Genetische Mechanismen der Biomineralisierung bei Kalkschwämmen

• Antragsteller: Dr. Oliver Voigt
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Physiologie der Tiere ; Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere ; Paläontologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 319411146

Die Fähigkeit, unter biologischer Kontrolle mineralische Strukturen auszubilden, bezeichnet man als Biomineralisation. Viele Gruppen der Metazoen nutzen Biomineralisation, um funktionale Strukturen wie Skelette, Schalen oder Zähne zu bilden. Biominerale sind oft Komposite aus organischen und anorganischen Bestandteilen, die gemeinsam andere Materialeigenschaften aufweisen als ihre rein anorganischen Gegenstücke. Für viele Tiergruppen ist noch unbekannt, wie sie die genetische Kontrolle über den Biomineralisationsprozess ausüben. Mit dem beantragten Projekt möchten wir die genetischen Grundlagen der Carbonat-Biomineralisation der Kalkschwämme (Stamm Porifera, Klasse Calcarea) untersuchen. Die Studien werden zum Verständnis der Biomineralisation dieser Gruppe und zum Verständnis der Evolution genetischer Biomineralisationsbaukästen innerhalb der Metazoen allgemein beitragen. Kalkschwämme sind die einzigen Schwämme, welche calcitische Nadeln bilden können. Da diese Nadeln das Weichgewebe der Tiere stützen und einen großen Teil der Masse des Schwammkörpers ausmachen, kann die Kalknadelbildung als eine Schlüsselinnovation angesehen werden, welche die Radiation der Gruppe ermöglichte. Verschiedene Nadelformen werden in nur ein bis wenigen Tagen von nur zwei bis sieben spezialisierten Zellen gebildet, weshalb Kalkschwämme ein ideales Modell für Biomineralisationsstudien sind. Mittels transkriptomischer und proteomischer Analysen werden wir die Zusammensetzung des genetischen Biomineralisationsbaukastens in Vertretern beider bekannter Unterklassen der Kalkschwämme (Calcinea und Calcaronea) bestimmen. Durch RNA in situ Hybridisierung werden wir die räumliche und zeitliche Expression von Schlüsselgenen der Biomineralisation dokumentieren. Funktionelle Studien (in vitro- und in vivo- Experimente) sollen die Wirkungsweise einzelner Biomineralisationsproteine aufklären, wie z.B. ihr Einfluss auf den Kristallisationsvorgang oder die Nadelform. Die phylogenetische Rekonstruktion von Gen- und Artstammbäumen und deren Abgleich wird genutzt werden, um die anzestrale Ausstattung von Biomineralisationsgenen der Kalkschwämme zu rekonstruieren und ihr Repertoire mit dem anderer Metazoen zu vergleichen. Zudem sollen daraus weitere Rückschlüsse über die Evolution der Biomineralisation der Metazoen gezogen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr. Helmut Blum; Professor Dr. Axel Imhof