Friedrich-Miescher-Laboratorium für biologische Arbeitsgruppen in der Max-Planck-Gesellschaft

Dreistachlige Stichlinge Leben im Salz- wie auch im Süßwasser. Wie hat sich das Genom der Fische im Zuge der Anpassung verändert? 12 000 Jahre alte Stichlingsknochen liefern Einblicke in die Frühphase dieses Wandels.

Eines der Ziele der Evolutionsforschung ist es zu verstehen, warum sich Individuen unterscheiden. Wir untersuchen das Fruchtfliegengenom, um herauszufinden, welche Gene die phänotypische Variation regulieren und beziehen dabei Umwelteinflüsse ein, um eine noch ungelöste Frage zu beantworten: Ist die Funktion eines Gens von der Umwelt abhängig? Mithilfe Tausender Fruchtfliegen identifizieren wir die Gene, die die Lebensdauer bei zuckerarmer und zuckerreicher Ernährung regulieren, und fragen: Sind die Gene, die bestimmen, wie lange ein Individuum bei beiden Ernährungsweisen lebt, dieselben?

Um haploide Gameten zu erzeugen, können Eukaryoten eine spezielle Form der Zellteilung durchlaufen, die als Meiose bezeichnet wird. Im ersten Schritt müssen homologe Chromosomen, eines von jedem Elternteil, zusammengeführt werden, damit sie danach korrekt getrennt werden können. Hierzu verwenden die meisten Organismen die meiotische Rekombination, um Crossovers zwischen homologen Chromosomen zu erzeugen. Wir berichten über unsere Forschung, die sich dem Verständnis derjenigen Proteinmaschinerie widmet, die eine verlässliche Trennung homologer Chromosomen während der Meiose gewährleistet.

Genomsequenzierung ist ein Schlüssel sowohl zur Krankheitsbekämpfung als auch zum Verstehen von Biodiversität. Gängige Techniken liefern allerdings nur Sequenzinformation über ein Genfragment, ohne dessen Kontext im Genom zu betrachten. Wir haben daher haplotagging, eine präzise und kostengünstige Sequenzierungsmethode, entwickelt, bei der der Kontext der jeweiligen Sequenz erhalten bleibt. So gelang es nachzuweisen, wie ein einzelnes Gen zweier Schmetterlingsarten, die zwischen dem Amazonas und den Anden vorkommen, ein einzigartiges Flügelmuster erzeugen kann.

Wir verwenden einen interdisziplinären Ansatz, der rechnergestützte Chemie, Biophysik und Entwicklungsbiologie kombiniert, um neue hämatopoetische Signalaktivatoren und -inhibitoren zu designen. Die Strukturen unserer neuen Signalmoleküle stimmen mit unseren theoretischen Berechnungen atomgenau überein. Die Wachstumsfaktoren sind hochaktiv und fördern während der Zebrafisch-Entwicklung die Differenzierung spezifischer Blutzellen. Unser Ansatz erscheint deshalb äußerst vielversprechend, um Signalmoleküle mit neuartigen Funktionen für zukünftige klinische Anwendungen zu konstruieren.

Genetische Variation ist die Grundlage der Biodiversität und das wichtigste Substrat der Evolution. Dazu untersuchen wir die Rolle der meiotischen Rekombination im Verlauf der Anpassung von Organismen an neue Umgebungen. Mithilfe einer von uns auf der linked-read Genomsequenzierungstechnologie basierenden Methode können wir individuelle Rekombinationsabläufe studieren und so deren molekulare Basis identifizieren. Die Daten werden unsere Kenntnisse über den Einfluss der meiotischen Rekombination auf die Evolution in natürlichen Populationen und über eine der Ursachen von Fehlgeburten erweitern.