A genomic approach to the study of Tribolium castaneum genetics, development & evolution

Savard, Joël (2004). A genomic approach to the study of Tribolium castaneum genetics, development & evolution. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

During the last decade, Tribolium castaneum has become the insect of choice for comparative genetics and developmental studies outside of drosophilids. Until recently, most molecular studies have focused on the comparative analysis of early development with a focus on segmentation and homeotic genes. In order to acquire independent knowledge on the genetic basis of insect development, a genomic approach consisting of EST and BAC-ends sequencing projects has been initiated in Tribolium. The EST project resulted in the production of 2,246 random sequences representing 488 non-redundant EST contigs. Of those, 280 sequences were selected, along with 86 independently cloned putative transcription factors, and further characterized by in situ hybridization. Expression analysis led to the identification of at least 25 novel genes putatively involved in diverse aspects of Tribolium embryonic development such as segmentation, appendage development, neurogenesis, myogenesis and terminal patterning. Comparative evolutionary analysis of the EST sequences verified that Tribolium is a slow evolving species when compared to dipterans. As predicted by the neutral theory, the data also revealed that evolutionary rates are a composite measure of both gene and species specific rates. To date, the BAC-ends sequencing project resulted in the production of 8,640 sequences covering 2.9% of the Tribolium genome. A functional analysis of a subset of these BAC-end sequences (BES) allowed the identification of 486 putative ORFs. It is estimated that of the 53,000 BES to be produced, 6,900 ORFs will be found, comprising 18% of the genome. Random sequencing of ESTs and production of BES are shown to be powerful ways to identify new genes, to help mapping the Tribolium genome and to identify coding regions in genomic sequences.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated abstract:

Abstract

Language

Während der letzten zehn Jahre ist Tribolium castaneum das Insekt der Wahl der vergleichenden Genetik und Entwiklungsbiologie ausserhalb der Drosophiliden geworden. Bis heute sind die meisten molekularen Studien auf die Segmentierung und die homeotischen Gene fokussiert. Um unabhängiges Wissen über die genetische Basis der Insektenentwicklung zu erlangen, wurden im Rahmen einer genomischen Studie ein EST und ein BAC Enden Sequenzierprojekt initiert. Für das EST Projekt wurden 2.246 zufällig gewählte Klone sequenziert, aus denen 488 nicht redundante Contigs zusammengesetzt wurden. Von diesen wurden 280 equenzen ausgewählt, und zusammen mit 86 unabhängig klonierten mutmasslichen Transkripitonsfaktoren mittels in situ Hybridisierung genauer charakterisiert. Durch die Expressionsanalyse konnten mindestens 25 neue Gene isoliert werden, die wahrscheinlich in verschiedenen Aspekten der Embryonalentwicklung von Tribolium wie Segmentierung, Entwicklung der Extremitäten, Neurogenese, Myogenese und Musterbildung der terminalen Strukturen ein Rolle spielen. Eine vergleichende Analyse der EST Sequenzen unter evolutionären Gesichtspunkten bestätigte, dass Tribolium im Vergleich zu den Dipteren eine langsam evolvierende Spezies ist. Die Daten zeigten, dass Evolutionsraten aus Gen und Spezies spezifischen Raten zusammengesetzt sind, wie von der neutralen Evolutionstheorie vorhergesagt. Bis heute deckt das BAC-Enden Sequenzierprojekt mit 8.640 Sequenzen 2,9% des Tribolium Genoms ab. Durch eine funktionelle Analyse eines Teils dieser BAC End Sequenzen (BES) konnten 486 mutmassliche offene Leseraster identifiziert werden. Es kann geschätzt werden, dass in den 53.000 BES die produziert werden sollen 6.900 offene Leseraster enthalten sind, und damit 18% des Genoms sequenziert werden. Es wird gezeigt, dass die Sequenzierung zufällig ausgewählter ESTs und der BAC Enden eine leistungsfähige Methode zur Identifizierung neuer Gene ist, bei der Erstellung einer Karte des Tribolium Genoms hilft, und der Identifizierung von kodierenden Bereichen in genomischen Sequenzen dient.

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