Der genetische Code der Europäischen Wechselkröte enthüllt den Ort der Geschlechtsbestimmung

Forscher des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) und der National University of Singapore haben einen genetischen Ort identifiziert, der für die Geschlechtsbestimmung bei der Wechselkröte verantwortlich ist. Dies enthüllt erst den zweiten bekannten genetischen Mechanismus für die sexuelle Differenzierung bei Amphibien. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift veröffentlicht Natürliche Kommunikation.

Bei den meisten Wirbeltieren entwickeln sich zwei unterschiedliche biologische Geschlechter, die bis auf wenige Ausnahmen durch Geschlechtschromosomen bestimmt werden. Allerdings haben Amphibien unter dem Mikroskop oft nicht unterscheidbare Geschlechtschromosomen, wobei Männchen (XY) oder Weibchen (ZW) unterschiedliche Geschlechtschromosomen haben.

Das Genom von Amphibien ist im Allgemeinen deutlich größer als das des Menschen. Daher ist es nicht verwunderlich, dass bei einer häufig untersuchten Modellart, dem Afrikanischen Krallenfrosch, bisher nur ein geschlechtsbestimmendes Gen identifiziert wurde. Es bleibt unklar, ob bei mehr als 8.600 Amphibienarten auch andere Gene für die sexuelle Differenzierung wichtig sind.

Jetzt hat ein vom IGB geleitetes Forschungsteam einen genetischen Ort zur Geschlechtsbestimmung bei der Wechselkröte identifiziert. „Die genetische Geschlechtsbestimmung bei Amphibien stellt immer noch eine große Wissenslücke dar. Es ist jedoch sehr wichtig, die genetische Regulation der Fortpflanzung bei Amphibien zu verstehen, da sie als semi-aquatische Lebewesen sehr empfindlich auf hormonell aktive Umweltschadstoffe, sogenannte endokrine, reagieren.“ Disruptoren, vor und nach der Metamorphose“, sagte IGB-Forscher Dr. Matthias Stöck, der die Studie leitete.

Durch die Sequenzierung und Analyse der vollständigen Genome einer weiblichen und männlichen Wechselkröte konnten erstmals strukturelle Unterschiede zwischen ansonsten sehr ähnlichen X- und Y-Chromosomen identifiziert werden. Dieser geschlechtsbestimmende Locus besteht aus einer langen nichtkodierenden RNA (lncRNA) und befindet sich in der 5′-regulatorischen Region des bod1l-Gens. „Y-spezifische nichtkodierende RNA wird nur bei Männern exprimiert, was darauf hindeutet, dass dieser Locus die männliche Geschlechtsdifferenzierung auslösen könnte“, sagte IGB-Forscher Dr. Heiner Kuhl, Erstautor der Studie.

Der identifizierte geschlechtsbestimmende Genort wurde auch bei mehreren eng verwandten Wechselkrötenarten nachgewiesen. Im nächsten Schritt wollen die Forscher ihr Ergebnis mithilfe der CRISPR/Cas9-Technik validieren, indem sie die Expression des identifizierten bod1I-Gens gezielt steuern.

„Weitere Untersuchungen zur Funktion des neu identifizierten Locus werden wichtige Erkenntnisse zur epigenetischen Kontrolle der Geschlechtsdifferenzierung liefern, die auch für andere Tierarten relevant sein könnten“, sagte Professor Christoph Winkler von der National University of Singapore. Der Mitautor der Studie ist derzeit Gastwissenschaftler am IGB.