Molecular cloning of the NA+/K+-ATPase and its implication for bilaterian phylogeny
Final Report Abstract
Einer der faszinierendsten Aspekte der Evolutionsforschung ist die Tatsache, dass es immer noch beinahe unmöglich ist, ein Schema zu erstellen, das die Tiergruupen in einen unstrittigen Kontext stellt. Morphologische, molekulare und Kombinationen beider Methoden wurden benutzt um offene Fragen zu klären. Die phylogenetischen Verwandtschaftsverhältnisse der Bilateria werden jedoch immer noch diskutiert und es existieren mehrere Paralellhypothesen. Bezüglich der Protostomia gibt es zwei Evolutionshypothesen: das klassische Modell, das Arthropoden und Anneliden vereint (Articulata Hypothese) und ein Modell basierend auf molekularen Daten, das die Protostomia in zwei neue Gruppen einteilt: Ecdysozoa und Lophotrochozoa. Ziel dieses Projektes ist es die phylogenetischen Beziehungen von Annelida, Arthropoda, Mollusca, Onychophora und Urochordata (Tunicata) aufzuklären. Als Werkzeug für phylogenetische Analysen wurde die α-Untereinheit der Na+/K+-ATPase benutzt – ein hochkonserviertes Protein, das in jeder tierischen Zelle zu finden ist. Im Berichtszeitraum konnten komplette oder partielle Sequenzen der Na+/K+-ATPase α- Untereinheit von Limulus polyphemus, Nephila inaurata, Archispirostreptus gigas und Scutigera coleoptrata als Mitglieder der Arthropoda, Haliotis tuberculata und Megathura crenulata (Mollusca), vom Urochordaten Ciona intestinalis und vom Cephalochordaten Branchiostoma lanceolatum ermittelt und analysiert werden. Leider gab es technische Probleme mit den verwendeten cDNA Banken und aus diesem Grund war es nicht möglich von allen Spezies komplette Klone zu bekommen. Die verfügbaren Daten erlauben jedoch phylogenetische Analysen. Wir werden diesen Ansatz weiter verfolgen und auf RNA-basierte Methoden ausweiten. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass unsere Analysen die Ecdysozoa/Lophotrochozoa Hypothese stützen: Arthopoden und Nematoden gruppieren in einem gemeinsamen Ast (Ecdysozoa), während eine Assoziation der Na+/K+-ATPase von Anneliden, Mollusken mit der Na+/K+-ATPase von Plathelminthen unterstützt wird. Innerhalb der Deuterostomia zeigte eine MrBayes Analyse die Na+/K+-ATPase von Cephalochordaten zusammen mit der der Echinodermaten in einer basalen Position zu den Vertebraten, während die Ciona intestinalis Na+/K+-ATPase näher mit den Vertebraten verwandt zu sein scheint. In einem zweiten Teil des Projekts wurde die Na+/K+-ATPase von C. elegans heterolog in Oozyten des afrikanischen Krallenfrosches Xenopus laevis exprimiert und funktionell untersucht. Wir fanden, dass Strom und Leitfähigkeit der exprimierten Na+/K+-ATPase von dem spezifischen Blocker Ouabain inhibiert werden konnte und dass es keine offensichtlichen Unterschiede bei den elektrophysiologischen Eigenschaften der Na+/K+- ATPase zwischen Invertebraten und Vertebraten gibt. Das kann dadurch erklärt werden, dass das Protein einen sehr hohen Grad an Konservierung durch das ganze Tierreich aufweist und wir nehmen an, dass auch die Funktion der Na+/K+-ATPase dementsprechend konserviert ist.
Publications
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2005. Molecular cloning and sequencing of the Na+/K+-ATPase -subunit of the medical leech Hirudo medicinalis (Annelida) - implications for modelling protostomian evolution. JZS 43(4):339-342
Kusche, K., N. Bangel, C. Mueller, J.-P. Hildebrandt, and W.-M. Weber
