Aufgabe 1 - Gentechnik · Abitur NRW Biologie GK · Haupttermin · Weiterbildungskolleg 2021

Material A: Rotfeuerfische im Westatlantik

Rotfeuerfische stammen ursprünglich aus dem Indopazifik, der aus dem Indischen Ozean und dem zentralen Pazifik besteht. Die beiden Rotfeuerfisch-Arten Pterois miles und Pterois volitans wurden wahrscheinlich unabsichtlich durch den Menschen von dort in den Westatlantik eingeführt.

Rotfeuerfische leben in Korallenriffen. P. miles und P. volitans sehen nahezu identisch aus und sind durch ihre Form und Farbe den Korallen im Riff ähnlich. Dort lauern sie ihrer Beute wie kleinen Fischen und Krebstieren auf. Feinde haben sie im Atlantik nur wenige. Die Weibchen der Rotfeuerfische legen im Jahr bis zu zwei Millionen Eier. Die Rotfeuerfischjungen schlüpfen etwa 36 Stunden nach dem Ablaichen und leben frei schwebend in oberflächennahen Wasserschichten. Oftmals werden sie durch Strömungen weit von ihrem Laichort fortgetragen.

Die Populationsentwicklung der Rotfeuerfische wurde im Westatlantik zwischen 2004 und 2010 an mehreren ausgewählten Riffabschnitten im Rahmen von Tauchgängen untersucht (Abbildung 1). Aufgrund ihrer Ähnlichkeit konnte man nicht zwischen den beiden Rotfeuerfischarten unterscheiden.

Zusätzlich wurde die Veränderung der Biomasse von Fischarten, die entweder zum Beutespektrum der Rotfeuerfische oder zu den Nahrungskonkurrenten zählen, erfasst (Abbildung 2). Magenuntersuchungen der Rotfeuerfische ergaben, dass ihre Nahrung zu 90 % aus kleinen Rifffischen vieler verschiedener Arten besteht.

Material B: Genetischer Fingerabdruck der Rotfeuerfischarten

Lange Zeit war unklar, zu welchen Arten die gesichteten Rotfeuerfische im Westatlantik gehören, weil die morphologische Unterscheidung schwierig ist. Im Jahr 2017 wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem man genetische Fingerabdrücke beider Arten erstellen kann. Dazu wird das 1160 bp lange mitochondriale cytb -Gen der Rotfeuerfische mittels PCR vervielfältigt. Ausschnitte aus der Sequenz des cytb -PCR-Produkts von P. volitans und P. miles sind in Tabelle 1 dargestellt. Das cytb -PCR-Produkt wird anschließend mit dem Restriktionsenzym EcoRV behandelt. EcoRV hat die Erkennungssequenz 5'-GATATC-3'. Nach der Behandlung mit dem Restriktionsenzym wurden die PCR-Produkte mittels Gelelektrophorese analysiert (Abbildung 3). Neben Vertretern von P. miles und P. volitans aus dem Westatlantik wurden auch Individuen von P. miles aus dem Indopazifik untersucht.

Material C: Ausbreitung der Rotfeuerfische

Es wird vermutet, dass die Ausbreitung von Pterois volitans und Pterois miles im Westatlantik auf eine einmalige Einführung von wenigen Tieren beider Arten durch den Menschen zurückzuführen ist. Zur Überprüfung dieser Hypothese wurde eine mitochondriale DNA-Sequenz mit einer Größe von 680 Basenpaaren von im Westatlantik gefangenen Rotfeuerfischen beider Arten mit denen von Rotfeuerfischen aus dem ursprünglichen Lebensraum der jeweiligen Art verglichen (Tabelle 2).

Aufgabenstellung 2

[21 Punkte]

Erklären Sie, nach welchem Grundprinzip eine DNA-Gelelektrophorese funktioniert. Zeichnen Sie in die abgebildeten Sequenzausschnitte (Tabelle 1, Material B) die Erkennungssequenzen von EcoRV ein. Erklären Sie die Bandenmuster, die in Abbildung 3 (Material B) zu sehen sind, und beurteilen Sie, inwiefern sich mit dem gezeigten Verfahren die hier genannten Rotfeuerfische eindeutig nachweisen lassen (Material B).

2.1

2.2

Geben Sie an, in welchen der drei Sequenzen aus Tabelle 1 die EcoRV-Erkennungssequenz enthalten ist und an welchen Stellen jeweils geschnitten wird bzw. welche Größe die entstehenden Fragmente haben.

2.3

2.4