Wechsel von stochastischer zu deterministischer Musterung im Fliegenauge: Mechanismen und verhaltensbiologische Bedeutung

• Antragstellerin: Dr. Fleur Lebhardt
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Entwicklungsneurobiologie ; Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390935330

Die Differenzierung von Zellen folgt streng festgelegten und deterministischen Abläufen. Zellschicksale sind daher gut nachvollziehbar und genetisches und umweltbedingtes Rauschen während der Entwicklung wird reduziert. In vielen sensorischen Systemen führen Musterbildungsprozesse jedoch zu einer zufälligen, “stochastischen” Verteilung der Sinnesrezeptoren, auch vor einem ansonsten identischen genetischen Hintergrund. Die stochastische Spezifizierung von Photorezeptortypen in der Retina von Drosophila ist eines der bestuntersuchten Modelle für derartige Muster. Das Facettenauge der Fliegen besitzt ca. 750 Ommatidien (Einzelaugen) mit je acht Photorezeptorzellen (PR). Zwei dieser acht PR, R7 und R8, sind für die Farbwahrnehmung zuständig. In zwei verschiedenen Subtypen von Ommatidien exprimieren sie unterschiedliche Rhodopsinkombinationen. Diese zwei Subtypen sind in den meisten Insektenretinae, z.B. in Drosophila, stochastisch verteilt. Die Retinae bestimmter Dolichopodidae (“Doli”) weisen hingegen ein geordnetes Muster aus vertikalen Streifen auf. In diesem Projekt werde ich die Mechanismen, die zu diesem deterministischen statt eines stochastischen Musters führen, sowie seine biologische Bedeutung untersuchen. Die unterschiedliche Musterung ansonsten sehr ähnlicher Systeme, den Retinae von Doli und Drosophila, erlaubt die Analyse zweier grundlegender Strategien der Zelldifferenzierung. Der Wechsel vom stochastischen zum gestreiften Retinamuster könnte durch evolutionären Druck erfolgt sein und dem Erschließen neuer ökologischer Nischen gedient haben. Das Projekt ist in drei Hauptteile gegliedert.(1) Nach detaillierter Charakterisierung der Doli Retina im Hinblick auf Morphologie und Rhodopsinexpression werde ich ein 3D Modell erstellen. Ich werde prüfen, ob die retinalen Streifen mit Prozessen früher Entwicklungsprogramme übereinstimmen und parallel zur morphogenetischen Furche verlaufen. Diese wandert von posterior nach anterior über die Augenimaginalscheibe und produziert so Reihen sich gleichzeitig differenzierender Ommatidien. (2) Zweitens werde ich untersuchen, wie die Faktoren, die das retinale Mosaik in Drosophila regulieren, in Doli exprimiert werden. Trotz der unterschiedlichen Musterung ist die Regulationsmaschinerie in beiden Systemen wohl konserviert. Ziel ist es, spezifischen Änderungen im genetischen Netzwerk, die für die Bildung der Streifen verantwortlich sind, zu erkennen. Beim Versuch das gestreifte Muster in Drosophila nachzubilden, werden mir die ausgefeilten Werkzeuge der Drosophila Genetik nützlich sein. (3) Schließlich werde ich visuelle Stimuli identifizieren auf die Doli reagiert und verhaltensrelevante Antworten verschiedener Doli-Arten, mit deterministischen oder stochastischen Retinamustern, sowie transgener Drosophila vergleichen. Dies hilft beim Verständnis, warum retinale Streifen überhaupt aus dem ursprünglich stochastischen Muster entstanden sind.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Claude Desplan, Ph.D.