Untersuchung der Beinentwicklung von Pholcus phalangioides als Beispiel für Laufbeindiversität bei Spinnen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Gliedmaßen der Arthropoden sind ein wichtiger Ansatzpunkt adaptiver Evolution und sind daher wohl einzigartig in ihrem Reichtum an Funktionen und morphologischen Formen. Im Projekt ging es darum die genetischen Grundlagen für die Beinentwicklung bei Spinnen weiter zu erforschen und dabei auch Unterschiede zu entdecken, die mit morphologischen Besonderheiten in Verbindung stehen. Gewählt wurden die beiden Arten Pamsteatoda tepidariorum und Pholcus phalangioides. Letztere zeichnet sich durch extrem verlängerte Beine aus, die zusätzlich noch einen sekundär unterteilten Tarsus haben. Wir konnten durch eine detaillierte Stadienübersicht der Embryonalentwicklung von Pholcus phalangioides zeigen, dass das Beinlängenwachstum nicht gleichmäßig während der Entwicklung erfolgt, sondern schlagartig mit dem Ende des Ventralschlusses, also verhältnismäßig spät in der Entwicklung einsetzt. Mittels einer Liste von Kandidatengenen, die in Drosophila melanogaster das Beinlängenwachstum und die Tarsaluntergliederung steuern, konnten wir zeigen, dass die Gene zwar in den untersuchten Spinnen konserviert sind, oft auch verdoppelt vorliegen, jedoch bis auf das Gen clawless offenbar keine konservierte Funktion in der Beinentwicklung haben. Für einige Gene konnten überraschende neue Funktionen ermittelt werden, so z.B. für BarH und Sp6-9 in der anterioren Körpersegmentierung. Vor allem die Duplikate von Beingenen scheinen für neue Funktionen eingesetzt zu werden (sog. Neofunktionalisierung): Hinweise darauf haben wir für dachshund2 und homothorax1 gefunden. Parallel zur Kandidatengenuntersuchung haben wir durch vergleichende Transkriptomanalyse gezielt nach Genen gesucht, die in Pholcus phalangioides in den Beinen der Nymphen hochreguliert werden. Diese Arbeiten identifizierten 1490 Gene, von denen einige bereits untersucht werden konnten und davon zeigt zumindest das Transkript c102331 ein vielversprechendes Expressionsprofil, mit entsprechender Hochregulierung zum Zeitpunkt des Rückenschlusses. Somit konnten die Ergebnisse des Projekts wertvolle Einblicke in die genetischen Faktoren der späten Beinentwicklung von Pholcus phalangioides liefern und die Basis für weiterführende Arbeiten bilden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Novel function of Distal-less as a gap gene during spider segmentation. PLoS Genetics 7:e1002342 (2011)
Pechmann M, Khadjeh S, Turetzek N, McGregor AP, Damen WGM, Prpic NM
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Molecular characterization and embryonic origin of the eyes in the common house spider Parasteatoda tepidariorum. EvoDevo 6, 15 (2015)
Schomburg C, Turetzek N, Schacht MI, Schneider J, Kirfel P, Prpic NM, Posnien N
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Neofunctionalization of a duplicate dachshund gene underlies the evolution of a novel leg segment in arachnids. Molecular Biology and Evolution 33, 109-121 (2016)
Turetzek N, Pechmann M, Schomburg C, Schneider J, Prpic NM
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Observations on germ band development in the cellar spider Pholcus phalangioides. Development Genes and Evolution 226, 413-422 (2016)
Turetzek N, Prpic NM
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Expression and function of the zinc finger transcription factor Sp6-9 in the spider Parasteatoda tepidariorum. Development Genes and Evolution 227, 389-400 (2017)
Königsmann T, Turetzek N, Pechmann M, Prpic NM
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Rapid diversification of homothorax expression patterns after gene duplication in spiders. BMC Evolutionary Biology 17:168 (2017)
Turetzek N, Khadjeh S, Schomburg C, Prpic NM
