Evolutionary genetics of pheromonal communication in mouse lemurs

In dieser Arbeit wurde die Evolutionsgenetik des vomeronasalen Systems bei Mausmakis untersucht, nachtaktiven Primaten, die stark auf olfaktorische Signale angewiesen sind. Das vomeronasale System ist eines von zwei Systemen zur olfaktorischen Wahr-nehmung bei Säugetieren und wird hauptsächlich zur pheromongebundenen innerartlichen Kommunikation verwendet. Die meisten bisherigen Studien waren auf Nagetiere fokussiert, bei denen zwei Gen-Typen von Vomeronasalrezeptoren (VR) im Vomeronasalorgan (VNO, am Boden der Nasenhöhle) vorhanden sind: Vomeronasalrezeptor Typ 1 und Typ 2 (V1R und V2R). Die translatierten Proteine beider Typen sind strukturell unterschiedlich, allerdings liegen keine hinreichenden Informationen über die Evolution von VRs bei Primaten vor. Mausmakis haben von allen Primaten das größte Repertoire an V1Rs, wobei die Präsenz von funktionellen V2Rs bis jetzt nicht bestätigt wurde. Es wurden vier Studien ausgearbeitet, um spezifische Fragestellungen zu beantworten und verschiedene Aspekte der Evolution des V1R-Repertoires bei Mausmakis zu untersuchen.             Die erste Studie untersuchte den Aufbau des V1R-Repertoires in der am besten untersuchten Mausmaki-Art, dem grauen Mausmaki, und identifizierte neun monophyletische Gen-Cluster. Es konnte gezeigt werden, dass sieben dieser neun Gen-Cluster unter starker positiver Selektion evolviert sind, was darauf hindeutet, dass Adaption von V1Rs die Evolution dieser Art beeinflusst hat. Vergleiche mit der Funktion von verwandten V1R Clustern in der Maus ließen auf einen potentiellen Zusammenhang zwischen der Funktion des Rezeptors und der Stärke an Selektion schließen. Positive Selektion wurde auch in fünf von sieben analysierten V1R Loci detektiert, die von sechs bis zehn verschiedenen Mausmaki-Arten sequenziert wurden, was auf anhaltende Selektion innerhalb der Gattung hindeutet und in Bezug zu sexueller Selektion oder eventuell auch zu Artbildungsprozessen stehen könnte.             In der zweiten Studie wurde zum ersten Mal gezeigt, dass sich zwei intakte V2R Gene in den Genomen von drei Feuchtnasenaffen (Lemuren und Loris) befinden und beide im VNO des grauen Mausmakis exprimiert werden. Die Konservierung der V2R Gene steht im Kontrast zum hoch diversen V1R-Repertoire und weist auf unterschiedliche Evolution der beiden VR-Typen hin.             Die Analyse der Expression wurde in der dritten Studie ausgeweitet, in der spezifische Expressionsmuster von 64 V1Rs und den zwei V2Rs im VNO und der Riechschleimhaut (MOE, in der oberen Nasenhöhle) in mehreren Mausmaki-Individuen untersucht wurde. Alle Loci wurden im VNO mindestens eines Tieres exprimiert, wobei die individuellen Anteile an exprimierten VR-Loci zwischen 83% und 97% schwankten. Unerwarteterweise wurde auch erhebliche Expression von VRs im MOE festgestellt, wobei hier die individuellen Anteile an exprimierten Loci zwischen 29% und 45% lagen. TRPC2, ein Kationenkanal-Protein, das unverzichtbar für die VR-übermittelte Signalübertragung ist, war in beiden Organen exprimiert, was auf mögliche Funktionalität der exprimierten VRs auch im MOE hinweist. Angesichts der Unterschiede in den Nervenbahnen von MOE und VNO Signalen, die zu höheren kortikalen Gehirnarealen respektive dem Limbischen System führen, ergibt sich die Möglichkeit, dass die Evolution von VR-Expression im MOE Mausmakis ermöglicht hat, die Verarbeitung von VR-vermittelten olfaktorischen Informationen zu diversifizieren.             Die vierte Studie analysierte die genetische Diversität von VRs in wild lebenden Populationen zweier sympatrischer Mausmaki-Arten und half bei der Unterscheidung von Genen und Allelen. Im Gegensatz zu den Ergebnissen auf Artebene, welche eher die evolutionären Prozesse in der weiter zurückliegenden Vergangenheit wiedergeben (vorherige Kapitel), zeigte diese Studie, dass negative Selektion der treibende Selektionsdruck während der jüngeren Vergangenheit von Mausmakis auf Populationsebene war. Zusätzlich konnten ein Vergleich der genetischen Diversität und eine demographische Modellierung von 15 V1Rs und den zwei V2Rs aufzeigen, dass beide sympatrischen Arten eine unterschiedliche demographische Geschichte vorweisen.             Zusammenfassend haben die Studien die Komplexität des VR-Systems in diesen kleinen nachtaktiven Primaten aufgezeigt, welches unter variierendem Selektionsdruck evolviert ist. Allerdings fehlen bei Mausmakis zurzeit Informationen über spezifische Liganden der Rezeptoren, welche benötigt würden, um die genetischen Ergebnisse mit tatsächlicher ökologischer Funktion zu verbinden. Außerdem ist das Genom des grauen Mausmakis noch immer unvollständig sequenziert, wobei ein hochabdeckendes Genom für die Identifizierung des kompletten Repertoires an V1Rs und V2Rs notwendig ist. Zusätzlich würden Genom-Daten von anderen Lemuren oder Loris dazu beitragen, VR-Repertoires der Feuchtnasenaffen zu identifizieren und damit zeigen, ob die Komplexität, die in Mausmakis gefunden wurde, einzigartig ist oder kennzeichnend für Lemuren.