Santa Cruz/CambridgeZiel ist die Sequenzierung, Katalogisierung und Charakterisierung des Erbguts von Wirbeltieren: In verschiedenen Großprojekten haben Forscher Genome von mehr als 600 Vögeln und Säugetieren sequenziert und analysiert. Die drei im Fachblatt „Nature“ veröffentlichten Artikel sollen dazu beitragen, die Evolution dieser Tiere zu klären und bedrohte Arten zu erhalten. Zudem wollen Forscher durch die Analyse die Funktionen einzelner Gene verstehen und Ursachen von Krankheiten beim Menschen klären.

Eine der drei Arbeiten stellt die Grundlage vor, auf deren Basis die Forschergruppen die Genome der verschiedenen Tierarten direkt miteinander vergleichen können. Bisher wurde das Erbgut einer Art meist mit einzelnen Referenzgenomen verglichen, was jedoch nur begrenzt Rückschlüsse zulässt. „Wenn der Mensch die Referenz ist, kann das sehr aussagekräftig sein für das Verhältnis des menschlichen Genoms zum Mausgenom und auch über sein Verhältnis zum Hundegenom - aber nicht über das Verhältnis vom Mausgenom zum Hundegenom“, erläutert Erstautor Joel Armstrong von der University of California in Santa Cruz.

Erbanlagen im Verlauf der Evolution

„Wir reihen die DNA-Sequenzen buchstäblich auf, um die entsprechenden Positionen in jedem Genom zu sehen“, sagt Studienleiter Benedict Paten in einer Mitteilung der University of California. „So kann man sich einzelne Elemente des Genoms anschauen und im Detail erkennen, was sich im Lauf der Evolution geändert hat und was gleich geblieben ist.“ Erbanlagen, die bei verschiedenen Arten über Jahrmillionen bewahrt wurden, so die Idee, erfüllen wahrscheinlich eine wichtige Funktion.

Foto: dpa/Jon Fjeldsa/Josefin Stiller/University of Copenhagen
Der Vergleich der Genome wirft ein neues Licht auf die Vielfalt von Vögeln und anderen Wirbeltieren.

In den beiden anderen „Nature“-Artikeln analysieren Hunderte Forscher, darunter auch deutsche Wissenschaftler, die Genome von insgesamt 605 Wirbeltier-Arten - 242 Säugetieren und 363 Vögeln. Die Genome von 267 der 363 Vogelarten waren bislang nicht sequenziert. Zwar gibt es weltweit mehr als 10.000 Vogelarten, aber die nun vorgestellten Spezies decken 218 der insgesamt 236 Vogelfamilien ab - also 92,4 Prozent.

Die ausgewählten Spezies sollen die Vielfalt der Vogelwelt widerspiegeln und stammen aus allen Kontinenten. Zu den Arten zählt das weltweit verbreitete Haushuhn (Gallus gallus domesticus) ebenso wie das seltene Henderson-Sumpfhuhn (Zapornia atra). Diese Rallenart bewohnt nur die unbewohnte Henderson-Insel im Südost-Pazifik.

Zudem untersucht die Studie die Genome von 68 Vogelarten, die auf der Roten Liste der Weltnaturschutzunion (IUCN) stehen. Darunter sind der australische Steppenläufer (Pedionomus torquatus) und der Bali-Star (Leucopsar rothschildi), von dem es weniger als 50 erwachsene Tiere in der Natur gibt.

„Diese massive Zusammenarbeit stattet uns mit einem Satz sehr wichtiger genomischer Ressourcen für die Bewahrung der Arten aus“, sagt Ko-Autor Rob Fleischer vom Smithsonian Conservation Biology Institute im US-Staat Virginia. „Sie bietet etwa eine Quelle nützlicher genetischer Hinweise, um Bestandsrückgänge abzubilden, Verwandtschaften zu erkennen und Inzucht zu vermeiden, wenn man Populationen bedrohter Arten retten will.“

Auch die dritte Studie mit Daten zu 242 verschiedenen Säugetieren soll zum Erhalt der Artenvielfalt beitragen. Die Spezies decken 82 Prozent der Säugetier-Familien ab. Das Team um Elinor Karlsson vom Broad Institute in Cambridge (US-Staat Massachusetts) listet etwa neun Spezies auf, die die einzigen lebenden Vertreter ihrer Familie sind, sowie sieben vom Aussterben bedrohten Arten oder Unterarten. Dazu zählen der Mexikanische Mantelbrüllaffe (Alouatta palliata mexicana), die Hunter-Antilope (Beatragus hunteri), die Saiga-Antilope (Saiga tatarica tatarica), der auf Madagaskar heimische Lemur Indri (Indri indri), die im östlichen Argentinien lebende Kolonien-Kammratte (Ctenomys sociabilis), das Spitzmaulnashorn (Diceros bicornis) und das Nördliche Breitmaulnashorn (Ceratotherium simum cottoni).

Zwischenwirte für den Covid-19-Erreger

Die öffentlich zugänglichen Daten flossen bereits in Studien ein, die sogar zum Teil schon publiziert sind: So haben Erbgut-Analysen zum Wasserschwein (Hydrochoerus hydrochaeris) die Frage untersucht, ob große Säugetiere seltener an Krebs erkranken, als die bei ihnen besonders hohe Zahl von Körperzellen erwarten ließe - das sogenannte Petos Paradoxon. Tatsächlich fand die genetische Analyse des größten Nagetiers der Welt bei dieser Art besondere Signalwege zur Tumorunterdrückung.

Von besonderer aktueller Bedeutung sind Analysen zum Rezeptor ACE2, den das Coronavirus Sars-CoV-2 zum Andocken an Zellen nutzt. Auf Basis der Genom-Daten hatten Forscher im Fachblatt „PNAS“ schon im August 47 Säugetier-Arten identifiziert, die als Reservoire oder Zwischenwirte für den Covid-19-Erreger infrage kommen.

Das Team um Karlsson betont, dass zur Erforschung und Bewahrung der globalen Artenvielfalt möglichst viele Proben von Organismen genommen und zeitnah analysiert werden sollten. Zudem sollten die Genomsequenzen für Forschungszwecke öffentlich zur Verfügung stehen. (dpa/fwt)