Untersuchungen der evolutionären und entwicklungsbiologischen Einschränkungen des konservierten Bauplans der Nematoden.

• Antragsteller: Dr. Philipp Schiffer
• Fachliche Zuordnung: Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 434028868

Alle Tierstämme zeichnen sich durch ihre, während der Embryonalentwicklung angelegten, einzigartigen Baupläne aus. Die bilateralsymmetrischen Tierstämme sind ähnlich alt, zeigen aber enorme Variation in ihrer morphologischen Disparität. Das vielleicht herausragendste Beispiel ist ein Vergleich der hochgradig disparaten Arthropoden, die morphologisch so unterschiedliche Gruppen wie die Schmetterlinge, Spinnen, Bärtierchen und Trilobiten umfassen, mit den Nematoden, die durch einen hochkonservierten, morphologisch kaum variirenden, wurmförmigen Körperplan, ausgezeichnet sind. Diese Abwesenheit an morphologischer Disparität ist besonders erstaunlich, da die Nematoden ökologisch ebenso weit verbreitet und erfolgreich sind wie die Insekten und eine Million oder mehr Arten zählen. Welche Faktoren bestimmen diese strikte Konservierung des Bauplans der Nematoden? Hier schlage ich vor mit mehreren ineinandergreifenden genomischen, transkriptomischen und molekulargenetischen Untersuchungen die mögliche Verbindung zwischen Einschränkungen in der Entwicklung und der hohen Konservierung zu analysieren.Neuere Studien im Modellnematoden Caenorhabditis elegans zeigen, dass die Genexpression zu Anfang der Entwicklung variabel ist, dann mehr und mehr eingeschränkt und später, ähnlich der Form eines Uhrglases, wieder variabel wird. Meine eigenen Ergebnisse sind im partiellen Widerspruch hierzu. Bei dem Vergleich von C. elegans mit zwei anderen Nematoden fand ich einen trichterförmigen Verlauf der Genexpression, der einen möglichen Mechanismus für Herausbildung des konservierten Bauplans darstellen könnte. Es bleibt aber weiterhin unklar, wie repräsentativ die bisher studierten Nematoden sind. So zeigen meine Daten auch, dass wichtige C. elegans Gene in anderen Arten nicht vorkommen. Insgesamt bestehen große Wissenslücken zur Genetik der Nematodenentwicklung und es bleibt unklar welche Faktoren die stammbaumweite Konservierung des wurmförmigen Bauplans kontrollieren.In diesem Projekt werde ich Genome der schlecht untersuchten basalen Nematoden analysieren und studieren, welche Teile des Entwicklungsbaukastens von C. elegans konserviert sind und welche im Stammbaum variieren. Dies wird zeigen, wann und wie das abgeleitete Entwicklungsprogramm von C. elegans im Stammbaum der Nematoden evolvierte und wieviel des ursprünglichen molekularen Entwicklungsbaukasten der Bilateria noch in basalen Nematoden erhalten ist. Anschließend, werde ich Genexpression in Blastomeren und Zeitserien durch die Entwicklung analysieren. Schließlich werde ich in basalen Nematoden Gene ausschalten, um ihre Funktion in genregulatorischen Netzwerken der Entwicklung zu charakterisieren. Zusammengenommen werden diese Untersuchungen zeigen, wie variabel frühe Stadien der Entwicklung in ihrer Genetik sind, ob das Uhrglas-Modell für Entwicklung korrekt ist, oder ob ein trichterähnliches Modell besser passt, um die Einschränkung der Bauplanevolution in Nematoden zu erklären.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen