Identifikation der Hauptkomponenten der Ecdysteroid-Biosynthese und Detektion der Ecdysteroid-synthetisierenden Gewebe bei Tardigraden, Onychophoren und Cheliceraten: Einblicke in die Evolution der Häutung bei Panarthropoden

• Antragsteller: Professor Dr. Georg Mayer; Professor Dr. Nikola-Michael Prpic-Schäper
• Fachliche Zuordnung: Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere ; Biochemie und Physiologie der Tiere ; Systematik und Morphologie der Tiere
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468489906

Die Häutung oder Ecdysis ist das namensgebende Merkmal einer der vielfältigsten und artenreichsten Tiergruppen der Erde, der Ecdysozoa (unter anderem Arthropoden, Nematoden und Priapuliden). Die Häutung ist essenziell für das Wachstum dieser Tiere, da ihr Körper typischerweise von einer unelastischen Kutikula oder einem Exoskelett umgeben ist, welches in regelmäßigen Abständen erneuert werden muss. Dieser Prozess wird von den so genannten Ecdysteroid-Hormonen gesteuert. Während der Mechanismus der Häutung bei Insekten und Crustaceen gut untersucht ist, fehlen entsprechende Daten von anderen Arthropoden, wie zum Beispiel die Cheliceraten sowie von den nächsten Verwandten der Arthropoden, den Tardigraden (Bärtierchen) und Onychophoren (Stummelfüßer). In diesem Projekt werden daher potentielle Schlüsselgene für die Regulation der Ecdysteroid-Biosynthese bei dem Tardigraden Hypsibius exemplaris, dem Onychophoren Euperipatoides rowelli und der Spinne Parasteatoda tepidariorum analysiert. Erstens werden Experimente zur Häutungsinduktion durchgeführt, um zu klären, ob das Prohormon Ecdyson und seine aktive Form 20-Hydroxyecdyson an der Häutung beteiligt sind. Zweitens werden in-situ-Hybridisierungen und Immunfärbungen durchgeführt, um die an der Ecdysteroid-Biosynthese beteiligten Gewebe zu lokalisieren. Drittens werden quantitative Echtzeit-Reverse-Transkriptase-PCR unterschiedlicher Häutungsstadien und spezifischer Gewebe durchgeführt, um Änderungen der Expressionslevel der an der Ecdysteroid-Biosynthese beteiligten Gene zu untersuchen sowie weitere beteiligte Enzyme zu identifizieren. Viertens werden funktionelle Analysen (RNA-Interferenz) durchgeführt, um eine mögliche Beteiligung der identifizierten Gene an der Häutung nachzuweisen. Schließlich werden die erhobenen Daten in eine umfangreiche Open-Access-Datenbank (MoultDB) implementiert, und die erhaltene umfassende, erweiterte Datenmatrix für eine abschließende phylogenetische Analyse eingesetzt. Die neuen Ergebnisse werden helfen (i) zu klären, ob Ecdyson, 20-Hydroxyecdyson oder Ponasteron A die primären Häutungshormone des letzten gemeinsamen Vorfahren der Panarthropoda waren, (ii) die Gewebe zu identifizieren, die an der Ecdysteroid-Biosynthese bei den Tardigraden, Onychophoren und Cheliceraten beteiligt sind, (iii) Schlussfolgerungen zur Entstehung dieser Gewebe bei den Panarthropoden zu ziehen und (iv) Einblicke in die Evolution der Häutung und die evolutiven Veränderungen des Ecdysteroid-Biosynthesewegs bei den Panarthropoda und Ecdysozoa zu bekommen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen