Wechselkröten zeigen: Arten mit vielfachen Genomen haben lediglich entfernt verwandte Vorfahren
Bufo shaartusiensis ist eine Krötenart aus Shaartuz in Süd-Tadschikistan mit zwei Chromosomensätzen, also diploid, und wurde als mütterlicher Vorfahre von Kröten mit drei Chromosomensätzen identifiziert. | © Matthias Stöck
IGB – 20.02.2018:

Wechselkröten zeigen: Arten mit vielfachen Genomen haben lediglich entfernt verwandte Vorfahren

Die meisten Wirbeltiere haben zwei Chromosomensätze, einen von der Mutter und einen vom Vater – auch wir Menschen sind somit diploid. Deutlich seltener ist bei Tieren die sogenannte Polyploidie, also der Besitz von drei oder mehr Chromosomensätzen. Um herauszufinden, wie neue Wirbeltierarten und damit die heutige Artenvielfalt entstehen, studieren EvolutionsbiologInnen Wechselkröten (Bufo viridis) – ein hervorragendes Modellsystem für die Erklärung verschiedener evolutionärer Vorgänge, denn sie können zudem diploid oder polyploid sein. Dr. Matthias Stöck vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) und ForscherInnen der Universität Lausanne (Schweiz) und des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) haben nun einen umfassenden Stammbaum für die eurasischen Wechselkrötenarten vorgelegt. Dieser zeigt, dass die polyploiden Arten von Elternlinien mit einem sehr geringen Verwandtschaftsgrad abstammen.

Die meisten polyploiden Fische, Amphibien und Reptilien gehen auf das Verschmelzen des Erbgutes zweier genetisch getrennter Stammformen zurück: alle Chromosomen der Stammformen werden beibehalten und es entstehen Arten mit mehr als zwei Chromosomensätzen. So können sich innerhalb weniger Generationen neue Arten bilden, die Eigenschaften und Merkmale aufweisen, die beide Elternlinien überhaupt nicht besitzen (transgressive Merkmale). Die polyploide hybride Artbildung (Speziation) unterscheidet sich damit deutlich von der klassischen (u.a. der allopatrischen) Artbildung, die über sehr lange Zeiträume und zumeist über die räumliche Trennung von Populationen erfolgt. Beide Formen der Artbildung kommen bei Wechselkröten vor. In mehreren Gebieten Eurasiens treffen sich seit unterschiedlich langer Zeit getrennte Formen europäischer, diploider Wechselkrötenarten und paaren sich – allerdings ohne dadurch polyploide Kröten hervorzubringen. Einige asiatische Wechselkrötenarten hingegen haben Kröten mit drei oder vier Chromosomensätzen (Tri- oder Tetraploidie) hervorgebracht.

Die AutorInnen verglichen ihre Ergebnisse zur Evolution eurasischer Wechselkröten mit publizierten Daten polyploider Fische, Amphibien und Reptilien. „Voraussetzung für die erfolgreiche Evolution polyploider Wirbeltiere ist vermutlich eine möglichst große evolutionäre Divergenz  der Vorfahren – also ein nur sehr geringer Verwandtschaftsgrad“, fasst Dr. Matthias Stöck, Evolutionsbiologe  am IGB, die wichtigste Erkenntnis der Studie zusammen. Die genetische Untersuchung der heute vorkommenden Arten hat ergeben, dass nur die seit etwa sechs Millionen Jahren getrennten Formen zur Evolution polyploider Wechselkröten beigetragen haben. Die näher verwandten Linien haben lediglich Hybridkröten mit zwei Chromosomensätzen (Diploide) hervorgebracht.

Mehr Polyploidie seit der Eiszeit

Die WissenschaftlerInnen stellten zudem fest, dass die polyploiden Krötenformen vorwiegend seit Beginn der Eiszeit (vor etwa zwei Millionen Jahren) entstanden sind. Sie vermuten, dass sich die polyploiden Kröten dank der neuen Eigenschaften und Merkmale durch die „zusätzlichen“ Chromosomensätze in den extremeren Klimabedingungen besser behaupten und so auch neue ökologische Nischen besetzen konnten.

Lesen Sie die Studie in der renommierten Fachzeitschrift Proceedings of the Royal Society B: http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/285/1872/20172667
Betto-Colliard C., Hofmann S., Sermier R., Perrin N. & Stöck M. (2018): Profound genetic divergence and asymmetric parental genome contributions as hallmarks of hybrid speciation in polyploid toads. Proceedings of the Royal Society B [DOI:10.1098/rspb.2017.2667].

Ansprechpartner:

Dr. Matthias Stöck
Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB),
Abteilung Ökophysiologie und Aquakultur
matthias.stoeck@igb-berlin.de, +49 (0)30 64181 629, +49 (0)157 52 47 28 34
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