Stichlinge: Vorprogrammierte Variabilität?

Abb. 1: Dreistacheliger Stichling Gasterosteus aculeatus. (Foto: W. Cresko, University of Oregon, Abdruck mit freundlicher Genehmigung)

Der dreistachlige Stichling (Gasterosteus aculeatus) wird schon seit einigen Jahren genetisch untersucht. Er kommt in Küstengewässern und im Süßwasser der Nordhemisphäre vor. Besonderes Interesse wecken die drei namengebenden Rückenstacheln, die mit dem Beckengürtel verbunden sind. Einige weit voneinander entfernt lebende Süßwasserpopulationen dieser Art besitzen diese Stacheln jedoch nicht, auch der Beckengürtel fehlt ihnen ganz oder teilweise. Man geht davon aus, dass dieser Verlust wahrscheinlich über 20 mal unabhängig erfolgt ist. Ein Forscherteam um David Kingsley hat herausgefunden, dass der Verlust dieser Körperteile auf eine Deletion (Verlust) einer Regulationssequenz zurückgeht, die etwa 30 kb (Kilobasen) vor dem Pitx1-Homeobox-Gen liegt (Chan et al. 2010). Homeobox-Gene sind regulative Gene, durch deren Produkte die Aktivität anderer, funktionell zusammenhängender Gene während der Individualentwicklung gesteuert wird. Bei der verlorengegangenen Sequenz handelt es sich um einen sogenannten Enhancer, das ist ein DNA-Abschnitt, der die Transkription (das Ablesen) eines nachgeschalteten Gens steuert bzw. verbessert. Die Forscher bauten DNA mit dem betreffenden intakten Enhancer in befruchtete Eier von Fischen ein, denen die Stacheln und der Beckengürtel fehlten. Die daraus sich entwickelnden Tiere bildeten einen Beckengürtel aus, womit gezeigt wurde, dass der Verlust der Regulationssequenz ursächlich für den Verlust des Beckengürtels war.

Dieses Beispiel zeigt einmal mehr, dass eine markante Gestaltänderung durch eine ziemlich einfache Änderung der DNA möglich ist. Da es sich in diesem Fall um einen Verlust handelt, trägt dieses Beispiel nichts zum Verständnis bei, wie neue Bauelemente der Lebewesen erstmals entstehen. Der Verlust ist im Süßwasser verkraftbar, da die Stichlinge weniger durch Raubfische bedroht sind, so dass der Schutz durch die Stacheln nicht erforderlich ist und diese eingespart werden können. Die Autoren diskutieren Hinweise auf positive Selektion der Stachellosigkeit der Süßwasserfische. Sie vermuten, dass die Enhancer-Region des Pitx1-Gene für Änderungen prädisponiert ist, so dass es zu vielfach unabhängigen Verlusten kommen konnte. Das könnte auch als Vorprogrammierung interpretiert werden. Schon in früheren Studien war festgestellt worden, dass auch seitliche Panzerplatten und Bauchstacheln bei Stichlingen durch das Vorhandensein oder die Abwesenheit bestimmter Allele (Gen-Varianten) ausgebildet werden (Cresko et al. 2004; Colosimo et al. 2005, vgl. Winkler 2005a, b).

R. Junker

[Chan YF, Marks ME et al. (2010) Adaptive evolution of pelvic reduction in sticklebacks by recurrent deletion of a Pitx1 enhancer. Science 327, 302-305; Cresko WA, Amores A et al. (2004) Parallel genetic basis for repeated evolution of armor loss in Alaskan threespine stickleback populations. Proc. Natl. Acad. Sci. 101, 6050-6055; Colosimo PF, Hosemann KE et al. (2005) Widespread parallel evolution in sticklebacks by repeated fixation of Ectodysplasin alleles. Science 307, 1928-1933; Winkler N (2005a) Über genetische Schalter bei Stichlingen. Stud. Int. J. 12, 32-34; Winkler N (2005b) Stichlinge: Evolution oder Allelfrequenzverschiebung. Stud. Int. J. 12, 76-77]