7.11E: Komplementation

Die Komplementation bezieht sich auf eine Beziehung zwischen zwei verschiedenen Stämmen eines Organismus, die beide homozygot rezessive Mutationen aufweisen, die denselben Phänotyp hervorrufen (z.B. eine Veränderung der Flügelstruktur bei Fliegen), die aber nicht auf demselben (homologen) Gen liegen.

Diese Stämme sind echte Züchtungen für ihre Mutation. Werden diese Stämme miteinander gekreuzt, so zeigen einige Nachkommen die Wiederherstellung des Wildtyp-Phänotyps, man spricht dann von „genetischer Komplementation“. In diesem Fall liefert das Haploid eines jeden Stammes ein Wildtyp-Allel, das das mutierte Allel des Haploids des anderen Stammes „ergänzt“, so dass die Nachkommen heterozygote Mutationen in allen verwandten Genen aufweisen. Da die Mutationen rezessiv sind, weisen die Nachkommen den Wildtyp-Phänotyp auf.

Ein Komplementationstest (manchmal auch „cis-trans“-Test genannt) bezieht sich auf dieses Experiment, das von dem amerikanischen Genetiker Edward B. Lewis entwickelt wurde. Er beantwortet die Frage: „Rettet eine Wildtyp-Kopie des Gens X die Funktion des mutierten Allels, von dem angenommen wird, dass es das Gen X definiert?“. Wenn es ein Allel mit einem beobachtbaren Phänotyp gibt, dessen Funktion von einem Wildtyp-Genotyp übernommen werden kann (d. h. das Allel ist rezessiv), kann man fragen, ob die Funktion, die durch das rezessive Allel verloren gegangen ist, von einem anderen mutierten Genotyp übernommen werden kann. Wenn nicht, müssen die beiden Allele im selben Gen defekt sein. Das Schöne an diesem Test ist, dass das Merkmal als Indikator für die Genfunktion dienen kann, auch wenn man nicht weiß, was das Gen auf molekularer Ebene tut.

Komplementierung entsteht, weil der Funktionsverlust von Genen, die für verschiedene Schritte in demselben Stoffwechselweg verantwortlich sind, zu demselben Phänotyp führen kann. Wenn Stämme miteinander gekreuzt werden, erben die Nachkommen Wildtyp-Versionen jedes Gens von beiden Elternteilen. Da die Mutationen rezessiv sind, kommt es zu einer Wiederherstellung der Funktion in diesem Stoffwechselweg, so dass die Nachkommen den Phänotyp des Wildtyps wiedererlangen. Der Test wird also verwendet, um festzustellen, ob zwei unabhängig voneinander entstandene rezessive Mutationsphänotypen durch Mutationen in demselben Gen oder in zwei verschiedenen Genen verursacht werden. Wenn beide Elternstämme Mutationen in demselben Gen aufweisen, werden keine normalen Versionen des Gens an die Nachkommen vererbt; sie drücken denselben mutierten Phänotyp aus, und die Komplementierung ist fehlgeschlagen.

Mit anderen Worten, wenn die Kombination von zwei haploiden Genomen, die verschiedene rezessive Mutationen enthalten, einen mutierten Phänotyp ergibt, gibt es drei Möglichkeiten: Die Mutationen treten in demselben Gen auf; eine Mutation beeinflusst die Expression des anderen Gens; eine Mutation kann zu einem hemmenden Produkt führen. Wenn die Kombination von zwei haploiden Genomen, die unterschiedliche rezessive Mutationen enthalten, den Wildtyp-Phänotyp ergibt, müssen die Mutationen in unterschiedlichen Genen liegen.