AG Biochemische Ökologie und Molekulare Evolution

Fachlicher Hintergrund

Genduplikation

Ein zentraler Mechanismus von Evolution ist die Genduplikation. Neben der „de novo“ Genentstehung liefert Genduplikation das genetische Material, mit dem die Evolution sozusagen „spielen“ kann. Dabei können einzelne Gene bis zu ganzen Genomen dupliziert werden. Vereinfacht zusammengefasst, kann ein dupliziertes Gen drei verschiedene Schicksale erfahren: a) es wird durch Mutationen inaktiviert und ein Pseudogen oder komplett aus dem Genom weg gereinigt (Nonfunktionalisierung), b) es erbt einen Teil der Funktionen des Vorfahrgenes (Subfunktionalisierung) und c) es gewinnt eine neue Funktion (Neofunktionalisierung).

Zwei Studenten und eine Tasse Kaffee

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Welches dieser drei Schicksale nun ein dupliziertes Gen ereilt, ist Gegenstand aktueller Forschung um letztlich zu herauszufinden, welche Faktoren das Schicksal eines duplizierten Genes beeinflussen können. Diese Faktoren können sein: Expressionsstärke des duplizierten Genes, oder die Anzahl der Interaktionspartner des kodierten Genproduktes. Eine Idee ist z.B, dass Gene, dessen Genprodukte mit vielen anderen Proteinen intergieren (z.B. in einem großem Proteinkomplex) weniger häufig dupliziert werden. Auch die quaternäre Struktur eines Proteins kann möglicherweise einen Einfluss auf die Duplizierbarkeit eines Gens haben. Neben der Fähigkeit eines Gens, dupliziert zu werden, ist die Veränderbarkeit des Gens ebenfalls Gegenstand der Forschung. Welche Mutationen etwa verleihen dem Gen eine neue Funktion?

Bisher konnten wir feststellen, dass in den Convolvualceae eine Genduplikation stattfand und das „Genmaterial“ für die HSS zur Verfügung stellte. Die Funktionsänderung hin zur HSS-Aktivität erfolgte möglicherweise jedoch parallel in den zwei PA-produzierenden Pflanzengattungen Merremia und Ipomoea. Unsere Strategie ist nun mit Hilfe von bioinformatischen Analysen, begleitet durch biochemische Charakterisierung der Enzymeigenschaften, diese Hypothese zu testen.