Die Evolution der Farbmuster bei Danio-Arten

Ein gemeinsames Merkmal von Farbmustern bei basalen Wirbeltieren scheint die schichtweise Anordnung der Pigmentzellen in der Haut zu sein: Xanthophoren befinden sich typischerweise in der äußersten Schicht, Iridophoren in der mittleren und Melanophoren in der inneren Schicht. Wir gehen davon aus, dass der Ursprung, die Abstammung und die Ausbreitung der Stammzellen, wie sie in unseren Klonanalysen gezeigt wurden, wahrscheinlich ein allgemeiner Mechanismus ist, der allen Fischen und vielleicht allen basalen Wirbeltieren gemeinsam ist.

Bei anderen Danio-Arten sind die Farbmuster auf den Flanken und den Flossen erstaunlich unterschiedlich. Hybriden zwischen Zebrabärblingen und anderen Arten sind lebensfähig und zeigen ein dem Zebrabärbling sehr ähnliches Muster. Wir haben Zuchtkolonien für Danio kyathit (Muster ähnlich wie beim Zebrafisch, aber mit Erythrophoren), Danio aesculapii (vertikale Melanophorenbalken), Danio albolineatus (fast kein Muster) und Danio choprae (vertikale Melanophorenbalken ähnlich wie bei D.aesculapii) eingerichtet und mit genomischen Ansätzen begonnen, um die ursächlichen Allele zu identifizieren, die für die Musterabweichungen zwischen diesen eng verwandten Arten verantwortlich sind. Mit Hilfe der CRISPR/Cas9-Technologie haben wir Funktionsverlustmutationen in den Genen erzeugt, die für die einzelnen Chromatophorentypen autonom benötigt werden, wie z. B. nacre/MitfA, pfeffer/Csfr und shady/Ltk. Wir haben damit begonnen, chimäre Tiere durch Blastomer-Transplantationen zu erzeugen, um das Potenzial einzelner Chromatophoren zur Integration in bestehende Muster aufzudecken und das Ausmaß und die Art der Interaktion zwischen den Chromatophoren im Vergleich zu Zellen aus D. rerio aufzuzeigen.

Wir wollen die Gene identifizieren, die der morphologischen Evolution zugrunde liegen, indem wir das genetische Instrumentarium für die Musterbildung zwischen verschiedenen Danio-Arten vergleichen. In einem ersten Schritt erzeugen wir Mutationen in Genen, von denen bekannt ist, dass sie an direkten zellulären Kontakten im Zebrafisch beteiligt sind. Die mutierten Phänotypen werden wichtige Informationen über die Rolle dieser zellulären Interaktionen bei der Entstehung der verschiedenen Muster liefern. Wir werden auch das CRISPR/Cas9-System verwenden, um allele Varianten von anderen Arten in Zebrafische zu übertragen und umgekehrt, um zu sehen, ob und wie das Streifenmuster moduliert werden kann.

Wir werden auch ganze Genomsequenzen in Kombination mit Exom- und Transkriptomdaten für verschiedene Danio-Arten analysieren. Die Sequenzvergleiche werden dazu beitragen, Regionen zu identifizieren, die wahrscheinlich einer diversifizierenden Selektion unterliegen und für die Unterschiede in den Phänotypen eng verwandter Arten verantwortlich sein könnten; sie könnten die Identifizierung noch unbekannter Komponenten ermöglichen

Unterstützt durch 2016 ERC Advanced Grant Daniopattern.

Das Projekt wurde vom Europäischen Forschungsrat (ERC) im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizont 2020 der Europäischen Union gefördert (Finanzhilfevereinbarung Nr. 69 42 89).