Die Bedeutung segmentaler Duplikationen für die Gen- und Genomevolution höherer Primaten einschließlich des Menschen

• Applicant: Professor Dr. Werner Schempp
• Subject Area: Human Genetics
• Term: from 2006 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 22730685

• Final Report Year: 2010

Final Report Abstract

Die enorme Komplexität und Plastizität des Humangenoms ist in seiner Entstehung nur im Kontext seiner Evolution zu verstehen. Dies gilt in erhöhtem Maße für das Y-Chromosom, da es innerhalb seines überwiegend männlich-spezifischen Anteils nicht der Rekombination unterliegt und daraus folgend eine erhöhte Mutationsrate aufweist. Zweifellos haben segmentale Duplikationen als Grundlage einer hohen Variabilität der Genome einen großen Anteil an deren Komplexität und Plastizität. Bezogen auf das Y-Chromosom zeigen unsere Ergebnisse der evolutionären Rekonstruktion der ancestralen Duplicon-Architektur eine kontinuierliche Transposition duplizierter Sequenzen auf das sich evoluierende Y-Chromosom der höheren Primaten. Zweifellos lieferte dies die Grundlage für die Entstehung eines Spezies-spezifischen komplexen Verteilungsmusters dieser Sequenzen auf den Y-Chromosomen der höheren Primaten in der Zeit ihrer reproduktiven Isolation. Derselbe Sachverhalt trifft für die von uns spezifisch untersuchten CHEK2- und DUX4-Duplicons in gleicher Weise zu. Interessanterweise gelangten auch die Genfamilien DAZ und CDY im Verlauf der Primatenevolution durch Transposition einer autosomalen Kopie auf das Y-Chromosom, wo sie dann im weiteren eine Testis-spezifische Funktion und ebenfalls ein Spezies-spezifisches Verteilungsmuster auf den unterschiedlichen Y-Chromosomen der höheren Primaten erlangten. In diesem Zusammenhang war es überraschend, dass sich so nah verwandte Schwestergruppen einer Gattung, wie Schimpanse und Bonobo, in Bezug auf die intra-Spezies Variation der Zahl und Anordnung von DAZ- und CDY-Gene in extremer Weise unterscheiden: eine bisher nicht beschriebene intra-Spezies Variation dieser Fertilitätsgene auf den Y-Chromosomen der Schimpansen gegenüber eines invarianten Musters bei den Bonobos. Vergleichbar zum Bonobo haben wir auch bei Gorillas und Orang-Utans keine, bzw. eine äußerst geringe intra-Spezies Variation dieser Spermatognese-Gene auf deren Y-Chromosomen entdeckt. Obwohl wir Foundereffekte bzw. genetische Drift beim Etstehen der Unterschiede nicht ausschließen können, ließen sich diese auch im Kontext der extrem unterschiedlichen Sozialstrukturen und dem unterschiedlichen Paarungsverhalten bei Menschenaffen erklären.

Publications

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