Antarktische Mücke mit Minigenom

Belgica antarctica ist der wissenschaftliche Name einer Zuckmücke (Familie Chironomidae), die als einziges Insekt beschrieben ist, dessen Lebensraum ausschließlich die Antarktis ist (endemische Verbreitung). In diesem Ökosystem ist sie extremen Lebensbedingungen ausgesetzt, wie z. B. tiefen Temperaturen, wiederkehrender ausgeprägter Trockenheit, hoher UV-Strahlung etc. Die Larven, die während ihrer zweijährigen Entwicklung die meiste Zeit des Jahres in Eis eingeschlossen sind, entwickeln sich zu Beginn ihres dritten Sommers zu flügellosen erwachsenen Mücken. Diese suchen krabbelnd Fortpflanzungspartner, paaren sich, legen Eier und sterben nach 7-10 Tagen.

Tab. 1: Absolute Größe der codierenden DNA und ihr relativer Anteil am Gesamtgenom sowie die Anteile flexibler DNA-Elemente bei einigen Mückenarten. (Nach Kelley et al. 2014)

David L. Denlinger, unter dessen Leitung bereits eine Reihe von Studien über B. antarctica veröffentlicht worden ist, hat nun eine Untersuchung über deren Erbgut vorgelegt (Kelley et al. 2014). Das Genom ist mit 99 Millionen Basenpaaren (99 Mbp) auffällig klein, selbst das der parasitischen Kleiderlaus (Pediculus humanus humanus) ist mit ca. 105 Mbp umfangreicher, wie auch das der Fruchtfliege (Drosophila melanogaster) mit ca. 140 Mbp. Dabei codieren knapp 19 Mbp (ca. 19,4 %) für mehr als 13.500 Proteine. Die Autoren zeigen durch einen Vergleich mit anderen Mücken, dass im Genom von B. antarctica mit 19 Mbp ein hoher Anteil codierender DNA enthalten ist (Tab. 1).

Der absolute Umfang der codierenden DNA ist bei stark unterschiedlichen Genomgrößen durchaus vergleichbar, in allen Mücken liegen also ähnlich viele Gene vor. Die Kleinheit des Genoms von B. antarctica resultiert nach den vorliegenden Daten vor allem aus dem geringen Anteil an im Genom beweglichen Sequenzabschnitten (transposable elements), aus der geringen Menge sich wiederholender Sequenzbereiche und aus kürzeren und weniger in den Genen enthaltenen Einschüben (Introns).

Das von Kelley et al. (2014) präsentierte Erbgut ist das kleineste bisher bekannte Insektengenom. Die extremen Lebensbedingungen in der Antarktis stellen B. antarctica einerseits vor enorme Herausforderungen und bauen andererseits einen großen Selektionsdruck auf, der das kleine Genom erzwingt. Die antarktische Zuckmücke stellt damit ein Beispiel für die enorme Flexibilität von Lebewesen dar und ihr Erbgut könnte sich als gutes Studienobjekt für ein besseres Verständnis der nicht-codierenden DNA-Abschnitte erweisen.

H. Binder

[Kelley JL, Peyton JT, Fiston-Lavier A-S, Teets NM, Yee M-C, Johnston JS, Bustamante CD, Lee RE & Denlinger DL (2014) Compact genome of the antarctic midge is likely an adaption to an extreme environment. Nat. Commun. 5:4611 doi: 10.1038/ncomms5611]