Molekulare Analyse der Embryogenese der Cnidarian; systematische Identifikation von Genen, welchen die Embryonalentwicklung von Nematostella vectensis (Anthozoa) regulieren
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Cnidaria stellen die phylogenetisch älteste rezente Gruppe von Eumetazoen dar, die sich vor >600 Millionen Jahren vom Hauptzweig der Metazoenevolution abspaltete und heute Schwestergruppe aller Bilateria ist. Ziel war es, die Embryonalentwicklung dieser altertümlichen Organismen auf molekularer Ebene zu verstehen, um dadurch die Entstehung der ersten Metazoa und Bilateria besser zu verstehen. Ein weiteres Ziel war, durch diesen Ansatz die Evolution von basalen Entwicklungsmechanismen zu verstehen. Wir haben dazu die Seeanemone Nematostella vectensis gewählt und Grundlagen für deren Etablierung als Modellsystem erarbeitet. Im Kern des Antrags stand der EST-Screen zur Identifikation von Genen der Embryonalentwicklung von Nematostella. Diese Arbeiten haben, beginnend mit einer Analyse zu den Wnt Genen zur Aufdeckung einer unerwartet großen Komplexität des Genoms der Cnidaria geführt. Die EST Studien und in der Folge auch das Nematostella Genom Projekt haben gezeigt, dass die genetische Komplexität der Cnidaria der von Chordaten (Deuterostomia) entspricht und größer ist als die der bekannten Protostomia, in denen es wahrscheinlich in großem Umfang zum Verlust von Genen gekommen ist. Dies legt nahe, dass die gemeinsamen Vorfahren der Cnidaria und Bilateria, die „Ureumetazoen“ vor >> 600 Millionen Jahren bereits eine ähnlich umfangreiches Repertoire an Genen besaßen wie die heutigen Chordaten. Unsere Arbeiten werfen eine Reihe von neuen Fragen auf, dazu gehören u.a. die nach den Mechanismen welche die zunehmende Komplexität der tierischen Baupläne erklären können, aber auch die nach der Interaktion der verschiedenen Signalwege in der frühen Embryonalentwicklung. Aufgrund von loss-of-function Ansätzen (Morpholino), aber auch transgenen Tieren werden sich diese Fragen in Zukunft auch mechanistisch in dem Nematostella System bearbeiten lassen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2003). The ancestral role of Brachyury: expression of NemBra1 in the basal cnidarian Nematostella vectensis. (Anthozoa). Dev. Genes Evol. 248, 563-570
Scholz, C. and Technau, U.
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Maintenance of ancestral complexity and non-metazoan genes in two basal cnidarians. Trends Genet. 2005 Dec; 21(12): 633-9
Technau U, Rudd S, Maxwell P, Gordon PM, Saina M, Grasso LC, Hayward DC, Sensen CW, Saint R, Holstein TW, Ball EE, Miller DJ
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Unexpected complexity of the Wnt gene family in a sea anemone. Nature. 2005 Jan 13; 433(7022): 156-60
Kusserow A, Pang K, Sturm C, Hrouda M, Lentfer J, Schmidt HA, Technau U, von Haeseler A, Hobmayer B, Martindale MQ, Holstein TW
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Asymmetric expression of the BMP antagonists chordin and gremlin in the sea anemone Nematostella vectensis: implications for the evolution of axial patterning. Dev Biol. 2006 Aug 15; 296(2): 375- 87
Rentzsch F, Anton R, Saina M, Hammerschmidt M, Holstein TW, Technau U
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The Wnt code: cnidarians signal the way. Oncogene. 2006 Dec 4;25(57):7450-60
Guder C, Philipp I, Lengfeld T, Watanabe H, Hobmayer B, Holstein TW
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Sea anemone genome reveals ancestral eumetazoan gene repertoire and genomic organization. Science. 2007 Jul 6; 317(5834): 86-94
Putnam NH, Srivastava M, Hellsten U, Dirks B, Chapman J, Salamov A, Terry A, Shapiro H, Lindquist E, Kapitonov VV, Jurka J, Genikhovich G, Grigoriev IV, Lucas SM, Steele RE, Finnerty JR, Technau U, Martindale MQ, Rokhsar DS
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FGF signalling controls formation of the apical sensory organ in the cnidarian Nematostella vectensis. Development. 2008 May; 135(10): 1761-9
Rentzsch F, Fritzenwanker JH, Scholz CB, Technau U
