Das Mega-Genom des Lungenfischs: Analyse der größten Wirbeltiergenome und der Evolution von Anpassungen der Tetrapoden

• Antragsteller: Professor Dr. Thorsten Burmester; Professor Dr. Axel Meyer; Professor Dr. Manfred Schartl, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418085836

Lungenfische sind die nächsten lebenden Verwandten aller Landwirbeltiere unter den "Fischen". Ihre phylogenetische Position ist daher entscheidend für die Untersuchung sowohl der Tetrapodenentwicklung als auch der Innovationen, die mit der Besiedelung des Landes von Wirbeltieren und ihren erforderlichen Anpassungen verbunden sind. Das Projekt zielt darauf ab, die Anpassungen beim Übergang von den Fischen zu den Tetrapoden, und somit beim Übergang zu einer terrestrischen Umgebung besser zu verstehen. Lungenfische zeigen auch bemerkenswerte physiologische Anpassungen, wie ihre Hypoxietoleranz, ihre Fähigkeit zur Aestivation (Sommerruhe), zur Regeneration der gesamten Gliedmaßen und ihre Langlebigkeit. Lungenfische haben außerdem die größten Genome (40-130 GB), die im Tierreich bekannt sind, was die Sequenzierung und Assemblierung technisch bisher unmöglich machte. Die Struktur dieser Mega-Genome und die Mechanismen, die zu der enormen Größe geführt haben, sind immer noch weitgehend unbekannt - was die Notwendigkeit eines besseren Verständnisses hervorhebt, sowohl um die Tetrapoden-Innovationen zu erforschen, als auch um die Evolution und den Erhalt großer Genome zu verstehen. Erst seit der Entwicklung mehrerer Long-Read-Sequenzierungsmethoden (PacBio, Oxford Nanopore, etc.) und modernen Assemblierungstechniken (Hi-C, BioNano) ist es möglich geworden, das Lungenfisch-Genom zu sequenzieren, zu assemblieren und zu analysieren. Wir planen das Genom des australischen Lungenfisches (Neoceratodus forsteri) durch eine Kombination aus short read und long read-Technologien, sowie Kartierungsmethoden, zu bestimmen, und so Informationen über die Struktur, die Zusammensetzung und die Entstehung von Mega-Genomen zu erlangen. Gewebespezifische Transkriptome aus allen sechs Lungenfischarten (1 Australischer, 1 Südamerikanischer und 4 Afrikanische Lungenfische) werden zur Assemblierung und Annotation des Genoms herangezogen und benutzt, um spezielle Anpassungen (Aestivation in afrikanischen Lungenfischen), und die Analyse der Evolution von Genen und Genfamilien (Gewinne, Verluste, Selektion, etc.) zu erforschen. Diese Daten sollen es ermöglichen, Tetrapoden-spezifische Innovationen sowie Lungenfisch-spezifische Anpassungen zu identifizieren, damit der Landgang der Wirbeltiere im Devon auf genomischer Ebene nachvollzogen werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen