gene basiert sondern auch maßgeblich durch Änderungen in der Anordnung von Genen im Genom beeinflusst wird. Mithilfe komparativer Genomanalysen können wir inzwischen evolutionär konservierte Genabfolgen (Syntänien) in fast allen Tiergruppen identifizieren. Unser Ziel ist es herauszufinden ob diese Syntänien tatsächlich funktionellen genomischen Einheiten (z.B. Netwerke co- & kreuzregulierter Gene) entsprechen und welche Bedeutung sie für wichtige evolutionäre Events innerhalb der Metazoa (tierische Vielzeller) hatten. Hierbei planen wir uns insbesondere auf den Ursprung von Bilateralsymmetrie bzw. bilateralsymmetrischer Tiere zu konzentrieren, da dieser mit der Entstehung von gleich mehreren neuen Syntänien einherging. Zunächst werden wir eine verbesserte Methode zur Syntänie-Detektion entwickeln, die durch Einbeziehung phylogenetischer Inferenz anzestrale genomische Umstrukturierungen ermitteln kann. Daraufhin können wir testen ob sowohl ursprüngliche als auch neu evolvierte Genabfolgen funktionelle genomische Einheiten bilden und ihre spezifischen biologischen Rollen vergleichen, indem wir zum Einen nach co-/kreuzregulatorischen Geninteraktionen suchen und zum Anderen die ihnen nachgeschalteten (downstream) Effekte (z.B. auf die Festlegung bilateralsymmetrischer Körperachsen während der Embryonalentwicklung) analysieren. Auf diese Weise sollten wir erstmalig in der Lage sein Einblicke in die Entstehung neuer funktioneller Genanordnungen und dementsprechend neuer biologischer Eigenschaften zu bekommen die auf genomischen Umstrukturierungen beruhen. Insgesamt wird dieses Projekt somit eine erste Charakterisierung liefern wie sowohl lokale als auch chromosom- oder genomweite Änderungen von Syntänien innerhalb der Metazoa zur Evolution neuer genregulatorischer Netzwerke und komplexer Merkmale beitragen können.

Das Hauptziel des Projekts war es zu verstehen, wie Genome der Tiere organisiert sind und wie unterschiedlich diese Organisation zwischen den verschiedenen Tiergruppen sein kann. Das Projekt identifizierte grundlegende "Bausteine" tierischer Genome und wie Chromosomen moderner Tierarten aus solchen Bausteinen zusammengesetzt sind. Das Project hat auch herausgefunden, dass diese Bausteine seit dem Ursprung der Tiere vor über 600 Millionen Jahren unverändert geblieben sind. Genome der Tiere können somit als Kombination solcher urzeitlicher Bausteine dargestellt werden, und die resultierenden Chromosomen sind ein Spielplatz für die Entstehung vieler neuer lokaler genomischer Merkmale. Das Projekt entwickelte einen neuartigen bioinformatischen Ansatz, um diese Eigenschaften und ihre Evolutionsgeschichte zu untersuchen. Die Methodik hat uns geholfen, Genome der Tiere weiter zu entschlüsseln, und zwar die Information nicht nur über einzelne Gene zu sammeln sondern zu verstehen in welchen Einheiten diese Gene auf Chromosomen organisiert sind. Damit konnten wir neue Merkmale identifizieren, die funktionelle Relevanz haben könnten.