Genetische und molekulare Analyse von Mutationen in Drosophila melanogaster, die zu Expressionsunterschieden der microRNA mir-92a führen und phänotypischer Evolution zugrunde liegen
Entwicklungsbiologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Eine der großen Fragestellungen Biologie ist wie neue Morphologien entstehen. Laut einer Hypothese beruht die Evolution ähnlicher Phaenotypen auf wiederholter Veränderung der gleichen Gene in verschiedenen Organismen („evolutionäre Hotspots“). Die Entwicklung von Trichomen auf der larvalen Epidermis von Fliegen des Genus Drosophila dient seit langem als Modell für evolutionäre Hotspots. Bei Trichomen handelt es sich um Actin-Fortsätze epidermaler Zellen, die als kurze Härchen auf der Kutikula zu Tage treten. Der wiederholte Verlust von Trichomen auf der larvalen Epidermis verschiedener Drosophila-Arten beruht auf der wiederholten Veränderung des Gens shavenbaby (svb). Neue Trichommuster auf den Beinen von Fliegen sind im Gegensatz dazu jedoch von anderen Genen als diesem Hotspot abhängig. Dieses Projekt sollte vor allem zwei Fragen klären: Welche exakten Veränderungen führen zu neuen Trichommustern auf den Beinen und weshalb sind in diesem Fall die Veränderungen nicht im Hotspot-Gen svb zu finden? Zur Beantwortung der ersten Frage wurde auf eine vorangegangene Studie in der Arbeitsgruppe des Gastgebers aufgebaut, in der die Lokalisierung der zu Grunde liegenden genetischen Veränderungen auf einen relativ kleinen Bereich im Genom eingegrenzt worden war. Diese Studie hatte ebenfalls gezeigt, dass eines der Gene innerhalb dieses Bereiches spezifisch in den Geweben angeschaltet wird, in denen sich keine Trichome entwickeln. Daher versuchte ich mit Hilfe standardisierter Methoden den „Schalter“ („Enhancer“) dieses Gens zu identifizieren, was jedoch nicht eindeutig gelang. Daher nutzte ich eine unvoreingenommene Methode, um Genom-weit Enhancer zu identifizieren, die in dem fraglichen Zeitraum der Beinentwicklung aktiv sind. Dies führte zur Entdeckung eines möglichen Enhancers, der stärker „an“ ist, wenn sich weniger Trichome auf dem Bein entwickeln. Momentan laufen noch verschiedene Experimente, um diesen Enhancer zweifelsfrei nachzuweisen. Um die zweite Frage zu beantworten, analysierte ich, inwiefern sich die Entwicklung von Trichomen im Bein von der ausgiebig beschriebenen Trichombildung in Larven unterscheidet. Zum einen untersuchte ich, welche Gene, die in der larvalen Trichomentwicklung eine Rolle spielen, auch während der Beinentwicklung aktiv sind. Die Ergebnisse ließen den Schluss zu, dass die Regulation des Hotspot-Gens svb im Bein sich von derjenigen in der Larve unterscheidet. Darüber hinaus identifizierte ich die Bein-Enhancer für Schlüsselgene der Trichomentwicklung, unter anderem auch diejenigen von svb. Auch hier zeigte sich, dass vermutlich eine andere Regulation dieses Gens dazu führt, dass für die Generierung neuer Beintrichommuster andere Gene evolvieren müssen Diese Ergebnisse stellen die Hotspot-Hypothese infrage und verdeutlichen, dass die Regulation eines Gens zu verschiedenen Entwicklungszeitpunkten sehr unterschiedlich sein kann und dass diese Unterschiede einen Einfluss darauf haben, ob dieses Gen in einem bestimmten Kontext evolvieren kann.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- From shavenbaby to the naked valley: trichome formation as a model for evolutionary developmental biology. Evol Dev. 2015 Jan-Feb;17(1):120-6
Arif, Kittelmann, McGregor
(Siehe online unter https://doi.org/10.1111/ede.12113)
