Comparative Embryonic Morphogenesis of Emerging Insect Model Organisms

Johann Wolfgang Goethe-Universität

Ousa Chea/Unsplash

Arbeitskreis für physikalische Biologie

Schlagworte

Emerging insect model organisms, Evolutionary developmental biology, Genetics, Light sheet-based fluorescence microscopy, Morphogenesis

Zusammenfassung

Die Fruchtfliege Drosophila melanogaster gehört zu den wichtigsten biologischen Modellorganismen, doch ausschließlich der vergleichende Ansatz mit nahe verwandten Spezies erlaubt Aussagen über die evolutionäre Diversifikation der Insekten. Eine besondere Stellung nimmt die Fluoreszenzmikroskopie von lebenden, sich entwickelnden Embryonen ein, mit deren Hilfe die dreidimensionale Morphogenese als Funktion der Zeit erfasst, beschrieben und verglichen werden kann. Allerdings gibt es für Spezies außer Drosophila, zum Beispiel den Rotbraunen Reismehlkäfer Tribolium castaneum, bislang kaum etablierte Standards und die verfügbaren Daten und Ressourcen sind vergleichsweise gering. Ziel meiner Doktorarbeit war es, diese Limitierungen aufzuheben. Die folgenden sechs Meilensteine konnten erreicht werden:

  • Entwicklung der Hemisphäre- und Netzhaltermethoden für nicht-invasive Langzeitaufnahmen von Tribolium-Embryos in Lichtblatt-Fluoreszenzmikroskopen und Charakterisierung der wichtigsten embryonalen Ereignisse.
  • Ausführliche protokollarische Dokumentation dieser Methoden, die unter anderem (i) die Haltung im Labor, (ii) die Vorbereitung der Embryonen, (iii) die Konfiguration des Lichtblatt-Fluoreszenzmikroskops, (iv) das Durchführen der Aufnahme über mehrere Tage, (v) die Rettung der erfassten Embryos zur Qualitätskontrolle sowie (vi) das Prozessieren der Daten beschreiben.
  • Umfangreiche Adaptionen dieser Methoden, um die embryonale Morphogenese der Mediterranen Fruchtfliege Ceratitis capitata und der Mittelmeer-Feldgrille Gryllus bimaculatus zu beschreiben, zu analysieren und in einen evolutionären Kontext zu setzen.
  • Weiterentwicklung der Hemisphäremethode, die die Referenzpunkt-basierte Fusion von dreidimensionalen Bildern erlaubt, welche entlang mehrerer Richtungen aufgenommen wurden, um so den Schattenwurf-Effekt zu kompensieren.
  • Erstellen des BugCubes, eines Web-basierten Computerprogramms, mit dem Bilddaten, die mit Hilfe der Lichtblatt-Fluoreszenzmikroskopie erfasst wurden, mit Kollegen geteilt werden können.
  • Entwicklung und experimenteller Beweis der Funktionalität des (i) AGameOfClones Vektorkonzeptes um homozygote transgene Insektenlinien systematisch herzustellen. Weiterentwicklung und teilweiser experimenteller Beweis der Funktionalität des (ii) AClashOfStrings Vektorkonzepts um doppelt homozygote transgene Insektenlinien systematisch herzustellen, sowie eine vorläufige Evaluierung des (iii) AStormOfRecords Vektorkonzeptes um dreifach homozygote transgene Insektenlinien systematisch herzustellen.
  • Erschaffung und Eignungsprüfung von mehr als fünfzig transgenen Tribolium-Linien für die Langzeitaufnahme der Embryonalentwicklung in Fluoreszenzmikroskopen, unter anderem die ersten Lifeact- und Histon-basierten Linien.

Meine primären Resultate leisten einen signifikanten Beitrag zur erweiterten Fluoreszenzmikroskopie von Insektenspezies jenseits von Drosophila. Sie erlauben es, verschiedene Strategien der embryonalen Insektenmorphogenese zu vergleichen und damit in einen phylogenetischen Kontext zu setzen. Meine technischen Entwicklungen erweitern das methodologische Arsenal für Insekten beachtlich.

In meiner Perspektive erörtere ich die Wichtigkeit von nicht-invasiven Fluoreszenz-Langzeitaufnahmen zur Erstellung von spezies-spezifischen morphogenetischen Standards, diskutiere die Praktikabilität einer morphologischen Ontogenie auf dem
zellulären Level, schlage einen „verschachtelten linear abnehmenden Verwandtschaftsverhältnis“-Ansatz für die evolutionäre Entwicklungsbiologie vor, suggeriere Lebendaufnahmen von Spezieshybriden um das Entstehen neuer Arten zu untersuchen und skizziere zuletzt den Betrag der Lichtblatt-Fluoreszenzmikroskopie zur Umstellung auf systematische Datenakquise.

Aus meiner Doktorarbeit gehen zehn Fachartikel hervor, von denen sechs bereits in wissenschaftlichen Zeitschriften mit Begutachtungsverfahren publiziert wurden, außerdem habe ich vier Masterarbeiten und zwei Bachelorarbeiten betreut, deren wissenschaftliche Fragestellungen an mein Promotionsthema angelehnt waren.

Zitiervorschlag

Strobl, Frederic. Comparative embryonic morphogenesis of emerging insect model organisms. Johann Wolfgang Goethe-Universität, 2018, http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:30:3-466152.

Repository

publikationen.ub.uni-frankfurt.de

Identifikatoren

urn: urn:nbn:de:hebis:30:3-466152

Veröffentliche

deine Dissertation

auf OpenD und steigere

deine Online-Sichtbarkeit

Jetzt registrieren