In diesem Vorhaben planen wir die Untersuchung von Gen- un Genomduplikationen in Fischen. Die Kartierung von Genen, so wie unsere eigenen phylogenetischen Untersuchungen unterstützen die Hypothese, dass zu einem frühen Zeitpunkt in der Evolution der Strahlenflosser (Actinopterygii) eine Genomduplikation statt gefunden hat. Unsere zuletzt gewonnenen Ergebnisse deuten eindeutig darauf hin, dass diese Genomduplikation zeitlich vor der Aufspaltung in die Linien statt gefunden hat, die zum Zebrafisch (Danio rerio) und zum Pufferfisch (Takifugu rubripes) geführt haben. Aus dieser Erkenntnis ergibt sich die Notwendigkeit, vergleichende Studien zu entwerfen, die nicht von einem 1:1-Verhältnis von "orthologen" Genen zwischen dem Menschen und Modellorganismen, wie dem Zebrafisch, Pufferfisch, Medaka und Platyfisch ausgehen.pUnsere bisherige Strategie war es, Datenbanken durch BLAST-Abfragen mit jeweils einzelnen Sequenzen zu durchsuchen. Wir haben wertvolle Erfahrungen über die Vor- und Nachteile großer Datenbanken und über spezifische Probleme, die bei der Analyse von Datensätzen mit duplizierten Genen auftreten, gewonnen. Die Veröffentlichung der Genomsequenz des Pufferfisches (Aparicio et al., Science 25.7.2003) und die Fortschritte des Zebrafisch-Genomprojekts machen es im Anschluss erforderlich, diese Informationen in genomumfassende Sequenzanalysen ein zu beziehen. Durch die Analyse dieser kompletten Genome werden wir den Beitrag der postulierten Genomduplikation zum gegenwärtigen Genrepertoire von Zebrafisch und Pufferfisch untersuchen. Darüber hinaus werden wir während der nächsten zwei Jahre einen vergleichenden Ansatz verfolgen, um Elemente, die für die Regulation von Genen verantwortlich sind, im Zebrafisch, Pufferfisch und dem Menschen zu identifizieren. Das Genom des Pufferfisches wurde bereits erfolgreich zur Identifizierung regulatorischer Sequenzelemente von Genen, die mit erblichen Krankheiten assoziiert sind, herangezogen. Die Untersuchung der Auswirkungen einer Genomduplikation in Fischen sind in diesen Studien bisher noch nicht verwertet worden.We plan to study gene and genome duplication in fish. Gene mapping studies and phylogenetic analyses have provided support for the hypothesis that there was a whole-genome duplication event early during the evolution of ray-finned fishes. Our most recent work strongly suggests that the duplication event occurred before the divergence of the zebrafish (Danio rerio) and pufferfish (Takifugu rubripes) lineages. This conclusion means that comparative studies will have to be designed that do not assume a 1:1 ratio of `orthologous¿ genes between human and model species including zebrafish, pufferfish, Japanese medaka (Oryzias latipesXiphophorus maculates). BRSo far, our approach has been to BLAST-search databases on query sequence at the time. Although this approach has limited us to studying hundreds rather than thousands of genes and has also been limited by the lack of a complete fish genome sequence, we have gained valuable insights into the strengths and weaknesses of large databases and we have learned about the unique problems associated with analyzing datasets with duplicated genes. With the publication of the pufferfish genome sequence (Aparicio et al. 2002) and the recent progress on the zebrafish genome sequencing project, we must now incorporate what we have learned into genome-wide sequence similarity searches. By using each gene in the genome as a BLAST query sequence and using the entire genome as a searchable database, we will identify duplicates of all ages and determine what contribution the proposed genome duplication event has made to the current gene repertoire of zebrafish and pufferfish. During the next two years we will also use a comparative approach to identify gene regulatory elements in zebrafish, pufferfish and humans. The pufferfish genome has already been used to identify regulatory elements upstream of genes associated with disease in humans but the contribution of genome duplication in fish has yet to be exploited in these studies.
