Evolution von Geschlechtsbestimmungsgenen bei Fischen

• Antragsteller: Professor Manfred Schartl, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 243018336

Die geschlechtliche Fortpflanzung ist einer der weit verbreitetsten Prozesse der Stammesgeschichte und von großer Bedeutung für die Biologie, betrifft aber auch Tier- und Pflanzenzüchtung und die menschliche Gesundheit und Gesellschaft. Die Mechanismen, die darüber entscheiden ob sich die Gonadenanlage des Embryos zu Testes oder Ovar entwickelt, sind äußerst vielfältig. Mechanismen der Geschlechtsbestimmung (sex determination, SD) reichen von Umweltfaktoren bis zu einfachen oder komplexen genetischen Mechanismen und sind in der Evolution wiederholt und unabhängig voneinander entstanden. In Arten mit genetischer Geschlechtsbestimmung lenken Master-SD-Gene auf Geschlechtschromosomen die Gonadendifferenzierung, indem sie ein Entwicklungsprogramm anschalten, das letztlich zur Ausbildung von Testes oder Ovarien führt. Nur sehr wenige SD-Gene wurden bis jetzt in Fischen bzw. im ganzen Tierreich identifiziert. Fische sind zur Erforschung der Geschlechtsbestimmung besonders geeignet; sie stellen ungefähr die Hälfte der ca. 60.000 Wirbeltierarten und zeigen die größte Bandbreite an SD Mechanismen, inklusive Arten mit entweder umweltbedingter oder genetischer SD. Selbst die wenigen bekannten SD Gene sind evolutionär offensichtlich nicht über eine große Breite verwandter Ordnungen, Familien, Genera oder Arten erhalten. Die häufige evolutionäre Fluktuation von SD Genen könnte durch eine große Vielfalt von Master SD-Genen erklärt werden. Daher hat dieses Projekt zwei Hauptziele: (1) Screening nach potentiellen SD Genen in einer Vielzahl von Fischarten; (2) Nachweis der Rolle der identifizierten Gene als Master SD-Gene in wenigen ausgewählten Arten. Um diese Fragen anzugehen, haben wir die Rad-Sex Strategie entwickelt, welche die Next Generation Sequencing Technologie nutzt, um Marker zu für geschlechtsspezifische Segmente des männlichen oder weiblichen Genoms identifizieren. Die gewonnenen Marker werden dann dazu benutzt Kandidaten für SD Gene aus diesen Regionen zu isolieren. Dieses Vorgehen bezieht im ersten Durchgang ein Screening von 35 Arten der wichtigsten Vertreter des Stammbaums der Fische ein. Aus diesen werden die 15 vielversprechendsten Arten selektiert um SD Kandidatengene zu finden. Diese werden dann weiter untersucht. Schließlich wird eine Auswahl von 3 Genen funktionell charakterisiert. Dieses Projekt wird das vorhandene Wissen zur Evolution der Geschlechtsbestimmung im Allgemeinen erheblich vergrößern und im Speziellen bei Fischen, bei denen die Fragen nach der evolutionären Bedeutung der großen Vielfalt an Master SD-Genen und den genomischen Mechanismen, die der schnellen Fluktuation zugrunde liegen, bisher zum Großteil unbeantwortet geblieben sind. Dieses Projekt wird wichtige praktische Folgen für die molekulare Geschlechtsbestimmung als Werkzeug zur verbesserten SD Kontrolle in Aquakulturen und für die ökologische und ökotoxikologische Forschung mit wirtschaftlich oder für die Umwelt relevanten Arten haben, die hier untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, USA
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Beteiligte Personen: Professor Yann Guiguen, Ph.D.; Laurent Journot, Ph.D.; Professor John Postlethwait, Ph.D.