MOLEKULARBIOLOGIE UND EVOLUTION (OXFORD UNIVERSITY PRESS)

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Vor dem Wi-Fi und dem Internet, dem Telefon und dem Telegraphen waren die ursprünglichen Instant-Messaging-Dienste der Gesellschaft Tauben. Nachdem sie die ersten domestizierten Vögel waren, haben diese zuverlässigen Boten seit ungefähr 2000 Jahren Nachrichten von den Fronten und zwischen den Staatsoberhäuptern gebracht.

Damals, vor etwa 200 Jahren, sorgten Züchter aus Belgien für eine internationale sportliche Sensation. Sie züchteten Brieftauben, um immer schnellere Flüge und längere Zielflugzeuge zu haben. Heutzutage können diese Vögel bis zu 1.000 Kilometer von zu Hause entfernt mit einer Geschwindigkeit von bis zu 70 Stundenkilometern fliegen, und die besten von ihnen bringen Tausende von Euros auf den Zuchtmarkt, um die Konkurrenz zu verbessern.

In jüngster Zeit haben Wissenschaftler genomische Werkzeuge nach dem neuesten Stand der Technik eingesetzt, um auch den besonderen Eigenschaften von Brieftauben zu helfen.

Ein wissenschaftliches Team unter der Leitung von Malgorzata Anna Gazda und Miguel Carneiro führte die erste vollständige Genomsequenzierung von 10 Brieftauben sowie Daten von 35 verschiedenen Rassen durch und hat nun neue Hinweise in Brieftauben gefunden, die ihre Leistung verbessern könnten. Die Studie beinhaltete auch die Untersuchung von Genexpressionsunterschieden (unter Verwendung von RNA-Sequenzierungs-Expressionsdaten) in den Gehirnen und im Muskelgewebe von Brieftauben im Vergleich zu anderen Rassen.

"Unser genomweiter Selektionsscan gibt Aufschluss über die genetische Architektur und die Art der Selektion, die dem schnelleren Flug, der Ausdauer und der präzisen Navigation von Brieftauben zugrunde liegen", sagte Malgorzata Anna Gazda. "Darüber hinaus bietet es einen Katalog von Kandidatengenen mit einigen überzeugenden Beispielen für Gene, die wahrscheinlich den Phänotypen der Rennleistung unterliegen."

Ihre Analysen zeigten, dass Brieftauben einzigartig und genetisch von anderen Taubenrassen unterschieden sind und dass es in mehreren Regionen ihres Genoms eine Anpassung gibt und dass die Genexpression in Gehirn- und Muskelgeweben entscheidend ist.

Aber wie bei anderen Merkmalen ist auch kein einzelnes Gen für die Unterschiede verantwortlich.

"Bemerkenswert ist, dass wir in einem Datensatz von 17.425.765 Millionen Varianten kein einziges Beispiel für eine Variante mit diagnostischen Allelen zwischen Renn- und Nicht-Tauben gefunden haben", sagte Miguel Carneiro. "Es ist unwahrscheinlich, dass eine einzige genetische Veränderung ausreicht, um die überlegenen Flug- und Orientierungsfähigkeiten von Brieftauben zu erklären. Außerdem haben wir eine beträchtliche Anzahl von Selektionsunterschriften im Genom gefunden, was auf eine polygene Grundlage für die Anpassung an extreme Leistungen hinweist In dieser Rasse ist dieses Muster vielleicht zu erwarten, wenn man bedenkt, wie viele Körpersysteme für eine überlegene Rennleistung (Herz-Kreislauf-, Atmungs-, Muskel-Skelett- und Nervensystem) interagieren müssen. "

Insbesondere haben sie eine Anzahl von Kandidatengenen identifiziert, von denen gefunden wurde, dass sie Varianten in den Brieftauben haben, mit denen (eine, die genannt wird, auch im Muskel differentiell exprimiert wird, und beide Funktionen mit der sportlichen Leistung verbunden sein können).

"Trotz des Mangels an festgelegter genetischer Variation zwischen Renn- und Nichttauben-Tauben zeigt unser genomweiter Screen, dass Signaturen positiver Selektion im gesamten Genom von Brieftauben vorkommen", sagte Miguel Carneiro.

Ihre RNA-Seq-Analyse zeigte geringe bis mäßige Veränderungen in der Genexpression zwischen Renn- und Nicht-Tauben. Es wurde gezeigt, dass die Muster von insgesamt 242 RNA-Transkripten differentiell exprimiert werden, wobei das Gehirn weniger Unterschiede zeigt (29) als der Muskel (213).

"Die Gene CASK, SIK1 und PTPRD sind gute Kandidaten, um an Rennleistungs-Phänotypen beteiligt zu sein", sagte Malgorzata Gazda. "CASK wurde mit der Entwicklung von neuromuskulären Verbindungen in Verbindung gebracht, die eine entscheidende Rolle in der Funktion der Skelettmuskulatur spielen. Unterschiede in der Morphologie und Physiologie solcher Verbindungen wurden mit der Muskelleistung in Verbindung gebracht. Es wurde gezeigt, dass SIK1 die Muskelfunktion und das Wachstum reguliert Kontrolle der Expression von muskelspezifischen Genen Es wurde auch gezeigt, dass SIK1 die hepatische Lipogenese reguliert, die eine wichtige Rolle bei der Energiehomöostase spielt.Schließlich beeinflusst PTPRD das Ausmaß der Langzeitpotenzierung von Synapsenim Hippocampus, einer Gehirnregion, die eine Rolle spielt im räumlichen Gedächtnis und es wird angenommen, dass es mit der Navigation von Vögeln verbunden ist. "

Die Autoren schließen daraus, dass die größere Athletik und überlegene Navigation von Brieftauben komplexe, polygene Merkmale sind, und dass adaptive Veränderungen in dieser Rasse das Ergebnis der Selektion auf Variation waren, die in den Rassen vorhanden ist, die die Gründerpopulation bildeten.

Zukünftige Folgestudien, wie z. B. genomweite Assoziationsstudien (GWAS) oder selektive Züchtung, um Orte in der Nähe von Kandidatengenen zu kartieren, werden durchgeführt, um die komplexen physiologischen und adaptiven Veränderungen der Taubennavigation, Fluggeschwindigkeit und Geschwindigkeit zu untersuchen.