TRANSPOSABLE ELEMENTS

Transposable Elements sind natürlich vorhandene Abschnitte des Erbguts. Das Spezielle an ihnen ist, dass sie ihre Position ändern und/oder Kopien von sich ins Genom einfügen können. So haben sie das Potential Mutationen herbeizuführen. Die Länge eines TE kann zwischen 80 und mehreren 10‘000 Basenpaaren variieren. Der gesamte dargestellte DNA-Strang könnte ein einzelnes TE sein. Um den Überblick zu behalten, wird die Länge in Visualisierungen gekürzt.

Wo kommen TEs vor?

Transposable Elements hat man bei allen untersuchten Eukaryoten und auch bei manchen Bakterien und besonders komplexen Viren gefunden. Es gibt unterschiedliche TEs und sie verändern sich im Laufe der Evolution. Wie gross ihr Anteil im Genom ist, kann stark variieren.

Was beeinflusst ihre Aktivität?

Im Normalfall sind TEs inaktiv, das ist wichtig für eine stabile Funktion des Erbguts. Äussere Einflüsse, die Lebewesen oder Zellen unter Stress setzen, begünstigen die Aktivierung der Transposable Elements.

Wie entsteht ein neuer Phänotyp durch TEs?

Erbsen – Ausserkraftsetzen eines Gens

Bei der Erbse mit Dellen ist ein DNA Transposon hAT in ein Gen eingefügt, das für ein Enzym codiert, welches unter anderem beim Aufbau von Stärke notwendig ist. Das Gen verliert dadurch seine Funktionalität, die Expression ist verhindert, es wird keine Stärke produziert. Aufgrund einer veränderten Zusammensetzung an Stärke und Zucker nehmen diese Erbsen mehr Wasser während ihrer Entwicklung auf. Wenn sie heranreifen verlieren sie stärker an Volumen, was zu ihrem faltigen Phänotypen führt.³

Die Mutation ist weiter vererbbar. Die faltige Ausprägung der Erbse ist rezessiv, weil ein intaktes Allel des Gens ausreicht um das Enzym zu produzieren.

Orange – Regulierung der Expression

Bei Blutorangen hat sich ein Retrotransposon vor einem Gen eingefügt, welches für die Aktivierung der Produktion von Ruby, rotem Pflanzenfarbstoff verantwortlich ist. Das TE wirkt als regulierendes Element auf dieses Gen. Die Regulierung ist jedoch Kälteabhängig. Nur falls die Temperaturen während der Entwicklung der Blutorange niedrig sind, erscheint die rote Ausprägung. Zudem sind Blutorangen besser an kalte Temperaturen angepasst. Blutorangen haben sich mehrmals unabhängig mit dem Einfügen von unterschiedlichen Retrotransposons entwickelt. Bei einer Sorte ist der grösste Teil des TEs sogar gelöscht, doch der Einfluss bleibt derselbe.⁴

Wie kommen TEs an eine neue Position im Genom?

Abhängig von der Klasse gibt es verschiedene Möglichkeiten wie ein TE an eine neue Stelle im Genom kommt.⁵ Die DNA Transposons verschieben sich. Sie werden an der ursprünglichen Stelle ausgeschnitten und an einer beliebigen Stelle wieder eingefügt. LTR Retrotransposons stellen eine Kopie von sich her, die dann in einer neuen Stelle eingefügt wird. Wie genau die Mechanismen ablaufen erfahrt ihr in den Animationen. Es gibt neben den dargestellten Mechanismen noch weitere Varianten, wie ein TE Kopien von sich erstellen kann.⁶

LTR Retrotransposon | Class I
(copy-paste-mechanism)

DNA Transposon | Class II
Termial inverted repeat (cut and paste mechanism)

Was bedeutet eine Mutation für ein Lebewesen?

Eine erfolgreiche Mutation trägt zu genetischer Diversität bei, kann somit der entscheidende Faktor für das Überleben einer Population sein. Das kann auch Resistenzbildung bedeuten, wenn es sich bei den Lebewesen um Pathogene handelt. Eine Mutation stellt jedoch immer ein Risiko dar.

Birkenspanner (Biston betularia)

Die Mutationen wirken sich situationsbedingt auf die Fitness eines Lebewesens aus. Ein klassisches Beispiel ist die Adaption der Birkenspanner (Biston betularia). Sie sind durch ihre Farbe auf Baumrinden von Birken und Eichen gut vor Fressfeinden getarnt. Durch eine Mutation von TEs verursacht, gibt es auch dunkle Falter dieser Art.⁷ Sie sind normalerweise schlechter getarnt. In stark von der Industrialisierung beeinflussten Gebieten, haben sich die Rinden mit Russ verfärbt. Die hellen Flechten sind zurückgegangen. Unter diesen Bedingungen waren die dunklen Birkenspanner besser getarnt. In den Populationen gab es vermehrt dunkle Birkenspanner. Mit verbesserter Luftqualität durch Filter hat sich der Lebensraum wieder erholt, und die hellen Phänotypen haben sich erneut durchgesetzt.⁸