Das Genom von Chlamydomonas reinhardtii ist entziffert. Die Grünalge gilt als evolutionärer Vorläufer der höheren Pflanzen oder Kormophyten, ist aber auch als beweglicher Einzeller mit tierischen Organismen verwandt.
Chlamydomonas | Die elektronenmikroskopische Aufnahme der einzelligen Grünalge Chlamydomonas zeigt etwa in der Mitte den Zellkern mit dem dunklen Nucleolus. Am Zellrand sind angeschnittene Chloroplasten zu erkennen; oben setzen die beiden Geißeln an.
Unter der Leitung von Daniel Rokshar vom Joint Genome Institute in Walnut Creek und Arthur Grossman von der Carnegie Institution in Stanford hat ein internationales Konsortium mit über einhundert Wissenschaftlern die Abfolge der 120 Millionen Basenpaare des Grünalgengenoms zu 95 Prozent aufgeklärt. Auf 17 Chromosomen konnten die Forscher insgesamt 15 143 Gene, die für Proteine kodieren, ausmachen.
Das Erbgut des etwa zehn Mikrometer großen Organismus, der im Süßwasser und im Boden heimisch ist, zeigte Parallelen sowohl zu höheren Pflanzen als auch zu Tieren. Als Vergleich zogen die Wissenschaftler die bekannten Genome der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana als Vertreter der Kormophyten sowie das Humangenom als Vertreter aus dem Tierreich heran.
Dabei ließen sich 6968 homologe Proteinfamilien ausmachen, von denen ein Drittel (2489 Proteinfamilien) bei allen drei Organismen vorkamen. Ein Viertel oder 1879 Proteinfamilien traten bei Chlamydomonas und bei den höheren Pflanzen auf, fehlten aber beim Menschen, während ein Zehntel der Grünalgen-Proteinfamilien (706) nur im tierischen Genom ihre Entsprechung fanden.
Geißelschlag von Chlamydomonas | Durch Immunofluoreszenz wird der Geißelschlag von Chlamydomonas sichtbar.
Ein großer Teil der Gene, welche die Alge mit der Ackerschmalwand teilte, betraf die Fotosynthese sowie die hierfür zuständigen Zellorganellen: die Chloroplasten. Hier spiegelt sich nach Ansicht der Forscher die Verwandtschaft zwischen Grünalgen und höheren Pflanzen wider. Seit schätzungsweise einer Milliarde Jahren gehen sie getrennte Wege.
Wichtige Gene der Alge kodieren für Proteine zur Entgiftung des bei der Fotosynthese anfallenden Sauerstoffs. Andere bilden Transporterproteine, die für die Stoffaufnahme durch die Zellmembran zuständig sind. Bei zahlreichen Proteinen blieb die Funktion den Genetikern jedoch noch rätselhaft.
Geißel | Das elektronenmikroskopische Schnittbild zeigt den typischen Aufbau einer Grünalgen-Geißel. Ähnlich sehen auch die Flimmerhärchen im Tierreich aus.
Typisch für Chlamydomonas sind die beiden Geißeln, mit denen sich der Einzeller durch das Wasser vorwärts bewegt, und die den Zilien im Tierreich entsprechen. Hierfür zuständige Gene konnten die Forscher ebenfalls im Grünalgenerbgut ausmachen.
Diese Erbfaktoren sind auch für Mediziner interessant, da etliche Krankheiten durch eine Störung von Flimmerepithelien ausgelöst werden. Die Embryonalentwicklung hängt ebenfalls entscheidend von funktionsfähigen Zilien ab. (aj)
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