Parham, J. F., C. R. Feldman & J. L. Boore (2006): The complete mitochondrial genome of the enigmatic bigheaded turtle (Platysternon): description of unusual genomic features and the reconciliation of phylogenetic hypotheses based on mitochondrial and nuclear DNA. – BMC Evolutionary Biology 6(11): 1-11.

Das komplette mitochondriale Genom der Großkopfschildkröte (Platysternon): die Beschreibung einer ungewöhnlichen Genomstruktur und ein Überdenken der Hypothesen zur Phylogenie die auf mitochondrialer und nukleärer DNS basieren.

DOI: 10.1186/1471-2148-6-11

Großkopfschildkröte, Platysternon megacephalum – © Hilmar Hufer
Großkopfschildkröte,
Platysternon megacephalum
© Hilmar Hufer

Die Großkopfschildkröte (Platysternon megacephalum) aus Ostasien ist der einzige lebende Repräsentant der nur wenig untersuchten Schildkrötenlinie der Platysternidae. Sie hat keine noch lebenden nahen Verwandten und ihre phylogenetische Stellung innerhalb der Schildkröten ist eine der herausragenden, kontroversen Fragestellungen in der Schildkrötensystematik. Platysternon wurde traditionell als nahe verwandt mit den Schnappschildkröten (Chelydridae) angesehen, was meist auf der Grundlage einiger morphologischer und mitochondrialer DNS-Daten basierte. Allerdings stützten einige andere morphologische Studien sowie die nukleären DNS-Daten diese Hypothese nicht. Wir sequenzierten das komplette mitochondriale Genom von Platysternon und nahezu das komplette mt-Genom von zwei weiteren relevanten Arten und verglichen es mit den mt-Genomdaten aus der Literatur, um das bis dahin umfangreichste molekulare Datenmaterial zur Analyse dieser Fragestellung zu nutzen. Die resultierende Phylogenie schließt eine Beziehung zwischen Platysternon und den Chelydridae klar aus, zeigt aber erstaunlicher Weise, dass es sich um ein Mitglied der Testudinoidea handelt, einer diversen nahezu global verbreiteten Gruppe, die sowohl Sumpfschildkröten als auch Landschildkröten beinhaltet. Wir fanden auch dass die Platysternon mtDNS umfangreiche Umorganisationen im Genarrangement zeigt, wobei insbesondere zwei nahezu gleiche Kontrollregionen auffallen und was das Platysternon-mtGenom in einzigartiger Weise von den mt-Genomen aller anderen Schildkröten unterscheidet. Unsere Untersuchung zeigt klar, die phylogenetische Stellung von Platysternon und liefert eine gut abgesicherte Abstammungslinie für die Hauptgruppen der Schildkröten. Zusätzlich demonstriert unsere Untersuchung, dass man zuverlässigere Daten (Trennschärfen) durch die Vergleiche großer mtDNS Datensätze erzielen kann, im Vergleich zur Nutzung nur kleiner Teilsequenzen. Die früheren Stammbäume, die Platysternon zu den Chelydridae stellten, waren auf die Annahme angewiesen, dass es eine zeitliche Lücke in der Abfolge der Fossilfunde gibt, die nach unseren Daten unnötig ist. Die Duplikaturen der Kontrollregionen und die Veränderungen in der Genanordnung in der Platysternon mtDNS ergab sich wahrscheinlich durch eine Verdopplung von Genomteilen und dem Verlust dadurch überzählig gewordener Gene. Ebenso ist es möglich, dass der Besitz von zwei Kontrollregionen einen Vorteil mit sich bringt, was erklären könnte, warum sich die Kontrollregionen erhalten haben, während einige der duplizierten Gene verloren gingen. Beispiele für solche Befunde sind bislang selten. Bis jetzt wurden duplizierte Kontrollregionen im mt-Genom bei 12 Kladen der Metazoen einschließlich Platysternon berichtet.

Kommentar von H.-J. Bidmon

Wieder ein klares Beispiel dafür, wie man bei der Analyse rein morphologischer Daten irren kann (siehe dazu: Rieppel, O. & M. Kearney (2007): The poverty of taxonomic characters. – Biology & Philosophy 22(1): 95-113 oder Abstract-Archiv und natürlich auch Peng, Q. L., L. W. Nie & Y. G. Pu (2006): Complete mitochondrial genome of Chinese big-headed turtle, Platysternon megacephalum, with a novel gene organization in vertebrate mtDNA. – Gene 380(1): 14-20 oder Abstract-Archiv und Kommentar zu Le, M., W. P. McCord & J. B. Iverson (2007): On the paraphyly of the genus Kachuga (Testudines: Geoemydidae). – Molecular Phylogenetics and Evolution 45: 398-404 oder Abstract-Archiv. Allerdings sollte man aber auch einmal mitberücksichtigen, dass sich mt-DNS Datensätze und nukleäre DNS Datensätze in Beziehung zu den Verwandtschaftsgraden durchaus unterscheiden können. (siehe dazu Bowen, B. W. & S. A. Karl (2007): Population genetics and phylogeography of sea turtles. – Molecular Phylogenetics and Evolution 16(23): 4886-4907 oder Abstract-Archiv, würde man dann noch annehmen, dass es vor der Trennung zwischen Chelydrididae und Platysternidae zu Hybridisierungen gekommen sein könnte, wäre es vielleicht auch möglich, dass trotz dieser nur bei Platysternon erfolgten Umstrukturierung des mt-Genoms Beziehungen zwischen beiden Gruppen gegeben haben kann. Wenn man sich alle diese Arbeiten einmal durchliest und vor dem Hintergrund überdenkt, den wir heute aus den gut untersuchten Modellen von Drosophila und verschieden Säugern einschließlich des Menschen so langsam erkennen, scheint es mir, als würde hinter diesen Genomveränderungen und deren derzeitige Interpretation weit mehr stecken, als darin nur ein Indiz für eine lineare Abfolge innerhalb eines Stammbaums zu sehen.

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