Große Gen-Suchaktion am Reismehlkäfer

Ein Käfer macht die Fliege

Die bislang größte Suchaktion nach der Rolle von Genen in einem Käfer eröffnet neue Forschungsfelder für die Genetik. Wissenschaftler der Universitäten Göttingen, Erlangen und Köln haben mehr als 5300 Gene des Reismehlkäfers Tribolium castaneum analysiert.

Genetisches Studienobjekt: der Reismehlkäfer Tribolium castaneum. (Bild: Georg-August-Universität Göttingen)

Neben grundlegenden Erkenntnissen über die Entwicklung des Käfers entdeckten sie dabei auch bislang unbekannte Gene, die beispielsweise eine Rolle in der Medizin, Insektenforschung oder bei der Produktion von Biodiesel spielen könnten.

Bislang konnten Forscher nur beim „Haustier“ der Genetiker, der Fruchtfliege Drosophila melanogaster, systematisch nach der Rolle von Insekten-Genen suchen. „Viele Vorgänge, die man an der Fliege nicht untersuchen kann, wurden in der Genetik deshalb ignoriert“, erläutert der Leiter der Studie, Prof. Dr. Gregor Bucher vom Göttinger Zentrum für Molekulare Biowissenschaften (GZMB) der Universität. „Aber im Reich der Insekten gibt es viele faszinierende Prozesse, die in der Fliege nicht vorkommen. Mit unserem Projekt iBeetle legen wir die Grundlage, um einige davon endlich auch genetisch untersuchen zu können. Damit verbreitern wir die Basis der genetischen Forschung.“

Dabei fanden die Wissenschaftler beispielsweise heraus, dass die frühe Entwicklung zwischen Käfer und Fliege offenbar unterschiedlicher ist als bisher bekannt: Schalteten sie bestimmte Käfer-Gene aus, war das Vorderende des Käfers durch ein zweites spiegelbildlich angeordnetes Hinterende ersetzt. Bei der Fliege sind die entsprechenden Gene für ganz andere Dinge verantwortlich. „Seit Jahren suchen wir nach diesen Genen“, so der zweite Leiter des Projekts, Prof. Dr. Martin Klingler von der Universität Erlangen. „Wir hätten nicht gedacht, dass die Evolution bei der Verwendung von Genen so flexibel ist.“

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Prof. Dr. Gregor Bucher (Bild: Georg-August-Universität Göttingen)

Die Forscher entdeckten auch mehrere bislang unbekannte Gene, die für die medizinische Anwendung interessant sein könnten und nun genauer untersucht werden können. Die sogenannten Integrine beispielsweise sorgen für die Klebrigkeit von Zellen und sind beim Menschen von Hautkrankheiten bis Krebs an einer Reihe von Krankheiten beteiligt. Interessant sind auch die Stinkdrüsen des Käfers, die die Fliege nicht hat. „Wir kennen jetzt über 50 Gene, die die genetische Grundlage dieser Drüsen bildet“, so der Göttinger Biologe Prof. Dr. Ernst Wimmer. „Wir wollen nun herausfinden, wie ein Insekt ein Gift produzieren kann, ohne sich selbst zu vergiften. Dabei haben wir überraschenderweise ein Enzym entdeckt, das die Produktion von Biodiesel verbessern könnte.“ Weitere neue Erkenntnisse gewannen sie zur Verpuppung des Mehlkäfers, die wie in den meisten anderen Insekten abläuft, in der Fliege allerdings äußerst untypisch.

Von den insgesamt 16000 Genen des Reismehlkäfers untersuchten die Forscher mehr als 5300. Weitere 4000 Gene werden derzeit analysiert. Um die Gene auszuschalten, verwendeten die Wissenschaftler die sogenannte RNA-Interferenztechnik, deren Entdeckung 2006 mit dem Nobelpreis für Physiologie oder Medizin geehrt wurde.

Originalveröffentlichung:
Christian Schmitt-Engel et al. The iBeetle large-scale RNAi screen reveals gene functions for insect development and physiology. Nature Communications 2015. DOI: 10.1038/ncomms8822.

Kontaktadresse:
Prof. Dr. Gregor Bucher
Georg-August-Universität Göttingen
Fakultät für Biologie und Psychologie – Abteilung Entwicklungsbiologie
E-Mail: gbucher1@uni-goettingen.de

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