Konservierte und divergente Aspekte der twist-, snail- und concertina-Funktion im Käfer Tribolium castaneum

Levetzow, Cornelia von (2008). Konservierte und divergente Aspekte der twist-, snail- und concertina-Funktion im Käfer Tribolium castaneum. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

Ziel dieser Arbeit war eine Ausweitung des Verständnisses evolutionärer Veränderungen der Mesodermentwicklung und der Gastrulation und der damit verbundenden DV-Musterbildung bei Insekten. Zu diesem Zweck wurden die Funktionen der Gene twi, sna und concertina beim Käfer Tribolium castaneum (Tc) analysiert und mit den bekannten Funktionen aus der Fliege Drosophila melanogaster (Dm) verglichen. Bei Drosophila aktiviert der stabile Dorsal-Kern-Gradient twi und sna auf der Ventralseite des frühen Embryos. Zellen dieser Domäne invaginieren durch die Ventralfurche und bilden die mesodermale Schicht im Embryo. Andere DV-Musterbildungsgene werden ebenfalls von Dm-Dorsal in spezifischen Domänen entlang der DV-Achse des Embryos aktiviert. Bei Tribolium castaneum, einem Käfer mit einer anzestraleren Art der Embryogenese, verschwindet der Tc-Dorsal-Kern-Gradient früher als bei Drosophila, er ist aber dennoch in der Lage, Tc-twi und weitere DV-Musterbildungsgene ventral zu aktivieren. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das zygotische Gen Tc-twi an der Terminierung des Dorsal-Gradienten beteiligt ist und somit eine wichtige Funktion beim Übergang der maternalen zur zygotischen DV-Musterbildungskontrolle spielt. Zusammen mit Tc-sna ist Tc-twi für die Etablierung der korrekten Musterbildung von Mesoderm, Mesektoderm und Neuroektoderm während der Gastrulation notwendig. Tc-Twi ist, wie auch bei Drosophila, der Hauptregulator für die Entwicklung des Mesoderms und ein Initiator von Zellmorphologieänderungen für die Ventralfurchenbildung. Des Weiteren ist Tc-sna für die Etablierung von Gewebegrenzen und die Kontrolle der Zellproliferation nötig, scheint aber keine fundamentale Rolle während der Mesodermentwicklung zu haben. Auf der Suche nach Homologen bekannter Effektorgene, die für Zellmorphologieänderungen in der Ventralfurche von Drosophila verantwortlich sind, wurde Tc-concertina (cta) identifiziert. Die essentielle Funktion von Cta bei Tribolium scheint allerdings die Bildung der posterioren Amnionfalte zu sein, durch welche die Amnionhöhle ensteht.. Ohne die Bewegung des posterioren Amnions ähnelt ein Querschnitt von gastrulierenden Tribolium Embryonen auffallend dem von Drosophila Embryonen. Die sehr ähnliche Morphologie der posterioreren Mitteldarminvagination bei Drosophila und der posterioren Amnionfaltenbildung bei Tribolium, sowie die Tatsache, dass beide Vorgänge Cta benötigen, deutet darauf hin, dass es sich um homologe morphologische Prozesse handelt.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated title:

Title	Language
Conserved and divergent aspects of twist-, snail- and concertina-function in the beetle Tribolium castaneum	English

Translated abstract:

Abstract

Language

The aim of this work was to extend the understanding of changes in insect development during the processes of mesoderm formation and gastrulation and related aspects of the patterning of the DV-axis. To this end, the functions of the genes twi, sna, and concertina were examined in the beetle Tribolium castaneum (Tc), and were compared to those known from the fruitfly Drosophila melanogaster (Dm). In Drosophila, twi and sna transcription in a ventral domain of the embryo is activated by the stable nuclear Dorsal-gradient. Cells from this domain will invaginate through the formation of the ventral furrow and are fated to become mesoderm. Dm-Dorsal also activates other DV-patterning genes in specific domains of the embryo. In Tribolium, a beetle with an ancestral type of embryogenesis, the nuclear Dorsal-gradient is not stable and disappears early, but is still able to direct the early ventral domain of Tc-twi and some other DV-patterning genes. In this work it was shown that zygotic Tc-twi has a novel function in the terminationof the maternal nuclear Dorsal-gradient, indicating that Tc-twi plays an important role for the switch from maternal to zygotic control of DV-patterning. Together Tc-twi and Tc-sna are necessary to establish the correct DV-pattern of mesoderm, mesectoderm and neuroectoderm during gastrulation. Like in Drosophila, Tc-twi is a master regulatory gene of mesoderm development and initiates cell shape changes. It was also found that Tc-sna is needed for the establishment of tissue boundaries and the control of cell proliferation, but seems to have no fundamental role for mesoderm development. Looking for homologs of known effectors of cell shape changes during ventral furrow formation in Drosophila, Tc-concertina (cta) was identified. The essential function of cta in Tribolium seems to be the formation of the posterior amniotic fold which leads to the formation of the amniotic cavity covering the embryo on the ventral side. Without the amnion movement, cross sections of gastrulating Tribolium embryos look strikingly similar to Drosophila embryos. The very similar morphology of the posterior midgut invagination in Drosophila and the posterior amniotic fold in Tribolium, together with the fact that both require Cta-function suggest that the morphologies are homologous.

English

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