Doppelt-uniparentale Vererbung (DUI) mitochondrialer DNA bei Muscheln: Biologische Funktion und die Bedeutung von Zellkern/Mitochondrien-Interaktionen für die DUI-Regulierung (Genus Mytilus, Mytilidae, Bivalvia)

• Applicant: Professor Ralph Tiedemann, Ph.D.
• Subject Area: Evolutionary Cell and Developmental Biology (Zoology)
• Term: from 2004 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5442416

Doppelt-uniparentale Vererbung (Doubly Uniparental Inheritance, DUI) ist ein außergewöhnlicher Vererbungs- und Transmissionsmodus von Mitochondrien, der in mehreren Taxa innerhalb der Muscheln gefunden worden ist (Mytilidae, Unionidae, Veneridae): Männchen vererben ihr paternales mitochondriales Genom (M-Genom) an ihre männlichen Nachkommen, während Weibchen ihr maternales Genom (F-Genom) sowohl an männliche als auch an weibliche Nachkommen vererben. Dementsprechend sind Männchen heteroplasmatisch (F- und M- Genom), Weibchen hingegen homoplasmatisch (nur F-Genom). Untersuchungen am Mytilus edulisArtenkomplex (M. edulis, M. trossulus und M. galloprovincialis) haben gezeigt, welche Auswirkungen DUI auf die genetische Struktur von artreinen und Hybridpopulationen sowie auf die Evolution von M- und F-Genom hat. Dagegen liegen erst wenige Erkenntnisse bezüglich der biologischen Funktion von DUI vor, und auch der Mechanismus, der diesen außergewöhnlichen mitochondrialen Vererbungsgang aufrechterhält, ist nicht geklärt. Die Ostseepopulation von M. trossulus stellt ein geeignetes Modell dar, um funktionale Aspekte von DUI zu untersuchen. Im Gegensatz zu nordamerikanischen M. trossulus-Populationen ist es in der baltischen M. trossulus-Population zu einer Introgression von M. edulis-Genom gekommen, das sowohl das native M. trossulus-F-Genom ersetzt hat als auch in die paternale mitochondriale Vererbungslinie eingewandert ist (sogenannte "Maskulinisierung"). Darüberhinaus finden sich in dieser Population häufig Längenvariationen im D-Loop, der sog. Kontrollregion, die die Replikation und Transkription des mitochondrialen Genoms reguliert. Infolge dessen findet sich eine Vielzahl von mt-Genomen (verschiedener Aufbau und phylogenetischer Ursprung) in Kombination mit unterschiedlichen nukleären Genomkombinationen (artreine und Hybrid-Populationen). In diesem Projekt soll die Bedeutung von Zellkern/Mitochondrien-Interaktionen für die DUI-Regulierung mit zwei einander ergänzenden Untersuchungsansätzen analysiert werden. Einerseits soll mit modernen molekularbiologischen Methoden die Regulierung (gewebespezifische Replikation und Transkription) von F- und M-Genomen aufgeklärt werden. Andererseits wird mit Methoden der molekularen Populationsgenetik analysiert, ob Introgression in artreinen Populationen erfolgt ist und ob es zu einer Disfunktion von DUI in Hybridpopulationen kommt. Das Projekt hat zum Ziel, den spezifischen doppelt uniparentalen mitochondrialen Erbgang funktional aufzuklären und damit möglicherweise auch zum Verständnis dessen beizutragen, dass mitochondriale Genome bei anderen Tieren in der Regel maternal vererbt werden.

• DFG Programme: Research Grants