Internationales “Vertebrate Genomes Project” veröffentlicht 15 neue Genome

(13.09.2018) Das internationale „Vertebrate Genomes Project“ (VGP) ist offiziell gestartet und veröffentlicht 15 neue Referenzgenome, die alle fünf Klassen von Wirbeltieren repräsentieren - Säugetiere, Vögel, Reptilien, Amphibien und Fische. Diese 15 Genome sind die bisher vollständigsten Genome dieser Spezies.

Ziel des VGP ist es, qualitativ hochwertige, nahezu fehlerfreie und vollständige Genome aller 66.000 Wirbeltierarten der Erde zu erstellen.

Die Daten dazu werden derzeit hauptsächlich von Teams an drei internationalen Sequenzierungszentren erstellt: der Rockefeller University, USA, dem Wellcome Sanger Institute, Großbritannien, und dem Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) in Dresden. Die Genome einer Fledermaus und eines Fisches wurden in Dresden sequenziert.


Spix's Scheibenflügel-Fledermaus (Thyroptera tricolor)
Das ehrgeizige Ziel des VGP ist es, grundlegende Fragen der Biologie, des Artenschutzes und von Krankheiten zu beantworten. Dazu gehört die Bestimmung von Arten, die am ehesten vom Aussterben bedroht sind, und die Erhaltung ihrer genetischen Informationen für zukünftige Generationen. Die hochqualitativen VGP-Genome sollen in Zukunft zu den wichtigsten Referenzquellen für diese Spezies werden. In einer öffentlich zugänglichen, digitalen Bibliothek für Genome, der „Genom-Arche“, werden diese dann gespeichert.

Während der aktuellen Phase 1 des Projektes, werden Referenz-Genome ausgewählter Arten erstellt, die alle Wirbeltierordnungen repräsentieren, die sich seit dem letzten Massenaussterben der Dinosaurier vor 66 Millionen Jahren entwickelt haben.

Die Untersuchung dieser Arten auf Ebene der Ordnungen hilft den Wissenschaftlern herauszufinden, welche Arten dieses Aussterben überlebt haben.

Diese Studien können zudem Erkenntnisse liefern, wie Arten das gegenwärtige Massenaussterben überleben könnten. Das Aufspüren genetischer Variationen kann dazu beitragen, diese Arten vor dem Aussterben zu bewahren.

Zu den 15 neuen Genomen gehören stark gefährdete Arten wie das Schnabeltier und der Kakapo-Papagei. Andere Arten sind der Zebrafink und der Annakolibri, der - wie der Papagei - zu den einzigen drei unter über 40 Vogelordnungen gehört, die Gesang erlernen können.

Zwei Fledermausarten, die ebenfalls Laute erlernen können, sind außerdem Teil dieser ersten Genome.

Zur Durchführung des Projekts hat die Dachorganisation Genome10K, aus der das Projekt hervorgegangen ist, über 150 Experten aus Wissenschaft, Industrie und Regierung aus 12 Ländern zusammengebracht, um hochauflösende Sequenzierungsmethoden zu entwickeln, die sowohl Kosten senken als auch die Fehler beseitigen, unter der die aktuellen Referenzgenome leiden.

Viele Referenzgenome sind mit Fehlern durchsetzt - Teile von Genen fehlen, einige sind falsch zusammengesetzt, andere Gene fehlen komplett. Folglich arbeiten die Wissenschaftler teilweise mit falschen Gensequenzen und Strukturen, die ihre Forschung behindern. Die neuen VGP-Genome beseitigen die meisten dieser Fehler.

Das MPI-CBG und insbesondere die Bioinformatiker am Zentrum für Systembiologie Dresden (CSBD) sequenzieren in der ersten Phase des Projekts schwerpunktmäßig Fledermäuse und Fische.

Die Dresdner Wissenschaftler sind Teil des DRESDEN-concept Genome Center (DCGC) und verfügen über besondere Expertise beim Einsatz verschiedener „long-read“ Sequenzierungstechnologien. Längere Sequenzstücke sind wichtig, da diese die sich wiederholenden Teile im Genom überspannen können und damit eine eindeutige Zuordnung erlauben.

Das Dresdner Sequenzierungszentrum unter der Leitung von Prof. Dr. Eugene Myers hat zwei der 15 jetzt veröffentlichten Arten beigesteuert: die Große Hufeisennase (Rhinolophus ferrumequinum) und den Buntbarsch (Archocentrus centrarchus). In Dresden werden in Zukunft etwa 10 - 20% der VGP-Arten sequenziert.

Prof. Dr. Eugene Myers, Direktor am MPI-CBG und Gründer der CSBD, sagt: "Die Fortschritte in der „long-read“ Sequenzierung revolutionieren die DNA-Sequenzierung. Nach einer 10-jährigen Pause hat mich dieser Trend dazu inspiriert, zur Genomsequenzierung zurückzukehren. Ich glaube, dass wir mit dieser Technologie nahezu perfekte Genomrekonstruktionen herstellen können. Das wird die Genomforschung drastisch verändern."

Neben dem VGP sind das MPI-CBG und das CSBD aktiv an weiteren internationalen Sequenzierungsprojekten beteiligt. Das Bat1K-Projekt hat zum Ziel, alle 1.300 Fledermausarten zu sequenzieren, von denen viele ungewöhnlich lange leben oder ein nahezu perfektes Immunsystem haben.

Zur Erforschung des Alterns, des Immunsystems und der Lauterlernung werden sechs Fledermausgenome in naher Zukunft veröffentlicht.

25 weitere Arten werden in Zusammenarbeit mit dem Bat1K-Konsortium sequenziert, zu dem auch die Kollaborationspartnerinnen Sonja Vernes vom Max-Planck-Institut für Psycholinguistik in den Niederlanden und Emma Teeling vom University College Dublin, Großbritannien, gehören.

Ein weiteres Projekt ist das Euro-Fish-Projekt, das darauf abzielt, alle 600 Fischarten zu sequenzieren, die in europäischen Süßgewässern schwimmen.

Einer unserer wichtigsten Partner dabei ist Prof. Dr. Axel Meyer von der Universität Konstanz.

Die Max-Planck-Gesellschaft fördert die Entschlüsselung der ersten Genome in diesen miteinander verbundenen Projekten. Alle Genome werden nach dem hohen Qualitätsstandard der VGP sequenziert und der „Genom-Arche“ Bibliothek zur Verfügung gestellt, wo eines Tages alle 66.000 Wirbeltiere erfasst sein werden.

Die 15 neuen Genome, die vom VGP erstellt wurden:

1. Säugetiere (4 Arten)

  • Zwei Fledermausarten, Große Hufeisennase (Rhinolophus ferrumequinum) und Kleine Lanzennase (Phyllostomus discolor), als Modelle für Langlebigkeit und das Erlernen von Lauten
  • Kanadischer Luchs (Lynx canadensis), in den Vereinigten Staaten fast ausgestorben, Bestand erholt sich nun.
  • Schnabeltier (Ornithorhynchus anatinus), eierlegendes Säugetier mit reptilienartigen Eigenschaften

2. Reptilien (1 Art)

  • Neu entdeckte Schildkrötenart aus Mexiko, Goode's Thornscrub Schildkröte (Gopherus evgoodei)

3. Amphibien (1 Art)

  • zweizeilige Caecilians (Rhinatrema bivittatum), eine gliederlose Amphibie, die einer Schlange ähnelt.

4. Vögel (3 Arten, 4 Genome)

  • Kakapo (Strigops habroptilus)
  • Männlicher und weiblicher Zebrafink (Taeniopygia guttata), am häufigsten untersuchter Vogel, der Gesang erlernen kann
  • Annakolibri (Calypte anna), gehört zur kleinsten Gruppe der Vögel.

5. Fische (5 Arten)

Diese Arten repräsentieren eine große Vielfalt an Merkmalen und werden zur Erforschung der Evolution und Anpassung von Arten eingesetzt:

  • Flier Cichlid (Archocentrus centrarchus), einheimisch in Mittelamerika.
  • Astatotilapia (Astatotilapia calliptera), Buntbarsch, einheimisch im Malawisee, Afrika
  • Kletterfisch (Anabas testudineus), einheimisch in den Binnengewässern Südostasiens
  • Riesen-Stachelaal (Mastacembelus armatus), einheimisch in den Flüssen Südostasiens
  • Stumpfschnäuziger Schildbauch (Gouania willdenowi), einheimisch an der nördlichen Mittelmeerküste von Syrien bis Spanien



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