Flossen aus Schuppen? - Ein Evo-Devo-Ansatz zur Entwicklungsbasis und zum gemeinsamen evolutionären Ursprung von Schuppen, Schuppen, Flossenstrahlen und Fulcra.

• Antragsteller: Dr. Joost Woltering
• Fachliche Zuordnung: Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404363160

Das Hautskelett der Wirbeltiere kann in zwei Hauptkomponenten unterteilt werden: Flossenstrahlen und Schuppen. Die vorherrschende Hypothese besagt, dass Schuppen und Flossenstrahlen seriell homolog sind und einen gemeinsamen evolutionären Ursprung haben, wobei sich Flossenstrahlen aus Schuppen entwickelt haben. Diese Hypothese deutet auf die Existenz eines genetischen Moduls für Schuppen hin, das auch für die Musterung der Flossenstrahlen aktiv ist, sowie auf die Existenz einer "neuartigen" genetischen Komponente, die sich zur Individualisierung der Flossenstrahlen entwickelt hat. Bisher wurde die Homologie von Schuppen und Flossenstrahlen vor allem auf histologischer Ebene untersucht, und es wurde noch kein umfassendes genetisches Profiling durchgeführt, um systematisch die gemeinsamen und abweichenden genetischen Pfade zu identifizieren, die der Entwicklung von Schuppen und Flossenstrahlen zugrunde liegen. In diesem Projekt werden wir RNAseq zusammen mit einer nachgeschalteten Validierung durch In-situ-Hybridisierung und CRISPR/Cas9 einsetzen, um die gemeinsamen und abweichenden genetischen Module zu identifizieren, die der Entwicklung von Schuppen und Flossenstrahlen während der Embryogenese von Buntbarschen und Stören zugrunde liegen. In einem Vergleich mit der Flossenfalte von Haifischembryonen (die keine Flossenstrahlen, sondern nur die anzestralen Aktinotrichien besitzen) werden wir die Hypothese untersuchen, dass sich die Flossenstrahlen durch Kooptation eines älteren Schuppenmoduls in die Flossenfalte entwickelt haben. Unter diesem Transformations-Szenario sagen wir voraus, dass das Transkriptionsprogramm, das die Entwicklung der Flossenstrahlen antreibt, als eine Verschmelzung der Programme für anzestrale Schuppen und Flossenfalten interpretiert werden kann. Darüber hinaus werden wir die transkriptionellen Beziehungen zwischen Flossenstrahlen, Schuppen und den rätselhaften "flossenassoziierten schuppenartigen Elementen" untersuchen. Bei Letzteren handelt es sich um Fulcra und Schuppen, die bei Stören vorkommen, sowie um die Flossenstrahlen bei Teleostfischen. Fulcra sind schuppenähnliche Elemente, die bei basalen Fischen am vorderen Rand der Schwanzflosse vorkommen, und die sich homolog zu Flossenstrahlen in Teleosten weiterentwickelt haben. Gebuckelte Knochenplatten, Scuta genannt, sind modifizierte Schuppen bei Stören, die in der Rückenflosse eine ontogenetische Ähnlichkeit mit Flossenstrahlen aufweisen. Die zwei schuppenähnlichen Elemente, Scuta und Fulcra, sind eng mit der Flossenentwicklung verknüpft sind und wir werden die wesentlichen Unterschiede zwischen der genetischen Individuation von Flossenstrahlen und Schuppen auf hervorragende Weise mit ihrer Hilfe klären können. Dieses Projekt wird unser Verständnis der Naturgeschichte des Hautskeletts von Wirbeltieren vertiefen und Aufschluss über die evolutionären und entwicklungsgeschichtlichen Zusammenhänge seiner beiden Hauptbestandteile - Flossenstrahlen und Schuppen - geben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen