Funktioneller Gentransfer in Erbsenläusen!

Die Erbsenlaus (Acyrthosiphon pisum) ist eine Blattlaus aus der Familie der Röhrenblattläuse und ihre Besonderheit besteht in einem Pigmentdimorphismus, der zu unterschiedlich gefärbten Tieren innerhalb einer Population führt. Die Läusefärbung entsteht durch Carotinoide, sehr häufige Pigmente in der Natur, die auch im Menschen die unterschiedlichsten Aufgaben erfüllen. Diese reichen vom Sehen über die Pigmentierung bis zu immunologischen Vorggängen. Doch selbst herstellen können  Tiere diese Stoffe nicht und müssen sie mit der Ernährung zu sich nehmen, zumindest dachte man bis vor kurzem so. Die Herstellung der verschiedenen Carotinoide beherrschen nur Bakterien, Pilze und Pflanzen, die den entsprechenden Satz an Enzymen für die komplizierte mehrstufige Synthese besitzen. Deshalb dachte man auch lange, dass die Erbsenlaus ihre Carotinoide von einem symbiontischen Bakterium, das sich in spezialisierten Lauszellen, den sogenannten Bakteriozyten aufhält, zur Verfügung gestellt bekommt. Doch das ist nicht so, denn eine Analyse ergab, dass die Carotinoide der Läuse, sogenannte Torulene, nicht mit denen von Bakterien übereinstimmten. Ausserdem wurde festgestellt, dass die symbiontischen Bakterien, deren Genom bereits um die Jahrtausendwende sequenziert wurde, den entsprechenden Syntheseapparat gar nicht besitzen. Was kann also die Quelle der Carotinoide sonst noch sein?

erbsenlaus 300x300 Funktioneller Gentransfer in Erbsenläusen!Das wollten auch Wissenschaftler um die Evolutionsgenetikerin Nancy Mora aus Arizona wissen und machten sich daran, das kürzlich sequenzierte Genom von Acyrthosiphon pisum unter die Lupe zu nehmen. Und was sie dabei fanden war ein kompletter Satz Gene für die Carotinoidbiosynthese. Damit können die Blattläuse ihr eigenes Pigment komplett selbstständig herstellen. Und dieser Lokus, also der gesamte Abschnitt bestehend aus sieben Genen, ähnelte dem Genrepertoire eines Pilzes. Das genetische Material muss also vor längerer Zeit von einem Pilz übernommen worden sein. Dies ist kein so seltener Vorgang, der als lateraler Gentransfer bezeichnet wird. Doch normalerweise verlieren solche tranferierten Gene ihre Funktion. In dem hier beschriebenen Fall ist dies anders und zum ersten mal wurde ein Gentransfer entdeckt, bei dem die Funktion der Gene beibehalten wurde.

Ausserdem ist der oben genannte Dimorphismus interessant. Denn die Läuse tragen alle das genetische Rezept um die roten Carotinoide herzustellen, doch ein  Teil der sonst rotbraun gefärbten Tiere einer Population ist entweder grün (eine Punktmutation im Carotindesaturasegen verhindert dessen Funktion) oder grüngelblich (nur eine der beiden Kopien trägt die Punktmutation, wodurch nur geringe Mengen Carotinoide hergestellt werden). Doch eigentlich sollte sich so etwas auf Populationsebene aussortieren. Doch die Wissenschaftler haben festgestellt, dass beide Varianten jeweils einen Überlebensvorteil verschaffen können. So fallen die roten Tiere häufiger einem räuberischen Käfer zum Opfer, der die rot gefärbten Tiere offensichtlich besser entdeckt und damit bevorzugt. Die grünen Tiere dagegen werden häufier von einer parasitären Schlupfwespe, einem weiteren natürlichen Feind der Läuse attackiert, deren Auswahlmechanismen möglicherweise noch aus einer Zeit stammen, bevor die Carotinoidbiosynthese ins genetische Repertoire der Insekten übernommen wurde.
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Moran, N., & Jarvik, T. (2010). Lateral Transfer of Genes from Fungi Underlies Carotenoid Production in Aphids Science, 328 (5978), 624-627 DOI: 10.1126/science.1187113

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