Im Genom sind alle Erbinformationen eines Lebewesens abgespeichert, doch diese „Bauanleitung“ fällt bei jeder Spezies unterschiedlich lang aus. Das größte Genom im Tierreich hat dabei der Südamerikanische Lungenfisch, wie Wissenschaftler nun bei der erstmaligen Sequenzierung seines Erbguts herausgefunden haben. Die DNA des urtümlichen Fisches ist demnach über 90 Milliarden Basenpaare lang und damit 30 Mal größer als das menschliche Genom sowie doppelt so groß wie das des bisherigen Rekordhalters – des Australischen Lungenfisches.
Alle heutigen Landwirbeltiere – Amphibien, Reptilien, Vögel und Säugetiere einschließlich des Menschen – gehen auf ein fischähnliches Wesen zurück, das vor 420 bis 360 Millionen Jahren erstmals den Gang an Land gewagt hat. Dieser gemeinsame Vorfahre besaß kräftige Vorderflossen, mit denen er seinen Körper über den schlammigen Uferboden ziehen konnte, und Lungen zum Atmen. Die engsten heute noch lebenden Verwandten dieses Ur-Tetrapoden aus der Gruppe der Fleischflosser (Sarcopterygii) sind die Quastenflosser und die Lungenfische, wobei Letztere am engsten mit den Landwirbeltieren verwandt sind. Als „lebende Fossilien“ können sie und ihr Genom uns mehr über die Zeit des ersten Landgang verraten.
Südamerikanischer Lungenfisch hat Rekordgenom
Nachdem 2021 bereits das Genom des Australischen Lungenfisches (Neoceratodus forsteri) entschlüsselt worden war und erstaunliche Ähnlichkeiten zu Amphibien und anderen Landwirbeltieren offenbart hatte, widmeten sich Forschende um Manfred Schartl von der Universität Würzburg nun erstmals auch dem Genom des Südamerikanischen und des Westafrikanischen Lungenfisches. Dabei wurde das Team allerdings direkt mit einem neuen Weltrekord überrascht, denn wie sich herausstellte, besitzt der Südamerikanische Lungenfisch (Lepidosiren paradoxa) über 90 Milliarden Basenpaare und damit das größte jemals sequenzierte Genom im gesamten Tierreich.
Der Titel bleibt allerdings in der Familie, denn beim bisherigen Rekordhalter handelt es sich um den Australischen Lungenfisch mit seinen 43 Milliarden Basenpaaren. Mit dem rund doppelt so großen Genom seines südamerikanischen Verwandten kann er allerdings nicht mithalten. Im Vergleich zum menschlichen Genom ist dieses sogar 30 Mal größer. „18 der 19 Chromosomen des Südamerikanischen Lungenfisches sind schon einzeln jeweils größer als das gesamte menschliche Genom mit seinen knapp drei Milliarden Basen“, verdeutlicht Seniorautor Axel Meyer von der Universität Konstanz.
Viele Wiederholungen und Sprünge
Verantwortlich für den Riesenwuchs des Lungenfisch-Genoms sind demnach sogenannte autonome Transposons. Dabei handelt es sich um DNA-Abschnitte, die sich „vermehren“ und Kopien an anderen Positionen des Genoms einfügen – was wiederum das Erbgut wachsen lässt. Diese Prozesse laufen zwar auch bei anderen Lebewesen ab, aber nicht annähernd so schnell wie beim Südamerikanischen Lungenfisch. Wie die Forschenden herausgefunden haben, ist sein Genom in der Vergangenheit alle zehn Millionen Jahre um die Größe des gesamten menschlichen Genoms gewachsen.
„Und es wächst weiter“, berichtet Meyer. „Wir haben Belege dafür gefunden, dass die verantwortlichen Transposons noch immer aktiv sind.“ Das könnte daran liegen, dass ihnen anders als zum Beispiel in der menschlichen DNA kaum Einhalt geboten wird. Denn der Südamerikanische Lungenfisch weist nur sehr niedrige piRNA-Konzentrationen auf – eines RNA-Typs, der normalerweise die Ausbreitung von Transposons begrenzt. Trotz des regen Transposon-Treibens im Lungenfisch-Erbgut ist die Anordnung seiner Gene im Laufe der Zeit aber überraschend stabil und urtümlich geblieben, wie Schartl und sein Team berichten. Sie hoffen daher nun, über Vergleiche des Rekordgenoms mit dem Erbmaterial der anderen sequenzierten Lungenfische mehr über den gemeinsamen Vorfahren aller Landwirbeltiere herauszufinden und sogar die Architektur seines Chromosomensatzes zu rekonstruieren.
Quelle: Universität Konstanz; Fachartikel: Nature, doi: 10.1038/s41586-024-07830-1
KI-Sprachmodell analysiert und entwirft DNA-Sequenzen
