Jenseits von Mendel: Forschende fordern ein neues Verständnis der Genetik*

Auf den Punkt:

• Viele Merkmale und Krankheitsrisiken entstehen nicht durch „ein Gen – ein Merkmal“, sondern durch das Zusammenspiel sehr vieler genetischer Varianten.
• Klassische Ein-Gen-Modelle erklären die beobachtete Variation von Individuen oft nicht – besonders, wenn Umwelt und genetischer Hintergrund mitwirken.
• Die internationale Autorengruppe fordert neue experimentelle Paradigmen und passende Infrastrukturen, etwa großskalige, automatisierte Phänotypisierung und systematische Studien unter Berücksichtigung der Umweltvariation.

Seit über hundert Jahren prägt die Mendelsche Genetik unser Bild von Vererbung: Ein Gen, ein Merkmal. Ein Modell, das in vielen Lehrbüchern bis heute nachhallt – und das zugleich immer häufiger an seine Grenzen stößt. In einem Perspektivenartikel, veröffentlicht in der Fachzeitschrift „Genetics“, fordert eine internationale Autorengruppe führender Genetiker und Evolutionsbiologen deshalb ein grundlegendes Umdenken: Weg von der Suche nach einzelnen, klar abgegrenzten Genwirkungen – hin zu experimentellen Ansätzen, die genetische Komplexität nicht als Störfaktor behandeln, sondern als Ausgangspunkt.

Die zentrale These: Die Mehrzahl biologischer Merkmale – von Körperformen über physiologische Funktionen bis hin zu Krankheitsrisiken – entsteht aus dem Zusammenspiel sehr vieler Gene. Die Effekte einzelner Varianten sind dabei meist klein, häufig kontextabhängig und werden stark durch Umweltbedingungen sowie den genetischen Hintergrund eines Individuums beeinflusst. Übereinstimmende Befunde aus quantitativer Genetik, Evolutionsbiologie und Züchtungsforschung sprechen, so die Autorinnen und Autoren, eine klare Sprache: Einfache Ein-Gen-Modelle reichen nicht aus, um den gesamten Phänotyp und die Variation zwischen Individuen zu erklären.

„Die klassische Genetik hat enorme Erfolge erzielt, wenn es darum ging, einzelne Gene mit klaren Funktionen zu identifizieren“, sagt Diethard Tautz, einer der Autoren des Artikels. „Doch mit dem bisherigen Herangehen ist es nicht gelungen, den Phänotyp, also die Eigenschaften von Individuen als Ganzes im Kontext ihrer Umwelt, zu erklären.“

Besonders deutlich wird das inzwischen auch in der medizinischen Forschung. Viele weit verbreitete Krankheiten werden durch eine sehr große Zahl genetischer Varianten beeinflusst. Jede einzelne Variante trägt nur minimal zum Risiko bei – in Kombination und im Zusammenwirken mit Umweltbedingungen können diese Effekte jedoch erheblich sein. Der Perspektivenartikel ordnet diese Entwicklung historisch ein: Im 20. Jahrhundert konzentrierte sich die experimentelle Genetik bewusst auf klar definierte Einzeleffekte in standardisierten genetischen Systemen. Dieser Ansatz war außerordentlich erfolgreich, wenn es um die Aufklärung molekularer Mechanismen ging. Für das Verständnis individueller Variation, evolutiver Anpassung und komplexer Krankheitsbilder aber stößt er, so das Argument, an grundlegende Grenzen.

Vor diesem Hintergrund plädiert die Autorengruppe für eine systematische Weiterentwicklung der experimentellen Genetik. Künftige Forschungsansätze sollten natürliche genetische Variation explizit einbeziehen, evolutionäre Prozesse berücksichtigen und genetische Effekte nicht isoliert, sondern auf Systemebene und im Umweltkontext untersuchen. Vorgeschlagen werden unter anderem parallele Selektionsexperimente, genomweite Analysen unter kontrollierten Umweltveränderungen sowie die Auswertung natürlicher Anpassungsprozesse in Wildpopulationen.

Einen wesentlichen Schritt in diese Richtung hat der FWF in Österreich beschritten. Mit der Förderung eines Verbundprojektes über Polygene Anpassung wird die weltweit einzigartige Konzentration von Experten in diesem Themenbereich vernetzt. „Es ist besonders die einmalige synergistische Kombination von Theorie und Experimenten, die es uns gestattet, diese Forschungsrichtung maßgeblich voranzutreiben“ so Christian Schlötterer, der Leiter des SFB Projekts „Polygene Adaptation“. Das Institut für Populationsgenetik bringt Kompetenz in experimenteller Evolution mittels der Fruchtfliege in das FWF Konsortium ein.

Ein zentraler Punkt ist dabei die Infrastrukturfrage. Wer polygene Merkmalsarchitekturen verstehen will, braucht Daten – und zwar in einer Größenordnung, die klassische Laborsetups schnell überfordert. Notwendig seien großskalige, automatisierte Phänotypisierungsverfahren, ermöglicht durch eine enge Verzahnung von Biologie, Ingenieurwissenschaften und datengetriebener Modellierung.

Der Artikel endet mit einem klaren Plädoyer: Genetische Komplexität solle nicht länger reduziert oder ausgeblendet werden. Stattdessen müsse sie experimentell zugänglich gemacht werden – als Voraussetzung, um evolutionäre Prozesse ebenso wie die biologische Grundlage komplexer Merkmale und Erkrankungen künftig besser zu verstehen.

Der Artikel "Beyond Mendel: a call to revisit the genotype–phenotype map through new experimental paradigms" von Tautz et al. wurde in Genetics veröffentlicht. 


Wissenschaftlicher Artikel


*Presseinformation des Max-Planck-Instituts für Evolutionsbiologie und der Vetmeduni


Rückfragehinweise:
Univ.-Prof. Dr.rer.nat. Christian Schlötterer
Zentrum für Biologische Wissenschaften
Veterinärmedizinische Universität Wien
christian.schloetterer@vetmeduni.ac.at


Diethard Tautz
Emeritiertes wissenschaftliches Mitglied
tautz@evolbio.mpg.de
Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie