Hjem
Nye doktorgrader
Ny doktorgrad

Evolusjonelle nyheter: bidraget fra homeobox gener i et funksjonelt nytt organ

Yana Mikhaleva disputerer 23.11.2016 for ph.d.-graden ved Universitetet i Bergen med avhandlingen: «Contribution of homeobox genes to the development of the oikoplastic epithelium, a major novelty of tunicate Larvaceans».

Hovedinnhold

Denne doktorgradsstudien viser at en familie av gener  kalt homeodomain transkripsjonsfaktorer styrer utviklingen av halesekkdyrenes oikoplastiske epitel - det tynne vevet som danner det ytre laget av en kroppsoverflaten, og som er et unikt for halesekkdyrene. Epitelet syntetiserer og utskiller ulike komponenter som er nødvendig for å produsere det gelatiniøse huset til halesekkdyret, Oikopleura dioica. Dyret bruker huset til å filtrere sjøvann og fange små partikler av mat. Det gjennomsiktige huset og epitelet som produserer det er en unik særegenhet i evolusjonsmessig sammenheng og er ikke kjent fra andre arter.

I denne studien viser vi at mange av homeobox genene har gått tapt hos O. dioica.  Samtidig ser vi at i de gjenværende homeobox genene har en stor andel av disse blitt duplisert. Genduplisering er en av mekanismene som fører til forekomst av gener med samme opprinnelse men forskjellig funksjon (for eksempel, en gen-kopi har en «gammel» funksjon og den andre kan utvikle en «ny» funksjon etter duplisering).  Ved å studere hvor i organismen disse genene ble uttrykt i, fant vi at representanter for de fleste av dupliserte homeobox gener ble uttrykt i epitelet av larver stamme.

Basert på det gentiske uttrykksmønsteret (på hvilket tidspunkt og i hvilke deler av dyret ulike gener slås av og på) har vi postulert at dupliserte gener spiller en rolle i dannelsen av den unike strukturen – oikoplastisk epitel. For å bekrefte dette, slo vi av noen av genene ved hjelp av teknikken RNA interferens (RNAi). Vi observerte da misdannelse og uorden i kjernene hos epitelceller rundt ryggmidtlinjen, hvor genene normalt uttrykkes. Videre fant vi at dersom to gener kalt prop-gener slås av i en såkalt «knockdown», forsinkes uttrykkingen av oikosin-genet – et gen som er spesifikt for halesekkdyrene. Dette bekrefter prop-geners betydning for celledifferensiering. Selv om de fleste dupliserte homeobox-genene er uttrykt i det oikoplastiske epitelet hos sekkedyrlarver, har vi ingen indikasjon på at gendupliseringen var nødvendig for den evolusjonære opprinnelsen til epitelet.

Normalt er homeobox gener konserverte gener som har endret seg lite over tid, fordi de styrer meget viktige og veltilpassede funksjoner. Et eksempel er gener som kontrollerer utviklingen av bilaterale dyr, slik at det dannes en hode- og en haleende og en venstre og en høyreside. Men i noen tilfeller har funksjonen til homeobox gener utviklet seg uavhenging hos forskjellige organismegrupper, noe som igjen fører til endringer i kroppsplanen hos enkelte arter, og dermed ulikheter mellom artene. Våre observasjoner viser at denne typen endringer kan oppstå dersom mønsteret for hvordan konserverte gener uttrykkes, blir modifisert. 

Personalia:

Yana Mikhaleva, (f.1979) er født og oppvokst i Russland, hvor hun i 2002 fullførte mastergraden innen fysiologi/utviklingsbiologi ved Lomonosov Universitet i Moskva. Deretter flyttet hun til Norge for å jobbe som forskningsassistent ved Sarssenteret, UiB. Doktorgradsarbeidet ble utført i perioden 2005-2016 under veiledning av professor Daniel Chourrout ved Sarssenteret og professor Hee-Chan Seo ved Molekylærbiologisk institutt, UiB.