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Forschungsarbeit

Genetics and physiology of the circadian system in Neurospora crassa wild-type isolates

Von Tanja Radic (20.03.2013)

Die astronomische Interaktion zwischen Erde, Sonne und Mond erzeugt vier zeitliche Strukturen: Die Gezeiten (12,5 Stunden), den Tag (24 Stunden), den Mondzyklus (28,5 Tage) und das Jahr (365,25 Tage). Sie werden intern durch biologische Uhren repräsentiert, die es dem Organismus ermöglichen, seine Fitness zu erhöhen, indem regelmäßige Veränderungen innerhalb der Umwelt-Rhythmen antizipiert werden können. Der 24 Stunden-Tag wird durch die zirkadiane Uhr repräsentiert, welche Physiologie, Metabolismus und Verhalten auf allen Ebenen des Organismus kontrolliert. Nachdem zirkadiane Uhren interne Tage erzeugen, die oft länger oder kürzer als 24 Stunden sind, müssen sie aktiv an den Licht-Dunkel-Zyklus angepasst werden, welches an sich von der Jahreszeit (kurze Wintertage vs. lange Sommertage) und dem Breitengrad abhängt. Weil biologische Uhren einen Bezug zu Fitness haben, werden sie vornehmlich auch zu Untersuchungen geographischer Adaption verwendet.

Der Ascomycet Neurospora crassa produziert asexuelle Sporen unter zirkadianer Kontrolle, und seine Uhr hat viele Ähnlichkeiten mit der von Wirbellosen und Wirbeltieren. So wurde N. crassa durch das Studium von Mutanten ein wertvolles Modellsystem für die Erforschung der molekularen Mechanismen der zirkadianen Uhr. Um den Einfluss von Umweltfaktoren auf die Uhr-Evolution zu studieren, sind verschiedene Wildtyp-Stämme von großem Wert. Das Ziel dieser Arbeit war es, mögliche genetische und physiologische Unterschiede im zirkadianen System nach der geographischen Herkunft der wilden N. crassa -Stämme zu identifizieren. Wilde Neurospora-Stämme wurden in der ganzen Welt gesammelt. Dennoch ist die phylogenetische Verwandtschaft einiger Stämme noch unbekannt. Ihre Beziehung ist jedoch wichtig, um genetische und physiologische Ergebnisse zu verstehen. Der erste Teil dieser Arbeit hatte das Ziel, die Verwandtschaftsverhältnisse zu klären. Die Ergebnisse zeigten, dass die meisten europäischen Stämme zu Clade B und die Karibik-Stämme zu Clade A gehörten. Die Stämme aus Thailand und Pakistan bildeten eine eigene Gruppe, jedoch muss ihre genaue phylogenetische Verwandtschaft noch ermittelt werden. Da der italienische Stamm eine Ausnahme war (Clade A), weist er auf einen menschlichen Einfluss auf die Verteilung von N. crassa-Stämmen hin.

[Bildunterschrift / Subline]: Here you can see the bands. A six-pack race tubes, which are used to measure internal circadian clock of Neurospora crassa. The circadian clock is represented by asexual spore production so-called bands.

Die genetischen Unterschiede zwischen den Stämmen wurden an KandidatenRegionen des white collar-1 (wc-1)-Gens und des frequency (frq)- Promotors untersucht. White collar-1 und frequency sind zentrale Komponenten des zirkadianen Rückkopplungsmechanismus von Neurospora. Die phylogenetischen Gruppen von diesen beiden Kandidaten-Regionen konnten nicht assoziiert werden, weder mit der Clade-Klassifizierung noch mit der geographischen Verteilung der Stämme. So könnten jeweils unterschiedliche Selektionsdrücke auf die neutralen Marker (verwendet für die Klassifizierung von Clades) beziehungsweise auf die Uhr-Gene gewirkt haben.

Physiologische Unterschiede im zirkadianen Verhalten (asexuelle Sporenbildung) wurden unter verschiedenen Entrainment-Bedingungen untersucht, da spezifische Anpassungen in Bezug auf natürliche Licht-und Temperatur-Perioden auftreten können. Keine Korrelation konnte zwischen der freilaufenden Periode (FRP) bzw. der Phase des Entrainment und der geographischen Breite gefunden werden, was darauf hindeutet, dass die Merkmale FRP und Phase nicht von Umweltbedingungen selektiert werden. Darüber hinaus waren die zirkadianen Phänotypen aller wilden N. crassa-Stämme unabhängig von ihrer phylogenetischen Verwandtschaft oder ihrer geografischen Herkunft, ähnlich, mit der bemerkenswerten Ausnahme von vier europäischen Stämmen. Dies wirft die interessante Frage auf, wie sich diese phylogenetisch und geographisch unterschiedlichen Phänotypen, die sehr ähnlich in ihrem zirkadianen Verhalten sind, entwickelt haben könnten.


Tanja Radic
* 1983

Wissenschaftlicher Werdegang
  • seit 01/2012
  • Post-doc: Adolf-Butenandt-Institut, Abteilung für Molekularbiologie, LMU. (Functional analysis of histone variants during normal and malignant hematopoiesis.)
  • 09/2007 - 10/2008
  • Dr.rer.nat: Institut für Medizinische Psychologie, Chronobiologie, LMU (Genetics and physiology of the circadian system in Neurospora crassa wild-type isolates)
  • 10/2005 - 07/2007
  • Master of science in Molecular Biology: University of Padua, Italien

Veröffentlichungen
  • 2012
  • Radic, T., Gastaldello, S., Diegmann, J., and Roenneberg, T. (2012) Phylogenetic analysis of additional Neurospora crassa isolates. Fungal Genetics Reports, 59, p. 13-20.
  • 2010
  • Roenneberg, T., Radic, T., Gödel, M., and Merrow, M. (2010) Seasonality and Photoperiodism in Fungi, Chapter 7 in Nelson, Denlinger, and Somers (Eds) Photoperiodism: The Biological Calendar, Oxford University Press