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Projekt
Alternatives Spleißen und die Evolution der Holometabolie
Antragsteller
Professor Dr. Gregor Bucher; Professor Dr. Mario Stanke
Fachliche Zuordnung
Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
Bioinformatik und Theoretische Biologie
Bioinformatik und Theoretische Biologie
Förderung
Förderung seit 2025
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 570450683
Holometabole Insekten wie Käfer, Fliegen und Schmetterlinge durchlaufen eine vollständige Metamorphose, wo sich die juvenilen Larven deutlich von den adulten Tieren unterscheiden. Unter anderem bilden sich mit larvalem und adultem Gehirn zwei verschiedene funktionelle Gehirne aus, die vom selben Genom kodiert werden. Dieses Projekt untersucht die allgemeinen evolutionären Trends des alternativen Spleißens (d. h. die Produktion mehrerer mRNA-Isoformen aus einem einzigen Gen) in den Insekten und testet insbesondere die Hypothese, dass alternatives Spleißen ein entscheidender Mechanismus war, der die Entstehung stadien-spezifischer Gehirnstrukturen in den Holometabolen ermöglichte. Um dieses Problem zu lösen, werden wir Transkriptome der Gehirne von Larven-/Nymphen- und adulten Stadien einer breiten Palette von Insektenarten erstellen. Dieser vergleichende Ansatz wird evolutionäre Muster des alternativen Spleißens aufdecken und zeigen, ob holometabole Insekten im Vergleich zu hemimetabolen Arten eine größere stadienspezifische Isoformvielfalt aufweisen. Die Erstellung von Transkriptom-Profilen des Käfers Tribolium castaneum wird es uns ermöglichen, Kandidaten-Isoformen zu identifizieren, die sich zwischen den Lebensstadien unterscheiden und möglicherweise zur Divergenz von Larven- und Adulten-Gehirnen beigetragen haben. In funktionellen Experimenten werden wir ausgewählte Isoformen mittels isoformspezifischer RNA-Interferenz in Tribolium herunterregulieren und ihre Rolle bei der Bildung von zwei Gehirnen aus einem Genom testen. Auf der computergestützten Seite werden wir Genom-Annotation-Pipelines verfeinern und anwenden, um stadienspezifische Isoformen von 26 Insektengenomen zu annotieren. Außerdem wollen wir die Deep-Learning-basierte Genvorhersage-Pipeline Tiberius erweitern. Die erweiterte Version soll in der Lage sein, RNA-Seq aus Long- und Short-Read-Technologie zu integrieren, um Isoformen besser als bisher vorherzusagen. Die Entwicklung dieser neuen Methode soll sowohl die Annotation neu sequenzierter Genome als auch unser Verständnis für die Entstehung neuer Isoformen verbessern. Durch die Integration von evolutionärer Genomik, Entwicklungsbiologie und Deep Learning wird dieses Projekt einen umfassenden Überblick über die Rolle des alternativen Spleißens bei der Entstehung der Metamorphose von Insekten geben. Die Ergebnisse werden nicht nur die molekularen Mechanismen hinter einer wichtigen evolutionären Innovation aufklären, sondern auch wertvolle Ressourcen und Methoden für die breitere Genom-Forschung liefern.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
