Besonders in der Verhaltensforschung, der genetischen Evolutionsforschung und im Naturschutz ist es wichtig zu wissen, welche Individuen einer Population genetisches Material mit einem gemeinsamen Vorfahren teilen. Das bestimmen Forschende aktuell noch mit Stammbäumen, mit Gentests und über die Analyse genetischer Marker, die die individuelle Variation in DNA-Sequenzdaten darstellen können. Doch diese Verfahren haben ihre Tücken: Stammbäume sind längst nicht von jeder Population vorhanden und für genetische Analysen braucht es qualitativ hochwertige DNA, die ebenfalls nicht immer verfügbar ist.
DNA-Segmente geben Aufschluss
Ein Forschungsteam um Annika Freudiger von der Universität Leipzig hat daher jetzt eine neue Methode entwickelt, um die Verwandtschaft zwischen Individuen zu identifizieren. Dazu entwarfen die Forschenden eine Software, die die Nukleotid-Abfolge in einem DNA-Molekül analysieren kann, selbst wenn diese Sequenzdaten nur von geringer Qualität sind. „Unser Tool identifiziert identische DNA-Fragmente, die Paare teilen und die von einem gemeinsamen Vorfahren stammen“, erklärt Co-Autor Harald Ringbauer vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie. „Diese so genannten Identity by Descent- oder IBD-Segmente sind ein extrem genaues Signal, um biologische Verwandtschaften zu erkennen und zu quantifizieren. Bisher waren solche Methoden nur für qualitativ hochwertige Humangenome verfügbar; jetzt können wir sie auch auf Tiergenome anwenden.“
Um die Software zu testen, wandte das Forschungsteam die Methode auf eine Rhesusaffenpopulation von der Insel Cayo Santiago vor der Küste Puerto Ricos an. Der Vorteil: Die Rhesusaffenpopulation auf der kleinen Insel ist gut dokumentiert. 1938 wurden die ersten Affen von Nordindien aus nach Cayo Santiago gebracht und seit1956 werden ihre Stammbäume und somit ihre Verwandtschaften genau erfasst.
Erster Test überzeugt
Das Ergebnis: Die Analyse der Rhesusaffenpopulation mit der neuen Software des Forschungsteams ergab deutlich genauere Ergebnisse als frühere Methoden. „Die Anwendung unserer IBD-Methode auf eine freilebende Primatenpopulation zeigt, dass sie detailliertere Verwandtschaftsinformationen liefert als traditionelle Stammbäume oder bisherige genetische Schätzungen“, erklärt Freudiger.
Zusätzlich stellten die Forschenden fest, dass es Abweichungen gab, bei denen die tatsächliche genetische Abstammung der Rhesusaffen näher war als anhand der Stammbäume vorhergesagt. Und auch bei der Rekombinationsrate zwischen den Geschlechtern fanden sie Unterschiede. Das könnte helfen, Einblicke in das Geschlecht unbekannter Vorfahren zu erhalten und darin, ob zwei Individuen über die mütterliche oder die väterliche Linie miteinander verwandt sind. „Dies könnte dazu beitragen, ökologische und evolutionäre Muster bei sozialen Tieren besser zu verstehen“, erklärt Seniorautorin Anja Widdig von der Universität Leipzig.
