Evolutionsbiologen können Langzeitantwort auf Selektion ungeachtet der genetischen Architektur vorhersagen

In der neuesten Publikation von Tiago Paixao, Postdoc, und Nick Barton, Professor am Institute of Science and Technology (IST) Austria in der Fachzeitschrift “Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)” beleuchten sie die kontroversiell diskutierte Rolle der Geninteraktion (Epistase) in zwei stark voneinander abweichenden Szenarien evolutionärer Mechanismen als Antwort auf Selektion.  Als Epistase bezeichnet man die Beeinflussung der Ausprägung von Genen durch die Anwesenheit anderer Gene. Derzeit herrschen unter Evolutionsbiologen unterschiedliche Meinungen über den Einfluss der Epistase auf die Anpassung vor: Während die Effekte bei der kurzfristigen Antwort klein sind, sehen andere eine Akkumulierung dieser und daher sehr wohl einen großen Einfluss der genetischen Architektur auf die Langzeitantwort auf Selektion.

Mit ihrer Frage wieviel denn der Durchschnittswert eines komplexen genetischen Merkmals durch Selektion erhöht werden kann, zeigen Paixao und Barton den Einfluss von Epistase in zwei unterschiedlichen Systemen, in denen zum einen genetischer Drift und zum anderen genetische Selektion die Dynamik der Allelfrequenz, also die Veränderung der relativen Häufigkeiten unterschiedlicher Ausprägungen eines Gens, bestimmen.

Im ersten Szenario wird die Allelfrequenz durch die genetische Drift, also die rein zufällige Veränderung der Häufigkeit von Genvarianten anstatt einer Bevorzugung von der besten oder „fittesten“ Variante, bestimmt. Hier zeigte sich, dass die Langzeitantwort auf Selektion überraschend einfach vorhersagbar war, da diese ungeachtet der genetischen Architektur lediglich von den ursprünglichen Komponenten der Varianz der Merkmale beeinflusst wurde.

Im zweiten Szenario verändern sich die Allelfrequenzen lediglich durch ihren Effekt auf das Merkmal. Durch die Epistase allerdings verändert sich dieser Effekt im Zuge der Anpassung der gesamten Population. Die beiden Wissenschaftler am IST Austria zeigten, dass Epistase nur Einfluss auf die Langzeitantwort nehmen kann, wenn das Zeichen dieses Effekts sich ebenso während der Antwort ändert, was sie als „allelic reversal“, allelische Umkehr bezeichnen. Dieser Effekt hängt von den Mustern der Geninteraktionen ab. Im Gegensatz zum vorherigen Szenario des evolutionsbiologischen Gendrift-Mechanismus ist hier die anfängliche Varianz der Komponenten nicht geeignet, um die sogenannte allelische Umkehr und in weiterer Folge die Langzeitantwort auf Selektion vorherzusagen.

Beiden Szenarien ist jedoch gemeinsam, dass – in Abwesenheit eines systematischen Bias der Geninteraktionen – Epistase nur die Langzeitantwort auf Selektion erhöhen kann.