Funktionelle Analyse von Regulatoren der Kopfsegmentierung im Mehlkäfer Tribolium castaneum (Coleoptera)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Segmentierung des Drosophila-Kopfes ist weitgehend unverstanden. Bekannt ist aber, dass sie auf anderen Prinzipien beruht als im Rumpf und dass einige konservierte Gene sowohl bei Vertebraten als auch bei Drosophila an der Kopfentwicklung beteiligt sind. Drosophila ist als Modellsystem der Kopfentwicklung jedoch ungeeignet, weil die abgeleitete Morphologie des larvalen Kopfes die Interpretation von Mutationen erschwert. Deshalb haben wir den Reismehlkäfer Tribolium castaneum als Modellsystem für die Kopfentwicklung etabliert. Es wurde die Entwicklung und die Morphologie des Kopfes beschrieben. Dabei zeigte sich, dass die Lage des frühen embryonalen Kopfes im Ei sich zwischen Tribolium und Drosophila stark unterscheidet. Die Untersuchung von Genen, die in Drosophila an der Kopfentwicklung beteiligt sind (z.B. Kopf-Lückengene otd, ems und btd) zeigte, dass fundamental unterschiedliche Musterbildungs-Prinzipien am Werk sind. Zudem fanden wir, dass die Kopfsegemente keinen Dorsalschluss durchführen und das Interkalarsegment zur lateralen Kopfepidermis beiträgt. Dies führte zum „bend and zipper“ Modell der Kopfentwicklung. Der Vergleich von Genen, die die Vertebraten Neuralplatte musterbilden mit in Tribolium zeigte, dass es eine überraschende Ähnlichkeiten gibt. Dies zeigt, dass die anteriore Musterbildung in Vertebraten und Insekten vom letzten gemeinsamen Vorfahren herrührt. Zudem kann nun die Region vor dem Augensegment in Insekten mit dem Vorder- und Mittelhirn der Vertebraten korreliert werden. Wir haben Tc-six3 als einen entscheidenden frühen Faktor der Kopf- und Hirn-Musterbildung identifiziert, der auch in anderen Bilateriern eine wichtige Rolle spielt. Zudem haben wir gefunden, dass Unterdrückung des Wnt-Signalwegs nicht nur in Vertebraten und Planarien, sondern auch in Insekten für korrekte anteriore Entwicklung nötig ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2008) Diverged function of Tribolium orthodenticle, empty-spiracles and buttonhead in head patterning. Dev Biol 317, 600-613
Schinko, J.B., Kreuzer, N., Offen, N., Posnien, N., Wimmer, E., Bucher, G.
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(2008) The first genome sequence of a beetle, Tribolium castaneum, a model for insect development and pest biology. nature 452, 949-55
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(2009) The insect upper lip (labrum) is a nonsegmental appendage-like structure. Evol Dev 11:479-487
Posnien, N., Bashasab, F., Bucher, G.
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(2010) Genetics, development and composition of the insect head - A beetle's view. Arthropod Struct Dev. 2010 Sep 14. [Epub ahead of print]
Posnien, N., Schinko, J.B., Kittelmann, S., Bucher, G.
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(2010) Insect Tc-six4 marks a unit with similarity to vertebrate placodes. Dev Biol. Oct 27. [Epub ahead of print]
Posnien, N., Koniszewski, N., Bucher, G.
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(2010). Formation of the insect head involves lateral contribution of the intercalary segment, which depends on Tc-labial function. Dev Biol. 338:107-16
Posnien, N. and Bucher, G.
