Identifizierung und Charakterisierung von Hämocyanin-Genen und deren cDNAs und Ferritin-cDNA-Sequenzen in Mollusken unter Verwendung von Transkriptom und Genom Daten

Abstract

Mollusken sind nach den Arthropoden das zweitartenreichste Phylum der Metazoen und besiedeln alle Lebensräume der Erde. Die Erscheinungsformen von Mollusken weisen eine extreme Variationsbreite, von winzigen wurmähnlichen Meeresbodenbewohnern bis hin zu Riesenkalmaren, auf. Diese Vielfalt der Körperformen und Lebensweisen erfordert notwendige Adaptationen an ihre Habitate und Lebensweise. Essenziell ist hierbei die Anpassung an die unterschiedliche Sauerstoffverfügbarkeit. Die respiratorischen Proteine, die sogenannten Blutfarbstoffe, die bisher in Mollusken nachgewiesen wurden, sind verschiedene Hämocyanine und Hämoglobine sowie Myoglobine. Innerhalb der Mollusken haben sich im Laufe der Evolution unterschiedliche Hämocyanin-Typen entwickelt. Hämocyanine sind sehr große Proteine mit einer Molekülmasse von 3,5 MDa bis zu 8 MDa und mehr. Sie bestehen aus unterschiedlichen Monomeren, die wiederum aus unterschiedlichen funktionellen Einheiten, sogenannten FUs (FU-a bis FU-h) zusammen gesetzt sind. Hämocyanine werden oftmals differentiell in verschiedenen Geweben oder Entwicklungsstadien exprimiert. Die Hintergründe für die unterschiedlichen Expressionsmuster der Hämocyanin-Gene in den verschiedenen Arten sind jedoch noch nicht bekannt. Bei einigen Molluskenklassen existiert jeweils „nur“ ein Gen, wobei bei anderen Arten zwei oder mehr unterschiedliche Genorte identifiziert werden konnten. Im Rahmen meiner Arbeit, konnte ich einen neuen Hämocyanin-Typ aus zwei, an „heißen Schloten“ lebenden Tiefsee-Gastropoden Chrysomallon squamiferum und Gigantopelta aegis (Peltosperidae) nachweisen. In dieser Gastropoden-Familie konnten zwei Gene identifiziert werden, welche für unterschiedliche Hämocyanine kodieren. Das erste Gen kodiert für eine Hämocyanin-Untereinheit, bestehend aus acht FUs, analog des lange bekannten „Keyhole limpet-Typs“, wohingegen das zweite Gen für drei weitere, also insgesamt elf FUs kodiert. Diese zusätzlichen FUs resultieren aus Duplikationen des anzestralen FU-c-Exons, was zu einer Erhöhung der molekularen Masse einer Untereinheit um ca. 144 kDa führt. Neben der Analyse der Hämocyanine, wurde das Ferritin von 98 Molluskenarten analysiert. In einigen Molluskenarten konnten bis zu vier Ferritin-Typen nachgewiesen werden. Eine eindeutige Zuordnung aller orthologer Ferritinsequenzen konnte allerdings nicht erfolgen und somit, im Gegensatz zur Verwendung von Hämocyanindaten, keine aussagekräftigen, molekularphylogenetischen Stammbäume rekonstruiert werden. Es gelang mir so, im Rahmen meiner Arbeit, 113 neue Sequenzen zu assemblieren, somit die Datenverfügbarkeit für dieses artenreiche Phylum zu erweitern. und darüber hinaus einen neuer Hämocyanin-Typ in Peltospiridae zu identifizieren. Fortführend sind aber noch weitere Untersuchungen der Hämolymphe, verschiedener Gewebe, Expressionsstudien und bioinformatische Analysen vieler Molluskenarten notwendig, um all die immer noch offenen Fragen über die Evolution der Hämocyanin- und Ferritin-Gene und deren Expressionsmuster aufklären zu können.