Die Entwicklung des visuellen Systems in Arthropoden

Die genetischen- und entwicklungsphysiologischen Mechanismen visueller Systeme von Arthropoden wurde speziell in Drosophila umfassend untersucht. Zunehmend werden aber auch andere Taxa wie Käfer, Bienen und Spinnen berücksichtigt. Die wichtigsten Moleküle in einem visuellen System sind die Fotorezeptor-Proteine der Opsinfamilie. Die spektralen Empfindlichkeiten der Opsine werden hauptsächlich durch ihre Aminosäuresequenz bestimmt. Die Anwesenheit von mehreren Opsinen mit unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit ist die Voraussetzung für Farbsehen. Die Anwesenheit von mehreren Opsinen kann aber auch für die Unterscheidung verschiedener Graustufen verwendet werden. Die Spinne Cupiennius salei ist ein nachtaktiver Jäger, der einerseits Mechanosensoren für den Beutefang einsetzt, andererseits haben Untersuchungen gezeigt, dass ihr visuelles System sehr gut entwickelt ist. Ihre Hauptaugen können verschiedene Formen unterscheiden und die Nebenaugen bewegte Objekte erkennen. Intrazelluläre Ableitungen von Fotorezeptoren haben das Vorhandensein von drei spektralen Empfindlichkeiten festgestellt, nämlich blau, grün und ultraviolett. In Verhaltenstests konnte bislang die Fähigkeit zur Unterscheidung verschiedener Farben noch nicht festgestellt werden. Wir möchten die Opsin Gene von C. salei klonieren und sequenzieren, um festzustellen welche Rezeptoren tatsächlich vorhanden sind. Durch die phylogenetische Analyse der Opsin-Sequenzen würden wir Informationen über die spektrale Empfindlichkeit der Opsine und über ihre stammesgeschichtliche Stellung bezüglich anderer Tierarten erhalten. Damit würden wir mehr über die Evolution der Opsin Gene von Spinnen und Arthropoden lernen. Darüber hinaus würden wir die Opsin Gene eines Stummelfüßlers (Euperipatoides kanangrensis) klonieren und sequenzieren, um sie als Außengruppe zu verwenden. Mit Hilfe einer Expressionsmuster Analyse der Opsin Gene würden wir Informationen über die Verteilung der verschiedenen Rezeptor-Typen innerhalb und zwischen den verschiedenen Augen der Spinne erhalten. , und Ein Vergleich der spektralen Empfindlichkeiten von Onychophoren und Spinnen würde es uns ermöglichen, die Entwicklung der Fotorezeptoren innerhalb der Arthropoden zu beurteilen. Die genetischen Mechanismen, die der Augenentwicklung zu Grunde liegen wurden ausführlich in Drosophila untersucht. Die bisherigen Studien haben gezeigt, dass die Gene der retinalen Determinations Kaskade (RDGC) bei der Entwicklung des Auges auch bei anderen Tieren wichtig sind. Kürzlich konnte gezeigt werden, dass Gene dieser Kaskade in den Augen der Pfeilschwanzkrebse (Limulus) nicht exprimiert werden. Pfeilschwanzkrebse sind ein basales Mitglied der Cheliceraten zu denen auch die Spinnen gehören. Dies deutet darauf hin, dass entweder die genetische Kontrolle der Augenentwicklung zwischen den Cheliceraten und anderen Arthropoden divergiert oder die Augen der Cheliceraten haben sich separat entwickelt. Wir beabsichtigen daher, die RDGC Gene und andere homologe Gene der Augenentwicklung in C. salei und E. kanangrensis zu klonen und zu charakterisieren, um das Genexpressionsprofil der Spinnenaugen und der Stummelfüßleraugen zu erhalten. Wir führen genetische und phylogenetische Analysen der gefundenen orthologen Gene und Expressionsmuster durch, sowie eine Expressions Analyse durch in-situ-Hybridisierung, um deren Transkripte während der Entwicklung zu lokalisieren. Gen- Silencing-Experimente der Augengene wird durch RNA-Interferenz erfolgen. Dadurch werden die Gen- regulatorischen Netzwerke der Augenentwicklung von Spinnen aufgeklärt. In Kombination mit dem Gen- Silencing-Experiment in der Spinne werden wir auch Verhaltensexperimente mit nicht letalen Mutationen durchführen. Da es möglich ist, dass Gen-Knockout Effekte nicht in der Morphologie sondern nur im Verhalten sichtbar werden.