Kaninchen Genom

Genetik und Vererbung

Historie

Anfang bis Mitte des 20. Jahrhunderts - nach der (Wieder-)Entdeckung der Mendelschen Gesetze (Mendel 1866; Übersicht in Uptmoor & Kirchgesser 2022) - war das Kaninchen Gegenstand umfangreicher Studien zur Vererbung: Mittels klassischer Zuchtexperimente wurden "einfache" (diskrete) Merkmale wie z.B. Haarfarben, Haarstrukturen oder monogen basierte Erbkrankheiten untersucht. Aus jener Zeit stammt eine Nomenklatur, die auch heute noch geläufig ist, z.B. 

A, B, C, D, G oder K (englisch: C, E, B, D, A oder En

als Synonyme für bestimmte Genorte der Farbausprägung.


Nach der Strukturaufklärung der DNA (Franklin & Gosling 1953; Watson & Crick 1953) und dank den folgenden, immensen methodischen Fortschritten in der Genforschung konnten einige der genetischen Faktoren (Gene und ihre Allelreihen), die zur Ausprägung charakteristischer Phänotypen beitragen, auch auf molekularer Ebene identifiziert werden. 
(Jedoch sind im Vergleich zu anderen (Nutz- oder Heim-)Tierarten, wie z.B. Maus, Schaf oder Hund, zugrunde liegende genetische Mechanismen beim Kaninchen insgesamt noch weniger gründlich erforscht.)


 

Gene und Genom

Grundlagen der Genetik

Die Erbinformation eines jeden Organismus wird in Desoxyribonukleinsäure (DNA) gespeichert, welche in fadenförmigen Molekülen, den Chromosomen, strukturiert ist. Das Genom von Kaninchen besteht aus 2n=44 Chromosomen - 21 Autosomen (in doppelter Ausführung) und die Geschlechtschromosomen X und Y (Painter 1926; Melander 1956; Nicols et al. 1965; Fontanesi 2021b)
Die einzelnen Bausteine der Chromosomen werden als Nukleotide bezeichnet. Deren Reihenfolge (Sequenz) bestimmt maßgeblich die Genprodukte, die schließlich für die meisten Aktivitäten in den Körperzellen verantwortlich sind: Proteine oder nicht-codierende Ribonukleinsäuren (ncRNA), die wiederum regulierenden Einfluss auf die Genexpression oder auf weitere biologische Prozesse haben können. 


Informationsfluss (Genexpression)
Informationsfluss (Genexpression)

Aufbau und Funktion von DNA und RNA
Der genetische Code
(Khan Academy) 
Basic Genetics
(Genetic Science Learning Center)



Exkurs Epigenetik

Grundsätzlich enthält jede Körperzelle eines Lebewesens das gleiche DNA-Genom. Je nach Zelltyp, Alter und physiologischen Bedingungen werden jedoch komplexe Regulationsmechanismen ausgelöst und jeweils nur eine bestimmte Auswahl an Genprodukten erzeugt. Die Epigenetik (epi = darüber) - ein verhältnismäßig junges Forschungsfeld - befasst sich mit mitotisch vererbbaren Veränderungen der Genexpression, die ohne Veränderung der DNA-Sequenz auftreten.
In sensitiven Entwicklungsphasen (Urkeimzellentwicklung und frühe Embryonalentwicklung) findet eine Zurücksetzung und Umprogrammierung epigenetischer Markierungen statt. Ist ein Organismus während dieser Phasen suboptimalen Umweltbedingungen ausgesetzt, können irreversible Schäden entstehen - die epigenetische Beschaffenheit spielt z.B. eine große Rolle hinsichtlich Vitalität, Fruchtbarkeit und (Krebs-)Erkrankungen.

Epigenetische Modifikationen umfassen • DNA-Methylierung (innerhalb von CpG-Dinukleotiden; assoziiert mit Gen-Silencing), • post-translationale Histon-Tail-Modifikationen (z.B. Methylierung; als Andockstelle für andere epigenetische Faktoren), • Chromatin-Umgestaltung (Verschiebung der Nukleosomen), • Histon-Varianten (veränderte Funktion der Nukleosomen) oder • ncRNAs (miRNA - post-transkriptionales Gen-Silencing; piRNA - post-transkriptionales oder transkriptionales Gen-Silencing, große Bedeutung für Keimbahn und Stammzellen; lncRNA - bilden vorrangig im Zellkern RNA-Protein-Komplexe und regulieren in Folge Allel-spezifisch oder unspezifisch viele verschiedene Prozesse). 

Ein tiefergehendes Verständnis der zugrundeliegenden Regulationsmechanismen ist ein fortlaufendes Forschungsziel.


Epigenetics
(Genetic Science Learning Center) 



Vererbung

Grundlagen der Vererbung

Durch einen speziellen Vorgang (Reifeteilung "Meiose") zur Bildung der Keimzellen (mit einfachem, haploidem Chromosomensatz) aus den Urkeimzellen (mit doppeltem, diploidem Chromosomensatz) - männliche Spermien oder weibliche Eizellen -  wird gewährleistet, dass jedes Kaninchen von jedem Gen jeweils zwei Varianten erhält: jeweils ein Allel von jedem Elternteil. Je nach Kombination der Chromosomen während der Meiose kann der väterliche (paternale) oder der mütterliche (maternale) Anteil der Erbanlagen überwiegen.

Die Allele können sich in ihrem Informationsgehalt für die Ausprägung eines bestimmten Merkmals gleichen (reinerbig, homozygot) oder unterscheiden (mischerbig, heterozygot). Welche Erscheinungsform bei Heterozygotie äußerlich in Erscheinung tritt, hängt grundsätzlich von den Dominanzverhältnissen der Allele ab. 
Traditionell werden dominante (überdeckende) Allele mit Großbuchstaben symbolisiert, rezessive (überdeckbare) mit Kleinbuchstaben.

Mendelsche Vererbung von diskreten Merkmalen 

(--> Mendelsche Gesetze: Uniformitätsgesetz, Spaltungsgesetz, freie Kombination der Gene)

  • Vollständige Dominanz: dominante Allele setzen sich gegenüber rezessiven Allelen durch und bestimmen das äußerliche Erscheinungsbild;

  • Intermediäre oder unvollständige Dominanz: beide Allele bestimmen im Zusammenspiel die Merkmalsausprägung 

(bei heterozygotem Genotypen auf einen bestimmten Genort bezogen).

Exkurs: Geschichte der Forschung über die Mendelsche Vererbung in Tieren in den frühen 1900er-Jahren: 
Pioniere der Mendelschen Vererbung

Anmerkung zur polygenen Vererbung von quantitativen Merkmalen: jedes der zahlreich beteiligten Gene für sich allein genommen folgt ebenso den Mendelschen Gesetzen.


Genetische Kopplung

Liegen die für die Ausbildung zweier verschiedener Merkmale verantwortlichen Gene auf dem gleichen Chromosom, ist eine freie Kombination der Gene in der Regel nicht möglich. Die betreffenden Genorte werden gemeinsam vererbt und spalten entgegen dem dritten Mendelschen Gesetz in der Enkelgeneration (F2) nicht auf.
Bearbeiten Züchter ein bestimmtes Merkmal, verändern sich also auch Merkmale, die mit dem selektierten Merkmal funktional zusammenhängen. 

Beispiele:

Kopplungsgruppen nach Castle & Sawin (1941)
Kopplungsgruppen nach Castle & Sawin (1941)


I / Chromosom 1: c - Albino (TYR), y - Gelbes Fett (BCO2), b - Braun (TYRP1)
II / Chromosom 15: du - Plattenscheckung, En - Punktscheckung (KIT), l - Angora (FGF5)
III / Chromosom 14: r1 - Französisch-Rex (LIPH), r2 - Deutsch-Kurzhaar
IV / Chromosom 4: A - Agouti (ASIP), dw - Zwergenfaktor (HMGA2), w - Breitbandfaktor
V: f - Felllosigkeit, br - Brachydaktylie (Störung der Knochenbildung)

Keine Regel ohne Ausnahme: Kopplungsbruch und freie Rekombination der Allele in den Keimzellen ("crossing over"). Je weiter zwei Genorte auf einem Chromosom auseinander liegen, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit für einen Kopplungsbruch.




Bücher

  • R. Robinson 1958, Genetic studies of the rabbit *
  • A. G. Searle 1968, Comparative genetics of coat colour in mammals *
  • H. Niehaus 1986, Band I: Vererbungslehre, Oertel + Spörer, ISBN: 3-88627-014-9 *

*: VOR Genomsequenzierung (historischen Kontext beachten) 

  • L. Fontanesi (Ed.) 2021, The genetics and genomics of the rabbit, CABI, ISBN: 9 781 78064 3342. (Sammlung wissenschaftlicher Fachartikel)

Ausgewählte Information

Tools zur Genotypisierung
 

Referenzgenome des Hauskaninchens

Ensembl Genome Browser

https://www.ensembl.org/Oryctolagus_cuniculus/Info/Index

OryCun2.0 - Aktuelle Version: 111 (Stand 01/2024)


National Center for Biotechnology Information (NCBI)

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/assembly/GCA_009806435.2

Bisher verfügbar sind oryCun 1.0, oryCun 2.0 (Gertz et al. 2013) und UM_NZW_1.0 (Bai et al. 2021).



Verwandte Links

Online mendelian inheritance in animals (OMIA)

Eine von der Universität Sidney (Australien) geführte Auflistung von bekannten erblichen (single-locus) Merkmalen inklusive möglicher Erbkrankheiten und ihrer kausalen Varianten bei verschiedenen Tierarten sowie entsprechende Verweise zu wissenschaftlichen Publikationen oder Gen-Datenbanken:
https://omia.org/home/
OMIA IDs haben das Format OMIA xxxxxx-yyyy…, mit xxxxxx als ID für ein bestimmtes Merkmal and yyyy… für die Spezies-Taxonomie des NCBI (Nicholas 2021).


Collaborative European Network on Rabbit Genome Biology (RGB-Net)

Unter anderem weil das Kaninchen-Genom eine größere Ähnlichkeit zum menschlichen Genom aufweist als jenes von Nagetieren, dient das Kaninchen als ein bedeutendes Tier-Modell in der biomedizinischen Forschung (Mage et al. 2019; Miller et al. 2014; Fontanesi 2021b). Die Charakterisierung relevanter Gene auf molekularer Ebene beim Kaninchen kann wichtige Informationen liefern, um biologische Mechanismen, die zur Ausprägung bestimmter Merkmale (z.B. Pigmentierung oder Körpergröße) oder zur Entstehung von Stoffwechsel-Krankheiten führen, auch beim Menschen besser zu verstehen und steht daher bereits seit einigen Jahren im Fokus von forschenden Wissenschaftlern.

https://www.cost.eu/cost-action/a-collaborative-european-network-on-rabbit-genome-biology-rgb-net/


European Variation Archive des EMBL-EBI

https://www.ebi.ac.uk/eva/?Home

 

Rabbit Genome and Transcriptome Database (RabGTD)

(Zhou et al. 2018)


Imprinted Gene Databases - Rabbit

https://www.geneimprint.com/site/genes-by-species.Oryctolagus+cuniculus

(siehe auch: Abramowitz & Bartolomei 2012) 


Weitere Verweise

Genetische Kopplung

Sexuelle Fortpflanzung und innerartliche Variation 
(Khan Academy)

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