Genombiologie von Extremitäten- und Gonadenentwicklung im spanischen Maulwurf (Talpa occodentalis)

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Mundlos
• Fachliche Zuordnung: Humangenetik ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282307777

In diesem Projekt möchten wir die genomischen Ursachen für evolutionäre Anpassung untersuchen und hierfür den spanischen Maulwurf (Talpa occidentalis) als Modell benutzen. Die Untersuchung der genetischen Ursachen von adaptiver Anpassung kann grundsätzliche Einblicke geben, wie Evolution funktioniert. Darüber hinaus, können diese Erkenntnisse möglicherweise auch neue Erkenntnisse über humane Erkrankungen geben. Maulwürfe haben sich hervorragend an ihre Leben unter der Erde angepasst. Hierzu gehört u.a. die Entwicklung eines zusätzlichen Fingers (Polydaktylie) an der Radialseite von Vorder- und Hinterläufen. Weibliche Maulwürfe sind Hermaphroditen, d.h. sie haben sowohl Ovarien, als auch Hoden (Ovotestis). Es ist unser Ziel die genomischen Ursachen dieser zwei sehr besonderen Eigenschaften aufzudecken. In unserer bisherigen Arbeit haben wir ein komplettes Genom des Maulwurfs erstellt. Das 2 Gb große Genom wurde assembliert und mit anderen Spezies verglichen. Es zeigten sich diverse Unterschiede, so u.a. eine Triplikation von Cyp19a1, einem Gen im Steroid-Signalweg. Eine genomweite Expressionsanalyse mit RNA-seq wurde von männlichen Gonaden sowie weiblichem Ovar- und Testis-Anteil durchgeführt. Die Daten deuten auf eine besondere Regulation des Steroid-Signalwegs hin.Das erste Ziel ist die weitere Verbesserung des Genoms mit PacBio-Sequenzierung, mit der extra-lange Leseweiten möglich sind, wodurch die Assemblierung erleichtert wird. Wir werden das Genom auf strukturelle Veränderungen untersuchen. Zusätzlich sollen zwei andere Maulwurf-Arten, die kein Ovotestis aufweisen, Genom-sequenziert werden. Um Regionen der Genregulation zu identifizieren werden wir genom-weite Daten zur Histonmodifizierungen (ChIP-seq) in Extremitätenknospen und während der Gonadenentwicklung generieren. Im zweiten Ziel werden wir die Entwicklung der Extremitäten bzw. Finger im Maulwurf untersuchen. Hierfür werden wir in situ Hybridisierungen an Embryonen mit diversen Kandiatengenen, insbesondere aus dem Hox und Shh-Signalweg, durchführen. Im Vergleich zur Maus misexprimierte Gene werden auf Veränderungen in ihren regulatorischen Bereichen untersucht. Chromosome conformation capture (4C) wird an ausgewählten Loci durchgeführt und mit der Maus verglichen, um veränderte Interaktionen zu identifizieren. Veränderte Regionen/Varianten werden in einer Kohorte von Patienten mit Polydaktylie getestet. In unserem dritten Ziel wollen wir die genomischen Veränderungen aufdecken, die zum Hermaphroditismus in weiblichen Mauswürfen führen. RNA-seq wird von frühen Entwicklungsstadien durchgeführt werden, um Unterschiede der Genexpression zu identifizieren. Vergleich von Genomen und Histonmodifizierungen werden genutzt, um Kandidatenregionen zu identifizieren. 4C soll durchgeführt werden, um veränderte regulative Interaktionen aufzuzeigen. Veränderte Regionen/Varianten werden in einer Kohorte von Patienten mit sex-reversal/ambigious genitalia getestet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Marten Jäger; Darío Jesús Lupiáñez García, Ph.D.; Professor Dr. Peter Nicholas Robinson