Marine Modellsysteme Flashcards
(29 cards)
Phylogenetische Bäume
Gruppierung nach Ähnlichkeit
Welche Probleme bringt ein Fokus auf wenige Modellsysteme mit sich?
Jede Art hat Besonderheiten
(zB. Bestimmte Entwicklung, Lebensweise, Zellbiologie,
Sinnesorgane)
Viele spannende und grundsätzliche biologischen Phänomene sind mit den”typischen” modernen molekularen Modellsystemen nicht abgedeckt.
Modellsysteme in der Biologie wandeln sich mit der Zeit.
Das Meer ist schwer zu erforschen!
Aber auch besonders interessant. Warum?
Der Ursprung des Lebens liegt im Meer
– weniger molekulare Methoden etabliert, als z.B. Maus, Hefe, C.elegans oder D. melanogaster
ABER
Wichtig für Verständnis der: Evolution
ABER
Wichtig für Verständnis der: Evolution
Chronobiologie
Marinen Ökologie (Plankton!)
Der marine Borstenwurm Platynereis dumerilii
– “einfaches” Nervensystem
typisches Strickleiternervensystem der
Wirbellosen
– einfach und preiswert kultivierbar
– Inzuchtstämme
– typischer Lebenszyklus eines marinen Wirbellosen
Lebenszyklus: Folie 16
Metamophose zu weiblichen und männlichen Tieren
Der marine Borstenwurm Platynereis dumerilii
– grosse, synchon entwicklende Gelege
– Genomgrösse: 1 Milliarde Basenpaare (1
Gbps)
– transparente Embryonen – Mikroinjection möglich
Platynereis kann funktionell manipuliert werden
Injektion 1 Zellstadium Injektion 2 Zellstadium
Injektion 4 Zellstadium
WICHTIG FÜR:
– Verfolgung von Zellentwicklungsschicksalen
– Transgenese
– funktionale Tests: Verbindung von Genotyp mit Phänotyp
(z.B. Morpholinos, TALEN and Cas9/CRISPR vermittelte Mutationen)
Reporterkonstrukte zur Herstellung transgener Platynereis
Core (Basal) Promoter: ermöglicht Transkription
Enhancer: Regulator der Genexpression- Wann?, Wo?, Wieviel?
Sequenz, die zu mRNA gehört (inklusive 5’ und 3’ UTR) Transkriptionaler Start
Folie 20
r-Opsin::eGFP-NTR markiert Photorezeptorzellen in den Augen
Nitroreduktase (NTR)-vermittelte Zellablation
Ablation der Photorezeptorzellen
“Genome engineering”
Folie 24
Wozu Platynereis?
Was bedeutet das für evolutionäre Studien?
Menschen und Platynereis verändern sich besonders langsam
(Folie 26)
Augen gibt es in allen grossen Tiergruppen
Augen sind morphologisch stark verschieden (Zelltypen, Zellzahl, Zusammensetzung)
2 Typen von Photorezeptorzellen existieren in Augen :
Ziliär
Rhabdomer
(Folie 31)
Trotz aller Unterschiede- erstaunliche Ähnlichkeiten bei der Augenentwicklung von Taufliege und Wirbeltieren!
Das pax6 Gen von Maus und Taufliege kann ektopische Augen induzieren
Moleküle der Augenentwicklung im Vergleich (Folie 34)
Geschlossen wegen Bauarbeiten gibt es nicht in der Evolution!
Langsam evolvierende Spezies können das Rätsel lösen
Ein phylogenetischer Baum von Opsinen: Zwei Zelltypen (rhabdomer vs. ziliär) und zwei Opsinfamilien: Kann man das korrelieren?
Zwei getrennte Opsinfamilien sind so alt wie alle Bilateria
Folie 39
Korrelation der Opsine mit Zelltypen
Zwei Photorezeptorgruppen standen am Anfang der Evolution von Bilateria (Folie 42)
Mechanismen der Organevolution
Duplikation,
Modifikation,
Zellwanderungen
Zelltypverlust
– Gene
– Zelltypen
– Organe …
können im Verlauf der Evolution verloren gehen.
Es kommt auf den richtigen Vergleich an!
Marine Modelsysteme-
Wo bieten sie ausserdem neue Erkenntnisse?
Chronobiologie
Chronobiologie
Die Biologie der inneren Uhr
Biologischer Rhythmus
= periodische Wiederkehr spezieller Zustände, z.B. Schlaf-/Wachzyklus
Rhythmus Mensch Folie 48
Biologische Uhr
innerer Mechanismus in Organismen, der den Rhythmus kontrolliert
Wie weist man eine innere Uhr nach?
1.) Rhythmus durch äussere Stimuli bedingt
Oder
2.) Rhythmus läuft auch ohne äussere Stimuli (Dunkel-Dunkel Experimente),
durch äussere Stimuli mit Umwelt synchronisiert
ABB. Folie 50
Klassische genetische Modellsysteme zeigen diese Rhythmen nicht!
Zircadiane Rhythmen Moleculare Mechanismen bekannt bei
Prokaryonten
Tieren
Pflanzen
Pilzen
Saisonale Rhythmen
Moleculare Mechanismen bekannt bei
Tieren
Pflanzen
Andere Rhythmen
– halb-tiden
– tiden
– halb-monatlich
– monatlich
– jährlich
1.) Kein Molekül einer lunaren Uhr ist bisher bekannt.
2.) Ungeklärt, wie verschiedene Rhythmen in einem Organismus koordiniert werden können
Mondrhythmen sind fundamental und weit verbreitet!
(Platynereis, Clunio)
Auch Menschen benutzen unterschiedliche Zeiteinteilungssysteme
Uhr -> Tagesrhythmus
Kalender -> Mondrhythmus
Vom Mond kontrollierte Vermehrungszyklen sind gut dokumentiert
Das Reproduktionsverhalten von Platynereis
Das natürliche Habitat von Platynereis
Video
Folie 57
Lunarperiodizität
ein gut dokumentiertes Phänomen in Platynereis dumerilii
Folie 58/59
Der circalunare Rhythmus von Platynereis wird durch eine innere Uhr kontrolliert
Das Leben im Rhythmus der Gezeiten:
Ebbe
Flut
Clunio marinus (Chironomidae, Diptera)
Gezeitenzone der Europäische Atlantikküste
Etablierte Laborkulturen
Gut beschriebenes Verhalten und Genetik
Lebenszyklus Folie 62
Schlupfrhythmen der erwachsenen Mücken:
1) Seasonal
2) Circalunar
3) Circadian
Adaptation der Schlüpfzeiten
Tageszeit des Niedrigwassers variiert abhänigig von geographischer Lage
Genetische Adaptation der Schlüpfzeiten
Clunio monduhr
- freilaufend ohne Mondlicht
- Freilaufende Periode 15.2 Tage (nahe am semi-lunaren Rhythmus: 14.9 Tage)
- temperaturkompensiert (Q10: 1.03 – 1.19)
ABB Folie 67
Wie wird das Mondlicht wahrgenommen?
Wie interagieren zirkadiane und zirkalunar Uhren?
Wie funktioniert die zirkalunare Uhr auf molekularer Ebene?
Wie funktioniert die lokale Adaptation der circadianen Uhr bei Clunio?
Diatomeen= Kieselalgen (>105 Arten)
Zellenhülle (Frustel): Siliziumdioxid (Anhydrid der Kieselsäure: SiO2 · n H2O)
Kieselalgen entstanden durch sekundäre Endosymbiose
ca. vor 1 Mrd. Jahre
Teil des marinen Phytoplanktons
• Photosynthetisch aktive Meeresorganismen : Eukaryotischer Phytoplankton
Diatomeen Coccolithophoriden Dinoflagellaten
(photosynthetische Meeresorganismen: ca. 25- 50% der jährlichen Sauerstoffproduktion und Primärproduktion von Biomasse)
3 Diatomeenspezies dienen als molekulare Modellsysteme
Thalassiosira pseudonana (32.4 Mb)
Koordiniert durch Ginger Armbrust
Science (2004) 304: 79-86
Phaeodactylum tricornutum (27.4 Mb) Koordiniert durch Chris Bowler Nature (2008), 456:239-44
Fragilariopsis cylindrus (98 Mb) Koordiniert durch Thomas Mock
P. tricornutum läßt sich einfach kultivieren (vergleichbar mit E.coli oder S. cerevisiae)
