Mutation beschleunigt Spermien von Zebrafinken

Anonim

Bei Zebrafinken hängt die Spermiengeschwindigkeit und -morphologie und damit der Fortpflanzungserfolg stark von einer spezifischen Mutation (einer Inversion) auf einem der Geschlechtschromosomen, genannt Z, ab. Dies wurde von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Ornithologie in Seewiesen entdeckt. Männchen tragen immer zwei Kopien des Z-Chromosoms, aber diejenigen, die zwei verschiedene Versionen besitzen, eine reguläre und eine invertierte, profitieren von einem optimalen Spermadesign. Selbst unter der stärksten Selektion, bei der nur die schnellsten Spermien die Eizelle erfolgreich befruchten, können die genetisch minderwertigen Typen nicht aussterben. Dies liegt daran, dass für die ideale Morphologie eine Kombination beider Formen erforderlich ist (Heterozygoten), was nicht möglich ist, ohne auch die suboptimalen Typen (Homozygoten) zu produzieren. Nach Ansicht der Wissenschaftler kann dieser Effekt die Unfruchtbarkeit bei Zebrafinkmännern teilweise erklären.

Das "Ziel" jedes Spermiums ist die Befruchtung der Eizelle, was bedeutet, dass man eine heftige Rasse durch den langen weiblichen Fortpflanzungstrakt gewinnt. Die Wettkämpfer in diesem Rennen sind die "Geschwister" Spermien vom selben Männchen, aber oft auch Spermien von anderen Männchen. Angesichts dieser Konkurrenz und der daraus resultierenden starken Auswahl ist es unvermeidbar, dass nur die Stärksten sich reproduzieren. Im Laufe der Evolution hat sich somit das beste Spermadesign durchgesetzt. In einem kleinen australischen Singvogel, dem Zebrafink, haben Wissenschaftler jedoch noch Spermien verschiedener Morphologie und Geschwindigkeit gefunden.

Forscher vom Max-Planck-Institut für Ornithologie in Seewiesen fanden zusammen mit Kollegen aus der Tschechischen Republik, dass eine Inversion eines großen Fragments des Geschlechtschromosoms Z für das Design der Spermien verantwortlich ist, mit unmittelbaren Folgen für die Spermaschwimmen und damit für die Befruchtungsrate für den reproduktiven Erfolg eines Mannes.

Jedes Männchen besitzt zwei Z-Chromosomen, von denen eines von der Mutter und eines vom Vater geerbt wurde. Z-Chromosomen existieren in zwei Versionen, der reguläre (A) und der invertierte Typ (B). "Nur wenn ein Männchen beide Typen besitzt, also heterozygot AB statt homozygot AA oder BB ist, zeigt das männliche Sperma ein langes Mittelstück, das den Motor zum schnellen Schwimmen enthält", sagt Ulrich Knief, Erstautor der Studie. Tiere mit zwei identischen Formen des Z-Chromosoms (dh den homozygoten Männchen) können keine überlegenen Spermien produzieren und zeigen daher geringere Befruchtungsraten. Die Studie basiert auf Vaterschaftsanalysen von 435 Männchen in Abwesenheit von Spermienkonkurrenz und weiteren 482 Männchen unter Konkurrenz mit anderen Männchen. Die Studie zeigt deutlich, dass heterozygote Männchen unter beiden Bedingungen einen höheren Düngeerfolg hatten.

Genetische Variation wird nicht erschöpft

Das überlegene Sperma von heterozygoten Männchen kann Fertilitätsprobleme reduzieren, aber heterozygote Männchen produzieren immer 50% homozygote Söhne, so dass die genetische Variation in der Population nicht erschöpft wird, weil der optimale Genotyp nicht zur Fixierung gelangen kann. Der Evolutionsbiologe Wolfgang Forstmeier ist seit Jahren von der hohen Infertilitätsrate dieser Art verblüfft und fragt sich, warum die Evolution trotz starker Selektion gegen unfruchtbare Männchen nicht in der Lage ist, dieses Problem zu lösen. "Diese Studie ist ein erster Schritt in die Beantwortung dieser Frage", sagt Forstmeier. "Bei einem Erbsystem mit zwei Chromosomensätzen steckt die Evolution fest, wenn nur die Kombination beider den perfekten Genotyp erzeugt."

Während die Forscher aus Seewiesen an den Fitnessfolgen der Z-Chromosomeninversion interessiert waren, kam eine andere Gruppe von Wissenschaftlern aus dem Labor von Jon Slate von der Universität Sheffield zu denselben Ergebnissen durch einen völlig anderen Ansatz. Diese Wissenschaftler untersuchten spezifische Zuchtlinien von Zebrafinken, die entweder für kurze oder lange Spermien ausgewählt worden waren. In einer genomweiten Suche nach Varianten, die die Morphologie der Spermien beeinflussen, entdeckten sie unabhängig voneinander die Z-Chromosomeninversion. Ihre Studie kann somit zeigen, dass die relevante genetische Information für die Spermienmorphologie fast ausschließlich auf diesem Geschlechtschromosom gefunden wird.

"Die Studien sind nicht überflüssig, sondern ergänzen sich dadurch, dass zwei Forschungsteams aus sehr unterschiedlichen Ansätzen zu demselben Schluss kamen", erklärt Bart Kempenaers, leitender Autor der Studie.

menu
menu