Genetik der Embryonalentwicklungszeitsteuerung und Größenkontrolle bei Wirbeltieren

• Antragsteller: Dr. Ali Seleit, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564092250

Trotz hochkonservierten molekularen Akteuren und entwicklungsbiologischen Mechanismen variiert das Entwicklungstempo zwischen verschiedenen Wirbeltierspezies erheblich. Diese Diversität zwischen verschiedenen Spezies steht im Gegensatz zur stark eingeschränkten Variation innerhalb einer Spezies in der Dauer der Embryogenese und deutet darauf hin, dass die Entwicklungsrate sowohl vererbbar als auch evolutionär modulierbar ist. Doch was steuert das Tempo der embryonalen Entwicklung bei Wirbeltieren? Und, noch wichtiger, wie ist diese Information auf genetischer Ebene kodiert? Um diese Fragen zu beantworten, werde ich einen komparativen Ansatz der Entwicklungsgenetik verfolgen, indem ich die natürliche Variation der Entwicklungszeit und der Organismengröße im Oryzias-Fisch-Genus, die ich entdeckt habe, untersuche. Die kompakten Genome dieser Fische, ihre genetische Zugänglichkeit und die Möglichkeit, genetische Hybride zu erzeugen, bieten ein hervorragend geeignetes System, um die genetische Grundlage der Variabilität komplexer Entwicklungseigenschaften zu untersuchen. Mein Ziel ist es, ein genetisches und mechanistisches Verständnis der Entwicklungszeitsteuerung und Größenkontrolle bei Wirbeltieren zu erlangen und die zugrunde liegende Basis der starken Skalierungsbeziehung zwischen diesen komplexen Eigenschaften zu entschlüsseln. Der hochkonservierte Prozess der Segmentation der Körperachse ist ein besonders nützliches System, um die oben genannten Fragen zu adressieren, da zeitliche und räumliche Komponenten präzise quantifiziert werden können und speziesspezifisch sind. Dieses System basiert auf einer Reihe von Morphogen-Gradienten, die im präsomitischen Mesoderm exprimiert werden und mit oszillatorischer Genexpression gekoppelt sind, wobei die Periode der Oszillation mit dem Zeitpunkt der Bildung eines neuen Somitenpaares übereinstimmt. Es wurde gezeigt, dass die Periode der Segmentierungsuhr linear mit der Länge der Embryogenese in verschiedensten Spezies korreliert, was sie zu einem hervorragenden System macht, um die Entwicklungszeit quantitativ zu phänotypisieren. Der Kern dieses Vorhabens liegt daher in einem in-vivo-komparativen Entwicklungsansatz, der acht Oryzias-Fischspezies nutzt, die den phänotypischen Raum sowohl der Entwicklungszeit (2x) als auch der Größe (4x) innerhalb der Klade abdecken. Dieses unerschlossene und einzigartige System wird es ermöglichen, die genetische Grundlage der Entwicklungszeit- und Größen-Skalierung in vivo und innerhalb des evolutionären Kontexts zu untersuchen. Meine Ziele sind: i) die Etablierung entwicklungsbiologischer, genomischer und transgener Ressourcen in bislang nicht charakterisierten Oryzias-Spezies, ii) die Identifizierung globaler Regulatoren und Mechanismen, die die Entwicklungszeit und Größe steuern, iii) die Entschlüsselung der genetischen Basis dieser Eigenschaften und ein Verständnis davon, wie evolutionäre Anpassungen in Entwicklungsprogrammen zu Variationen in beiden Merkmalen führen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen