Fische mit „genetischer Sicherungskopie“

Spiegelkarpfen mit Reserve-Gen

Guter Geschmack, wenig Schuppen und ein hoher Rücken, der den Teller ausfüllt: Der Spiegelkarpfen ist seit Jahrtausenden ein beliebter Speisefisch. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen haben nun das Geheimnis gelüftet, warum der Fisch keine Schuppen hat: Das Phänomen ist auf eine Genverdopplung zurückzuführen. Während die Kopie eines für viele verschiedene Funktionen notwendigen Gens mutiert und somit die fehlenden Schuppen verursacht, sorgt eine intakte Sicherungskopie für das Überleben des Fisches. Die Forscher haben damit einen Beweis gefunden, dass Reserve-Gene eine wichtige Rolle in der Evolution der Arten spielen.

Mönche züchteten den Spiegelkarpfen
Der Spiegelkarpfen ist nicht nur bei Anglern beliebt. Auch Köche schätzen ihn aufgrund seiner fast fehlenden Beschuppung sehr, die ihnen die Zubereitung deutlich erleichtert. Diese „nutzerfreundliche“ Eigenschaft haben die Fische mittelalterlichen Mönchen zu verdanken, die sie in ihren Klöstern züchteten. Ein paar Jahrhunderte später lüfteten nun Tübinger Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie das Geheimnis dieses Merkmals: Sie fanden heraus, dass eine Mutation in einem einzigen Gen die Ausbildung von Schuppen verhindern kann. Dieses Gen kodiert für den Fibroblasten den Wachstumsfaktor Rezeptor 1. Die Biologen aber erstaunte, dass der Fisch dennoch lebensfähig war: Dieser Rezeptor ist nämlich an vielen wichtigen Prozessen der Embryonalentwicklung beteiligt. Eine Mutation sollte daher zu schwerwiegenden Problemen führen. Bei Mäusen sind Embryos mit Defekten in diesem Gen nicht lebensfähig. Auch beim Menschen ist das Gen lebensnotwendig. Ist seine Funktion teilweise beeinträchtigt, führt dies zu Erbkrankheiten, die mit einem beeinträchtigten Geruchssinn und einer Unterfunktion der Hoden oder Eierstöcke verbunden sind, dem Kallmann-Syndrom.

„Genetische Sicherungskopie“
Dem Spiegelkarpfen und anderen gering beschuppten Fischen scheint die Mutation jedoch nichts auszumachen. Doktorand Nicolas Rohner in der Arbeitsgruppe von Christiane Nüsslein-Volhard, durchsuchte zusammen mit seinem Kollegen Matthew Harris das Erbgut des Zebrabärblings (Danio rerio) und fand die Erklärung: Die Fische haben zwei fast identische Kopien des betroffenen Gens. Eine davon ist die mutierte Version, die bei den Fischen Schuppenlosigkeit hervorruft. Die zweite Kopie ist nicht mutiert. Sie dient als eine Art „genetische Sicherungskopie“ und verhindert die negativen Auswirkungen des fehlerhaften Zwillings-Gens während der frühen Entwicklungsphase. Kurz bevor der Fischembryo Schuppen bildet, schaltet sie sich allerdings ab: Nun ist lediglich noch das mutierte Gen aktiv - und der Fisch entwickelt nur wenig Schuppen.
„Teilen sich zwei Gene eine bestimmte Aufgabe, die ursprünglich nur von einem erfüllt wurde, so kann die Natur es „sich leisten“, selbst wichtige Gene zu mutieren. Dadurch können ganz neue Eigenschaften im Organismus hervorgerufen werden. Dieser Mechanismus scheint eine wichtige Triebfeder für die unglaubliche Artenvielfalt zu sein, die es bei Fischen gibt“, erklärt Rohner.
Auch beim Menschen kommen viele Abschnitte im Erbgut in unterschiedlicher Kopienzahl vor. Hier wirken sie sich auf die Ausprägung verschiedener Merkmale oder die Anfälligkeit für bestimmte Krankheiten aus.

Lesestoff:
Nicolas Rohner, Miklós Bercsényi, et al.: Duplication of fgfr1 permits Fgf signaling to serve as a target for selection during domestication. Current Biology, 13. Oktober 2009, Online-Vorabveröffentlichung 03. September 2009; doi: 10.1016/j.cub.2009.07.065

Dr. Susanne Diederich (MPI); Foto: Miklós Bercsényi