ME 4866/1-2

ME 4866/1-2: Evolutionäre und saisonale Anpassung der täglichen Aktivität und der circadianen Uhrparameter von Taufliegen

Die Familie der Drosophiliden umfasst tropische, kosmopolitische und subarktische Arten. Das Ziel unserer Studie ist die Aufklärung der neuronalen Uhr-Mechanismen, die die Aktivitätsrhythmik von Fliegen an höhere Breitengrade anpasst (Projekt 1), sowie der molekularen Mechanismen, die die Tageslängenmessung und Anpassung an den Winter ermöglichen (Projekt 2). In Projekt 1 konnten wir zeigen, dass das molekulare Uhr-Netzwerk der eigentlich tropischen Drosophila melanogaster als ursprünglich anzusehen ist und dass verschiedene Drosophila-Arten unterschiedliche Wege eingeschlagen haben, um ihre Uhren an höhere Breitengrade anzupassen. Alle Wege haben gemeinsam, dass sie die circadiane Uhr plastischer machen, so dass die tägliche Aktivität den sich ändernden Photoperioden folgen kann. Dies kann durch den Verlust von PDF (Pigment-Dispersing Factor) und CRY (Cryptochrom) in bestimmten Uhr-Neuronen erfolgen (z.B. bei der virilis Gruppe), durch Eliminierung der rhythmischen PDF-Sekretion (z.B. bei Chymomyza) oder durch Reduktion der Lichtempfindlichkeit von CRY oder seiner Interaktion mit TIM (Timeless) (vermutlich bei D. funebris). In der zweiten Förderperiode möchten wir die bereits begonnene Analyse von ~30 Drosophila-Arten aus verschiedenen Breitengraden fertig stellen, um tiefere Einsichten in die Evolution von circadianen Uhren zu gewinnen. Außerdem wollen wir uns auf die Erforschung der circadianen Uhr von D. funebris konzentrieren, da diese Fliegenart außergewöhnlich gut an das Leben in subarktischen und gemäßigten Breiten angepasst ist und neue Einsichten in die Anpassung von circadianen Uhren an die Umwelt verspricht. In Projekt 2 haben wir gefunden, dass die Distanz zwischen den Maxima von PER (Period) und TIM in den Uhr-Neuronen von D. melanogaster für die Tageslänge zu kodieren und die Frostresistenz zu bestimmen scheint: Unter Kurztagbedingungen sind die Maxima der oszillierenden Uhrproteine nahe zusammen und die Fliegen sind frostresistenter als unter Langtagen, wenn ihre Maxima weit auseinander liegen. Weiterhin haben wir 79 Gene identifiziert, deren Expression sich in spezifischen Uhrneuronen unter Kurz- und Langtagen verändert und deren genaue Rolle bei der saisonalen Anpassung wir nun untersuchen wollen. Dabei werden wir die vielversprechendsten Kandidaten im Vergleich mit anderen Drosophila-Arten ermitteln, diese dann bei D. melanogaster genetisch manipulieren und die Frostresistenz der Tiere bestimmen. Mit neurogenetischen Methoden werden wir bei D. melanogaster auch die Uhr-Neuronen ermitteln, die für die Saisonalität verantwortlich sind. Dies wird uns u.a. die bei nördlichen Arten gefundenen Modifikationen im Uhrnetzwerk verstehen helfen. Außerdem werden wir mit Hilfe der CRISPR-Cas9 Technik per und tim Null Mutanten in D. suzukii generieren, um die Rolle der circadianen Uhr für die Saisonalität in einer Art mit starken saisonal-bedingten morphologischen Veränderungen relativ einfach untersuchen zu können.