Genetik

Die Forschung zur Genetik des Europäischen Nerzes ist sehr begrenzt und bedarf dringend einer Ergänzung, insbesondere im Kontext des schnell fortschreitenden Aussterbens der Art und des Verschwindens ihrer zahlreichen Populationen, unter anderem in Frankreich, Weißrussland und Russland. Die unwiederbringlich verlorenen genetischen Ressourcen werden zum Großteil nie erkannt und beschrieben werden, was nicht nur aus kognitiver, sondern auch aus praktischer Sicht einen unwiederbringlichen Verlust darstellt – die dürftigen Daten über die genetische Differenzierung innerhalb der Populationen und zwischen den Populationen beeinträchtigen die Wirksamkeit der durchgeführten Wiederherstellungsmaßnahmen für den Europäischen Nerz erheblich, insbesondere im Rahmen der Wiederherstellungs- und Erhaltungszucht sowie der Wiederansiedlung der Art.

Die ersten Genforschungen über den Europäischen Nerz betrafen die Zytogenetik der Art und wurden in der ehemaligen UdSSR durchgeführt. Bislang sind die Studien von Volobuev und Ternovsky, Volobuev et al., Graphodatsky et al. und Graphodatsky und Radjabli die wichtigsten Quellen für Informationen über den Karyotyp von M. lutreola.

Die diploide Chromosomenzahl des Europäischen Nerzes beträgt 38, eine Zahl, die für viele Arten der Familie der Marder typisch ist, wobei über 60 % der Arten dieser Gruppe 2n = 38 aufweisen. Bei Vertretern der Gattung Mustela liegt die Zahl der diploiden Chromosomen zwischen 38 und 44. Signifikant ist, dass beim Amerikanischen Nerz (Mink) 2n = 30 ist, was aus der zytogenetischen Sicht seine relativ geringe evolutionäre Verwandtschaft mit dem Europäischen Nerz belegt. Gleichzeitig ist anzumerken, dass eine identische diploide Chromosomenzahl phylogenetisch eng mit dem Europäischen Nerz verwandte Arten kennzeichnet, nämlich das Feuerwiesel, das Japan-Wiesel, den Steppen-Iltis und den Schwarzfußiltis, während für den Europäischen Iltis 2n = 40 gilt.

Der Karyotyp von M. lutreola besteht aus fünf Paaren von metazentrischen Chromosomen, zwei Paaren von subtelozentrischen Chromosomen, fünf Paaren von submetazentrischen Chromosomen und sieben Paaren von telozentrischen Chromosomen (Abb. 6). Das X-Chromosom ist submetazentrisch, während das Y-Chromosom metazentrisch ist. Wie bei anderen Vertretern der Familie der Marderartigen ist das Y-Chromosom das kleinste Chromosom. Die Grundzahl der Arme der Autosomen (FNa) beträgt 58, was auf eine signifikante Ähnlichkeit in der Chromosomenmorphologie zwischen dem Europäischen Nerz und dem Feuerwiesel hinweist (beide Arten haben die gleiche diploide Chromosomenzahl und die gleiche Anzahl von FNa). Das Karyotypmuster des Europäischen Nerzes wurde noch nicht ermittelt.

Die Charakteristik der G- und C-Streifen der Chromosomen des Europäischen Nerzes wird entsprechend von Graphodatsky et al. und Graphodatsky et al. angegeben . Das Muster der AgNOR-Streifen (Nukleolus-Organisatoren), das durch Versilberung der sekundären Einschnürungen der Chromosome gewonnen wird, ist ebenfalls beschrieben worden. Einen detaillierten Vergleich der Muster der G-Streifen der Chromosomen des Europäischen Nerzes und des Amerikanischen Nerzes (Mink), des Gemeinen Wiesels Mustela nivalis, des Bergwiesels Mustela altaica, des Japanischen Marders Martes melampus, des Europäischen Dachses Meles meles und des Gestreiften Zorillas Ictonyx striatus haben Graphodatsky et al. vorgelegt.. Sowohl im Hinblick auf das G-Streifenmuster als auch auf die Chromosomenzahl und -morphologie weist der Europäische Nerz eine starke Ähnlichkeit mit dem Feuerwiesel auf.

Das Genom des Europäischen Nerzes wurde noch nicht sequenziert. Für diese Art wurden 158 Nukleotidsequenzen (DNA und RNA) in der GenBank-Datenbank hinterlegt. Diese Zahl umfasst 61 mitochondriale Genomsequenzfragmente, darunter 30 Haplotypen des cytb-Gens (26 für Fragmente mit einer Länge zwischen 337 und 504 pz und vier für die vollständige Gensequenz mit einer Länge von 1 140 pz) und 23 Haplotypen für die Kontrollregion (357 bis 990 pz). Im Vergleich dazu beläuft sich die Zahl der in der GenBank-Datenbank hinterlegten Nukleotidsequenzdatensätze von M. putorius und M. putorius furo auf 357 607 und die von N. vison auf 19 550.

Aufgrund der hohen zytogenetischen Ähnlichkeit und der nachgewiesenen engen phylogenetischen Verwandtschaft sollte die Größe des Kerngenoms des Europäischen Nerzes anhand des sequenzierten Genoms des Frettchens (MusPutFur1.0, GenBank-Zugangscode: NC_020638.1) auf etwa 2 411 Millionen pz (Mb), der GC-Paar-Gehalt auf etwa 42 % und die Anzahl der Gene auf etwa 27.300 geschätzt werden.

Die am besten erforschten genetischen Marker beim Europäischen Nerz sind nukleare Mikrosatelliten-Sequenzen (syn. Short Tandem Repeats, STR; Simple Sequence Repeats, SSR. – Simple Sequence Repeats, SSRs), bei denen es sich um mehrere Nukleotide umfassende, tandemartig wiederholte DNA-Sequenzmotive handelt. Sie werden für phylogenetische Studien, die Analyse der genetischen Variation zwischen den Populationen und der internen genetischen Struktur, den Nachweis von evolutionären Ereignissen in der Phylogenie des Europäischen Nerzes, phylogeografische Rekonstruktionen und möglicherweise auch die Identifizierung von interspezifischen Hybriden M. lutreola × M. putorius verwendet

Lushnikova et al. führten ebenfalls differentielle Hybridisierungsstudien auf der Grundlage von klonierten Genomfragmenten durch, die mit Hilfe der Restriktionsenzyms BamHI für den Europäischen Nerz, den Europäischen Iltis, das Feuerwiesel, das Hermelin, den Tigeriltis Vormela peregusna und den Amerikanischen Nerz (Mink) gewonnen wurden. Das Ergebnis dieser Studien war die Bestimmung von artspezifischen elektrophoretischen Restriktionsmustern für die angegebenen Arten. Die auf dieser Grundlage durchgeführte phylogenetische Analyse ergab die größte Ähnlichkeit zwischen M. lutreola, M. putorius und M. sibirica (gemeinsamer Knotenpunkt), während N. vison das phylogenetisch am weitesten vom Europäischen Nerz entfernte Taxon war.

Die Namen der Mikrosatellitenmarker des Europäischen Nerzes bestehen aus einer einmaligen Nummer, der die Abkürzung Mlut vorangeht. Cabria et al. identifizierten acht einmalige Mikrosatelliten-Loci von M. lutreola: Mlut04 (GenBank-Zugangscode: EF093582, repetitives Motiv (GT)₁₆, fünf Allele identifiziert), Mlut08 (GenBank-Zugangscode: EF093583, repetitives Motiv (GT)₁₂, vier identifizierte Allele), Mlut15 (GenBank-Zugangscode: EF093585, repetitives Motiv (GT)₁₄, fünf identifizierte Allele), Mlut20 (GenBank-Zugangscode: EF093587, (GT)₁₈, acht identifizierte Allele), Mlut25 (GenBank-Zugangscode: EF093588, repetitives Motiv (GT)₁₅, sechs identifizierte Allele), Mlut27 (GenBank-Zugangscode: EF093589, repetitives Motiv (GT)₈NN(GT)₁₄, zwei identifizierte Allele), Mlut32 (GenBank-Zugangscode: EF093590, repetitives Motiv (GT)₅₉, acht identifizierte Allele), Mlut35 (GenBank-Zugangscode: EF093591, repetitives Motiv (GT)₁₅NNNNN(GT)₄NN(GT)₇, vier identifizierte Allele).

Mikrosatellitenmarker des Europäischen Nerzes wurden erfolgreich bei anderen Arten der Familie der Marder amplifiziert, darunter Mustela eversmannii, Mustela furo, Mustela sibirica, Mustela nivalis, Neovison vison, Martes martes und Martes foina. Dies zeigt die Anwendbarkeit der STR-Marker von M. lutreola für die Untersuchung der Genome anderer Mitglieder der Familie der Mustelidae. Im Gegensatz dazu bewerteten Peltier und Lodé, Michaux et al., Lodé et al. und Cabria et al. positiv die Machbarkeit der Verwendung von Primersequenzen, die zur Amplifikation von Mikrosatelliten-Sequenzen im Genom des Amerikanischen Nerzes (Mink) (Mvi02, Mvi20, Mvi22, Mvi72, Mvi75, Mvi389, Mvi1843, Mvi054, Mvi111), des Europäischen Iltisses (PutFK1) und des Hermelins (Mer09, Mer22, Mer41) entwickelt wurden, um die Populationsgenetik, Phylogenie und Phylogeographie des Europäischen Nerzes zu untersuchen.

Neben dem Polymorphismus neutraler genetischer Marker wurde beim Europäischen Nerz auch die Variation von Allozymen und dem drb-Gen der Genfamilie der großen Gewebekompatibilität (MHC) Klasse II analysiert. Von den 36 Allozym-Loci, die von Lodé et al. beim Europäischen Nerz analysiert wurden, wurden nur vier gefunden, die jeweils zwei allelische Formen aufweisen (Gen für Carboxylesterase/EC 3.1.1.1 – est-2, Gen für NADP-abhängige zytosolische Malatdehydrogenase/EC 1.1.1.40 – me-1, Gen für MDH Malatdehydrogenase/EC 1.1.1.37 – mdh-1 und Gen für ein unspezifisches Protein). Alle anderen Loci waren beim Europäischen Nerz monomorph, während bei den parallel analysierten Proben des Iltis neun Loci polymorph waren. Für das drb-Gen haben Becker et al. neun allelische Formen beschrieben. Nishita et al. führten phylogenetische Analysen auf der Grundlage der Sequenz von Exon zwei des drb-Gens durch und wiesen die evolutionäre Verwandtschaft dieser Sequenz in M. sibirica, M. itatsi und M. lutreola sowie ihren interspezifischen Polymorphismus als indirekten Beweis für die Wirkung stabilisierender Selektion nach.

Das vollständige mitochondriale Genom des Europäischen Nerzes wurde 2017 de novo sequenziert – die Länge der erhaltenen Nukleotidsequenz beträgt 16 523 pz. Ein mit dem BLAST-Programm durchgeführter Vergleich der anerkannten Mitogenomsequenz von M. lutreola mit den in GenBank hinterlegten vollständigen mitochondrialen Genomsequenzen von 24 Arten aus der Familie der Marder ergab eine Ähnlichkeit von 86-99 % (Tabelle 2). Ein auf der Grundlage der identifizierten mtDNA-Sequenz erstellter phylogenetischer Baum zeigte eine hohe Verwandtschaft des Europäischen Nerzes mit dem Europäischen Iltis und dem Frettchen und seine eindeutige Einbettung in eine Klade, die auch M. eversmanni, M. nigripes, M. sibirica und M. itatsi umfasst. Ein Vergleich der mitochondrialen Genomsequenzen des Europäischen Nerzes und des Europäischen Iltisses (GenBank-Zugangscode: KT693383.1) ergab Inkonsistenzen bei 158 Einzelnukleotidunterschieden.

An dieser Stelle ist lediglich hinzuzufügen, dass Gentests zur differenzierten Identifizierung des Europäischen Nerzes entwickelt wurden. Die von López-Giráldez et al. entwickelte Methode basiert auf der Amplifikation der artspezifischen nuklearen Mikrosatellitensequenz Mel08 nach dem von Domingo-Roura beschriebenen Verfahren. Bereits bei der Bewertung der Länge der Amplifikationsprodukte können M. lutreola und M. putorius (Produktlänge 221 pz für beide Arten) von N. vison (Amplikonlänge 436 pz) unterschieden werden, während die Verwendung des Restriktionsenzyms AciI eine Unterscheidung zwischen dem Europäischen Nerz und dem Europäischen Iltis ermöglicht. Der große Vorteil der Methode liegt in ihrer Einfachheit und den geringen Durchführungskosten, während ihr Anwendungswert durch die Möglichkeit betont wird, Arten zu identifizieren, die in Europa häufig gemeinsam vorkommen und zur selben ökologischen Gilde gehören (amphibische Raubtiere), aber einen völlig anderen Ansatz erfordern (Kontrolle und Beseitigung von gebietsfremden und invasiven Populationen von N. vison und dringende und sorgfältige Erhaltungsmaßnahmen für M. lutreola). Darüber hinaus kann die Gewinnung von genetischem Material für den beschriebenen Test nichtinvasiv erfolgen, indem Haarfallen zur Entnahme von Fell mit Haarwurzeln verwendet werden.

                Eine nichtinvasive Methode zur Identifizierung des Europäischen Nerzes, die auch eine Unterscheidung zum Europäischen Iltis und zum Amerikanischen Nerz (Mink) ermöglicht, wurde von Gómez-Moliner et al. entwickelt.. Das vorgeschlagene Protokoll basiert auf einer verschachtelten Polymerase-Kettenreaktion (nested-PCR) eines Fragments der Sequenz der mitochondrialen Kontrollregion (D-Loop) und dem Verdau der resultierenden Amplikons (240 pz Länge) mit einer Mischung aus Restriktionsasen – RsaI und MspI. Als Ergebnis der Agarose-Gelelektrophorese der Verdauungsprodukte können zwei Haplotypen identifiziert werden, die spezifisch für M. lutreola sind, zwei für M. putorius und ein für N. vison . Der große Vorteil der Methode besteht darin, dass sie für die in kleinen Mengen an abgebauter DNA aus Kotproben entwickelt wurde.

                Die Forschung im Bereich der Populationsgenetik von M. lutreola betrifft die Bestimmung der genetischen Differenzierung zwischen den erhaltenen Populationen der Art. Analysen der intraspezifischen genetischen Struktur des Europäischen Nerzes haben eine relativ hohe genetische Differenzierung der Art gezeigt, insbesondere im Vergleich zu anderen Mitgliedern des Taxons Mustelidae. Diese Vielfalt ist jedoch nicht homogen, und die verschiedenen Populationen weisen signifikant unterschiedliche Grade der genetischen Vielfalt auf. Die Studie von Cabria et al. zeigten auf der Grundlage von 11 Mikrosatelliten-Loci die Existenz von drei genetisch unterscheidbaren Populationen – die nordöstliche ( in den Einzugsgebieten von Wolga und Dvina), die westliche (in Südwestfrankreich sowie Nord- und Westspanien) und die südöstliche (im Donaudelta in Rumänien). Die ermittelten Werte der Parameter zur Bewertung der genetischen Vielfalt sind in Tab. 1 zusammengefasst. Sie zeigen, dass die genetische Vielfalt in der nordöstlichen Population am höchsten, in der rumänischen Population etwas niedriger und in der westlichen Population deutlich niedriger ist.

Ähnliche Ergebnisse wurden von Michaux et al. erreicht, die eine Analyse der genetischen Variation zwischen den Populationen des Europäischen Nerzes auf der Grundlage der vollständigen D-Loop-Sequenz des mitochondrialen Genoms durchgeführt haben. Die von dem oben genannten Team erzielten Ergebnisse zeigten, dass für das untersuchte DNA-Fragment in der russisch-weißrussischen Population (18 untersuchte Individuen) 15 Haplotypen, in der rumänischen Population (34 untersuchte Individuen) vier Haplotypen und in der französisch-spanischen Population (124 untersuchte Individuen) nur ein Haplotyp vorhanden sind. Die Nukleotid- (π) und Haplotyp-Variation (h) betrug 0,0120 ± 0,0014 und 0,939 ± 0,058 für die russisch-weißrussische Population, 0,0012 ± 0,0003 und 0,469 ± 0,088 für die rumänische Population bzw. 0 für die französisch-spanische Population für beide Indizes.

Tab. 1. Indikatoren der genetischen Differenzierung der nordöstlichen (NE), der südöstlichen (SE) und der westlichen (W) Population des Europäischen Nerzes, anhand von 11 Mikrosatelliten-Loci (Quelle: Cabria et al. 2015)

N – Anzahl der untersuchten Individuen, N_A – Anzahl der Allele, P_A – Anzahl der privaten Allele, % P_A – prozentualer Anteil der privaten Allele an der Gesamtzahl der Allele), A – allelische Vielfalt, H_O – beobachtete Heterozygotie, H_E – rtwartete Heterozygotie, F_IS – Inzuchkoeffizient

Zu ähnlichen Schlussfolgerungen hinsichtlich der genetischen Vielfalt dieser drei Populationen des Europäischen Nerzes kamen auch Lodé, Davidson et al. und Cabria. Die Gründe für die hohe genetische Homogenität der in Frankreich und Spanien lebenden Populationen werden auf den Engpass und den Gründereffekt, die in der jüngeren Vergangenheit auftraten (oder auftreten), sowie auf den begrenzten Genfluss zurückgeführt.

                Obwohl die Zahl der Studien über die Genetik des europäischen Nerzes relativ gering ist, muss betont werden, dass fast alle derzeit in diesem Bereich durchgeführten Forschungen einen äußerst wichtigen Anwendungsaspekt haben. Sie tragen unmittelbar zum Erwerb sehr wertvoller praktischer Kenntnisse für die Planung wirksamer Ex-situ- (Erhaltungs- und Wiederherstellungszucht) und In-situ-Erhaltungsmaßnahmen ( Wiederansiedlungsprogramme, Stärkung aussterbender Wildpopulationen mit externen Individuen) bei, und zwar sowohl ad hoc als auch strategisch. Als solche sind sie ein hervorragendes Beispiel dafür, wie die Erhaltungsgenetik in der Praxis eingesetzt werden kann. An dieser Stelle sollten die besonders wertvollen Studien von Lodé, Davison et al., Peltier und Lodé, Michaux et al., Michaux et al. und Cabria et al. genannt werden. Es ist auch hier zu betonen, dass nur die Erhaltungsgenetik die Instrumente zur Rettung einer Art liefern kann, die vom so genannten Aussterbestrudel (engl. extinction vortex) betroffen ist, was wiederum weitere Forschungsinitiativen zur Erhaltungsgenetik des Europäischen Nerzes erforderlich macht.