Universität zu Köln

Kalscheuer, Patrick (2004). Vergleichende und funktionelle Studien zur Evolution der dorsoventralen Musterbildung bei Insekten. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Im Gegensatz zur Etablierung der dorsoventralen Achse des Drosophila Embryos, ist die Spezifizierung dieser Körperachse in Kurzkeiminsekten bislang größtenteils unverstanden. Da die meisten Segmente von einer posterioren Wachstumszone in einer zellulären Umgebung hervorgebracht werden, stellt sich die Frage, ob maternale Faktoren Einfluss auf die dorsoventrale Musterbildung solcher Segmente haben können. Der Nf-kB ähnliche Faktor Tribolium Dorsal erfüllt, wie Drosophila Dorsal, essentielle Funktionen in der generellen Polarisierung der dorsoventralen Achse des Tribolium Embryos. Während wichtige Zielgene wie twist und sog zwischen Drosophila und Tribolium Dorsal offensichtlich konserviert sind, scheint die Regulierung anderer möglicher Zielgene durch TcDorsal indirekt zu verlaufen. Die Funktion von TcDorsal wird ebenfalls zur Spezifizierung des dorsoventralen Musters der posterioren Segmente benötigt, die erst nach Beendigung der Expression von Dorsal erzeugt werden. Tribolium und Anopheles zeigen Anzeichen für eine Initiierung der Erzeugung der embryonalen Achsen bereits während der Oogenese. Dies ist umso erstaunlicher, als der Aufbau der Ovarien in Coleopteren von dem der Ovarien in Dipteren abweicht. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die asymmetrische Positionierung des Oozytenkerns und eine nachfolgende, asymmetrische Expression von Homologen des Drosophila Gens pipe im Follikelepithel konservierte Merkmale darstellen, die entscheidende maternale Beiträge zur Festlegung der ventralen Seite des zukünftigen Embryos liefern können. Das isolierte Tccactus Gen besitzt ein Expressionsmuster, das eine Rolle in der Verfeinerung des Dorsal Gradienten oder in der Übertragung der maternalen polarisierenden Information an zygotische Gene nahe legt. Obwohl maternale RNA im frühen Tribolium Embryo nicht nachweisbar ist, könnte die beobachtete maternale Expression der Tccactus mRNA in Ovarien eine Quelle zur Erzeugung von maternalem Cactus Protein sein, dass im frühen Embryo eine Rolle als genereller cytoplasmatischer Inhibitor für TcDorsal erfüllen könnte. Somit erscheinen entscheidende Prozesse der Achsenbildung zwischen Kurz- und Langkeiminsekten konserviert. Die beobachteten Unterschiede zwischen beiden Insektengruppen in Bezug zur Bedeutung des maternalen Toll/Dorsal Signalweges im Vergleich zu zygotischen Genen für die Achenfestlegung könnten hierbei in speziellen Anpassungen an den jeweiligen Modus der Embryogenese begründet sein.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Comparative and functional studies on the evolution of dorsoventral patterning in insects English
Translated abstract:	Abstract Language Whereas the formation of the embryonic dorsoventral axis of the Drosophila embryo has been analysed in great detail, the specification of this body axis in short-germ insects is only poorly understood. As most of the segments are produced by a posterior growth zone in a cellular environment, the question arises if early acting factors can participate in the dorsoventral organization of later added segments. In this work, we show that the Tribolium Nf-kB like factor Dorsal, like its Drosophila counterpart, is essential for the polarization of the dorsoventral axis of the Tribolium embryo albeit having a more general role in axis formation. Whereas key target genes as twist and sog are conserved between Drosophila and Tribolium Dorsal, the influence of TcDorsal on other putative target genes might be indirect. Dorsal function was also found to be required for defining the dorsoventral axis of posterior segments, that are only added long after Dorsal expression is detectable. Furthermore, Tribolium and Anopheles show clear signs of early steps of axis formation already during oogenesis. This is remarkable as the architecture of ovaries in Coleopterans deviates from that of Dipteran ovaries. Here, the asymmetrical positioning of the oocyte nucleus and subsequent asymmetric expression of homologues to the Drosophila gene pipe were found to be conserved between the analysed species and might provide maternal cues for defining the ventral side of the future embryo. The expression pattern of the isolated Tccactus gene implies a role for Tccactus in refining the Dorsal gradient or transducing maternal polarizing information to zygotic genes. Though maternal RNA was not detectable in the early Tribolium embryo, maternal expression of Tccactus mRNA in the ovary might supply the developing oocyte with a source for maternal Cactus protein that could fulfil a function as a general cytoplasmic inhibitor of TcDorsal in the early embryo. Thus, fundamental processes in dorsoventral axis formation seem to be conserved between short-germ and long-germ insects. The differences between both types of insects regarding the impact of the maternal Toll/Dorsal pathway versus zygotic genes on axis formation might be attributed to the different modes of embryogenesis. English
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Kalscheuer, Patrick patrick.kalscheuer@uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-14057
Date:	2004
Language:	German
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institut für Entwicklungsbiologie
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language dorsoventrale Musterbildung , Insekten , Tribolium , Entwicklung , Dorsal German dorsoventral patterning , insects , Tribolium , development , Dorsal English
Date of oral exam:	15 February 2005
Referee:	Name Academic Title Roth, Siegfried Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1405