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Authors: Stiehl, Regina
Title: Kandidatengene für den männchendominanten geschlechtsbestimmenden Faktor M bei Chironomus thummi und Chironomus piger
Online publication date: 23-Dec-2016
Language: german
Abstract: Bei Chironomus dient als geschlechtsbestimmender Mechanismus das Prinzip der männlichen Heterogametie, bei welcher ein dominanter Männchenbestimmer M zur Ausbildung des männlichen Geschlechts führt. Obwohl die meisten Chironomiden¬arten keine morphologisch unterscheidbaren Geschlechtschromo¬somen aufweisen, konnten anhand cytogenetischer Analysen die funktionellen Gonosomen in einigen Spezies identifiziert werden. So wurde die geschlechts¬bestimmende Region, welche den Faktor M enthält, in C. thummi und C. piger auf Chromosom 3 Arm F lokalisiert. In C. thummi ist der Faktor M eng mit einem Cluster tandem-repetitiver Elemente, den so genannten Cla-Elementen assoziiert. Da es sich hier um ein frühes Stadium der Evolution von ehemals homomorphen zu heteromorphen Geschlechtschromosomen handelt, wird das den Faktor M tragende Chromosom auch als Proto-Y-Chromosom bezeichnet. In der vorliegenden Arbeit wurden Abschnitte des Proto-Y-Chromosoms von C. thummi und C. piger sequenziert und auf Unterschiede zum Proto-X-Chromosom untersucht. Hierbei konnte bei C. thummi das in Männchen hemizygot vorliegende Cla-Element-Cluster molekular lokalisiert werden. In C. piger konnte mit der Cla-adjacent-DNA ebenfalls ein Proto-Y-spezifisches repetitives Element gefunden werden. Diese Befunde können als Indiz für die in der Evolution von Y-Chromosomen typische Anhäufung repetitiver Elemente gewertet werden. Es ist durchaus denkbar, dass die repetitiven Elemente die Genfunktion benachbarter Gene beeinflussen. In der vorliegenden Arbeit wurden darüber hinaus transkriptomische NGS-Daten von C. piger und C. thummi analysiert. Hierdurch konnte für zwei intronlose Gene unbekannter Funktion eine männchenspezifische Expression in Larven beider Spezies bewiesen werden. Für die meisten bereits bekannten Gene in der SDR konnte dagegen keine geschlechtsspezifische Expression gezeigt werden. Eine Ausnahme bildet das auf dem Proto-Y-Chromosom von C. thummi, C. piger und C. luridus dupliziert vorliegende Gen fs(1)K10-like. Diese Duplikation stellt in den bisher bekannten Abschnitten des Proto-Y-Chromosoms den größten Unterschied zwischen beiden Geschlechtschromosomen dar. Durch die Expressionsanalyse konnte ein Transkript nachgewiesen werden, welches sich über beide Proto-Y-spezifischen Kopien des Gens erstreckt. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Expression der unterschiedlichen Kopien Y1, Y2 und Y3 auf dem Proto-Y-Chromosom und X auf dem Proto-X-Chromosom in der Entwicklung vom Embryo zur Larve unterschiedlich reguliert wird. Dies spricht für eine Funktion einer oder mehrere Proto-Y-chromosomaler Kopien in der Geschlechtsdetermination. Es wurden verschiedene Modelle zu möglichen Funktionen dieses Gens als geschlechtsbestimmender Faktor M vorgestellt. Um mehr Informationen über die Funktion der Proto-Y-chromosomalen Kopien von fs(1)K10-like sowie über die beiden intronlosen Gene zu erhalten, sollten knock-down-Experimente durchgeführt werden und die Auswirkungen der Herunter¬regulation auf die Expression von tra, auf die Transkripte des Doppelschaltergens dsx sowie auf die Entwicklung der Geschlechtsdimorphismen der behandelten Tiere untersucht werden. Des Weiteren ist es von großem Interesse die vollständige Sequenz des Proto-Y-Chromosoms der unterschiedlichen Spezies zu erhalten.
In chironomus male heterogamety is the basic sex determining principle, where a dominant male determining factor M initiates a male-specific development. Although the sex chromosomes of most chironomids don´t show morphological differences, it was possible to identify the functional gonosomes in some species. In C. thummi and C. piger the sex determining region containing M could be localized on chromosome 3 arm F. In C. thummi M is closely linked to cluster of the tandem-repetitive Cla- elements. For the gonosomes of chironomids represent an early state in the evolution of former homomorph to more and more heteromorph sex chromosomes they are referred as proto-X- and proto-Y-chromosome. In this work parts of the proto-Y-chromosomes of C. thummi and C. piger have been sequenced and examined for differences to the proto-X-chromosome. In C. thummi it was possible to localize the proto-Y-specific Cla-element-cluster on a molecular level. The proto-Y-chromosome of C. piger also exhibits a specific repetitive element, the Cla-adjacent DNA. These are evidences for the typical accumulation of repetitive Elements on Y-chromosomes during evolution. It´s easily conceivably that those repetitive elements act on the function of genes in their neighborhood. Furthermore the genes identified in the sex determining region were analyzed with the help of transcriptomic NGS-data of C. thummi and C. piger embryos and larvae. While two intronless genes of unknown function showed a male specific expression, most other genes are expressed in equal amounts in males and females. One exception is the gene fs(1)K10-like which is duplicated on the proto-Y-chromosomes of C. thummi, C. piger and the further related species C. luridus. The duplication is the biggest difference between proto-Y- and proto-X-chromosome within the known sequence. Despite the two proto-Y-specific transcripts expression analyses showed a third transcripts which spans the two copies. The expression analyses also showed that the expression of the different fs(1)K10-like copies is regulated differentially during the developmental process. This suggests a function of one or more Y-chromosomal copies of fs(1)K10-like in sex determination. Different models for possible functions of the proto-Y-copies as the sex determining factor M are shown. Further investigations of the functions of the different fs(1)K10-copies by knock-down experiments should show impacts on the downstream factors in sex determination (i.e. tra, dsx) and sexual morphology. Furthermore the complete sequence of the proto-Y-chromosome should be obtained.
DDC: 500 Naturwissenschaften
500 Natural sciences and mathematics
Institution: Johannes Gutenberg-Universität
Department: FB 10 Biologie
Place: Mainz
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-2770
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: 169 Blätter
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