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Evolution of Bicoid-dependent hunchback Regulation in Diptera

dc.contributor.advisorSchmidt-Ott, Urs Prof. Dr.de
dc.contributor.authorLemke, Steffen Joachimde
dc.date.accessioned2006-12-20T06:48:38Zde
dc.date.accessioned2013-01-18T14:24:10Zde
dc.date.available2013-01-30T23:51:09Zde
dc.date.issued2006-12-20de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B366-Ade
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-3206
dc.description.abstractDie Funktion des frühen Segmentierungsgens in Drosophila melanogaster, hunchback, ist evolutionär konserviert, seine Regulation hingegen nicht. Für die vorliegenden Arbeit dient die Evolution der hunchback-Regulation als Einstieg, um die Evolution der frühen Segmentierung in echten Fliegen (Diptera) zu untersuchen. In Drosophila aktiviert ein Gradient des bicoid-Proteins die Transkription von hunchback im vorderen Blastoderm. Auf diese Weise initiiert bicoid die Segmentierung des Thorax. Eine sehr ähnliche hunchback-Expression wurde bereits für andere Dipteren beobachtet, ohne allerdings mit dem Auftreten von bicoid zu korrelieren. Daraus wurde gefolgert, dass im Verlauf der Evolution von Dipteren ein oder mehrere hunchback-Regulatoren ausgetauscht wurden. Um den Zeitpunkt des Wechsels in der Regulation von hunchback zu bestimmen, habe ich früher begonnene Screens nach bicoid-Orthologen mit niedrig-stringenten PCRs und cDNA-Subtraktionen fortgesetzt. Die Ergebnisse dieser Screens habe ich mit den ensprechenden hunchback-Promotoren der untersuchten Fliegen-Arten verglichen. Dazu habe ich für jeden untersuchten hunchback-Promotor Reporterkonstrukte transgene Drosophila-Linien etabliert und anschließend die Expression der Konstrukte untereinander verglichen. Reporterexpression im vorderen Blastoderm von transgenen Drosophila-Embryonen wurde nur für solche Promotoren beobachtet, die aus einer Fliegenart mit einem bicoid-Ortholog stammten. Die Reporterkonstrukte von den hunchback-Promotoren der anderen Arten (fünf von insgesamt acht) waren entweder im hinteren Blastoderm (2), im extraembryonalen Blastoderm (1), oder gar nicht exprimiert (2). Durch diese Experimente wurde eine niedere cyclorrhaphe Fliege (Episyrphus balteatus) identifiziert, deren früher Segmentierungsprozess wahrscheinlich grundsätzlich anders ist als in Drosophila, und der möglicherweise Ähnlichkeiten aufweist mit der Segmentierung in niederen, nicht-cyclorrhaphen Dipteren. Um dieser Möglichkeit nachzugehen, habe ich die Expression von Episyrphus hunchback, Episyrphus zerknüllt und Episyrphus orthodenticle untersucht und mit der Expression ihrer direkten Homologen in Megaselia abdita, Drosophila und Clogmia albipunctata verglichen. Dieser Vergleich zeigt, dass die Expressionsmuster der untersuchten Gene in Episyrphus typisch sind sowohl für cyclorrhaphe als auch für nicht-cyclorrhaphe Fliegen. Das deutet darauf hin, dass Episyrphus einen Mechanismus zur frühen Segmentierung verwendet, der den Übergang zwischen niederen und höheren Fliegen darstellt.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://webdoc.sub.gwdg.de/diss/copyr_diss.htmlde
dc.titleEvolution of Bicoid-dependent hunchback Regulation in Dipterade
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedEvolution von Bicoid-abhängiger hunchback Regulation in Dipterade
dc.contributor.refereeJäckle, Herbert Prof. Dr.de
dc.date.examination2006-06-26de
dc.subject.dnb570 Biowissenschaftende
dc.subject.dnbBiologiede
dc.description.abstractengAn early segmentation gene of Drosophila melanogaster, hunchback, with an evolutionarily conserved function but diverging regulation was used as an entry point to explore the evolution of early patterning mechanisms in true flies (Diptera). In Drosophila, a gradient of bicoid protein activates the transcription of hunchback in the anterior blastoderm and thereby initiates patterning of the thorax. Very similar hunchback expression has been reported for other dipterans but a correlation with the occurrence of bicoid could not be established. Therefore, one or several hunchback regulators may have been exchanged in dipteran evolution. To map this transition in the regulation of hunchback expression, I expanded previous screens for bicoid orthologues using low stringency PCR and cDNA subtraction as technical approaches, and compared the results to the response of hunchback promoters from the same species using reporter constructs in transgenic Drosophila. Reporter expression in the anterior blastoderm of transgenic Drosophila was recorded only when the promoter was taken from a species with a bicoid orthologue. The reporter constructs of the hunchback promoters of all other species (five out of eight) were expressed in the posterior (2) or extraembryonic blastoderm (1), or were not expressed at all (2). These experiments enabled me to identify a lower cyclorrhaphan fly (Episyrphus balteatus; Syrphidae) with an early patterning mechanism likely to be fundamentally different from Drosophila and potentially similar to lower dipterans. To explore the possibility that Episyrphus shares developmental traits with lower dipterans, I studied the expression of Episyrphus hunchback, Episyrphus zerknüllt, and Episyrphus orthodenticle and compared the expression of these genes to their direct homologues in Megaselia abdita, Drosophila, and Clogmia albipunctata. I found that Episyrphus combines expression characteristics of cyclorrhaphan and non-cyclorrhaphan dipterans indicating that this species might use a patterning mechanism that is an intermediate between lower and higher flies.de
dc.contributor.coRefereeJahn, Reinhard Prof. Dr.de
dc.subject.topicMolecular Biology & Neurosciences Programde
dc.subject.gerEvolution Entwicklung Diptera hunchback bicoidde
dc.subject.engEvolution Development Diptera hunchback bicoidde
dc.subject.bk42.21de
dc.subject.bk42.23de
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-1377-3de
dc.identifier.purlwebdoc-1377de
dc.affiliation.instituteGöttinger Graduiertenschule für Neurowissenschaften und molekulare Biowissenschaften (GGNB)de
dc.subject.gokfullWKL 000: Evolutionde
dc.subject.gokfullPhylogenie {Entwicklungsbiologie}de
dc.subject.gokfullWKF 300: Embryologiede
dc.subject.gokfullWachstum {Entwicklungsbiologie}de
dc.identifier.ppn58718471Xde


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