Analysis of Tribolium head patterning by forward and reverse genetics and transgenic techniques

Abstract

In dieser Doktorarbeit wurden verschiedene Methoden angewandt um ein besseres Verständnis der Insektenkopfentwicklung zu erlangen. Als Modellorganismus wurde der Rotbraune Reismehlkäfer Tribolium castaneum ausgewählt. Dieser Organismus ist für die Analyse dieses Prozesses gut geeignet, da Larven von Tribolium im Gegensatz zu Drosophilalarven einen Insektentypischen Kopf mit allen Kopfanhängen aufweisen. Erstens habe ich eine Karte des Kopfhärchenmusters erstellt, das als Marker für Kopfdefekte dient. Zweitens habe ich die so genannten Kopf-Lücken-Gene orthodenticle, empty spiracles und buttonhead in Tribolium analysiert. Es ist bekannt, dass diese Gene eine wichtige Rolle in der Kopfentwicklung bei Drosophila spielen. Ich habe das Expressionsmuster und den Phänotyp, der durch den knock down mittels RNA Interferenz verursacht wurde analysiert und mit den Drosophila Daten verglichen. Dabei wurde herausgefunden, dass abhängig von der Injektionszeit der dsRNA zwei Funktionen von Tc-orthodenticle1 unterschieden werden können. Die frühe Regionalisierungsfunktion betrifft alle Segmente die während des Blastodermstadiums angelegt werden, wohingegen die spätere Musterbildungsfunktion zu Drosophila ähnlich ist. Dagegen ist sowohl die Expression als auch die Funktion von Tc-empty spiracles auf den posterioren Teil das okularen und anterioren Teil des antennalen Segments beschränkt und Tc-buttonhead wird für die Bildung der Kopfkutikula nicht benötigt. Daraus folgere ich, dass die Kopflückengen ähnlichen Rollen von ems und btd nicht konserviert sind wohingegen zumindest die Kopf-Musterbildungsfunktion von otd zwischen Fliege und Käfer ähnlich zu sein scheint. Drittens habe ich neue Gene identifiziert die bei der Kopfentwicklung beteiligt sind, da durch die Rückwärtsgenetik keine Gene gefunden werden können, von denen nicht bekannt ist, dass sie bei der Kopfentwicklung in anderen Organismen eine Rolle spielen. Ich habe 2612 Insertionslinien die in Göttingen hergestellt wurden auf enhancer traps gescreent und den Kutikula Phänotyp aller lethalen Linien analysiert. Die Insertionsstelle des Mutator Konstruktes wurde bestimmt und dem wahrscheinlich betroffenen Gen zugeordnet. Sieben interessante Linien der 328 (238 aus Göttingen und 90 aus Kansas) lethalen Linien wurden genauer analysiert. Dies identifizierte drei sehr interessante Linien die die Kopfentwicklung betreffen und in Zukunft genau analysiert werden. Um Genfunktionen genauer analysieren zu können wird nicht nur die Herunterregulation sondern auch Misexpression benötigt. Daher war das vierte Ziel meiner Arbeit das binäre Expressionssystem GAL4/UAS für Tribolium zu etablieren. GAL4 wird durch Hitzeschock aktiviert, indem der Tribolium hsp68 promotor verwendet wird. Nach dem Hitzeschock wird das Reportergen über das UAS Konstrukt sowohl während allen Stadien der Triboliumentwicklung als auch in verschiedenen Geweben exprimiert. Diese Arbeit zeigt auch, dass es essentiell ist Tribolium spezifische basale Promotoren in den GAL4 als auch UAS Konstrukten zu verwenden.