Opis projektu
Mechanizmy molekularne zegarów księżycowych
Organizmy żywe są wyposażone w zegar biologiczny, który pozwala im dostosowywać swoje zachowanie i funkcje do regularnych zmian zachodzących w środowisku. Mechanizm dwudziestoczterogodzinnego rytmu dobowego został dobrze zbadany na poziomie molekularnym, jednak mechanizmy rytmu rocznego, zegara pływów czy zegara księżycowego są w dużym stopniu nieznane. Zespół finansowanego ze środków UE projektu EVOCLOCK chce zidentyfikować mechanizmy zegara księżycowego u owada wodnego z gatunku Clunio marinus. Organizm ten synchronizuje swój cykl reprodukcyjny z fazą najniższego poziomu wód w czasie odpływu w trakcie pełni oraz nowiu Księżyca. Obserwacje gatunków C. marinus o różnych zegarach księżycowych mogą pomóc badaczom w zidentyfikowaniu ich mechanizmów regulacyjnych. Celem projektu jest opracowanie narzędzi do manipulowania mechanizmami regulacyjnymi C. marinus na poziomie molekularnym oraz scharakteryzowanie repertuaru genów, elementów układu nerwowego oraz receptorów zaangażowanych w fazy pływów i Księżyca.
Cel
Circalunar clocks are endogenous biological clocks, which allow organisms to time development and reproduction to lunar phase. They are common in marine organisms, but their molecular basis is still entirely unknown. Candidate gene approaches have failed so far. In the marine midge Clunio marinus (Diptera: Chironomidae), I can elegantly overcome this problem by exploiting an array of local genetic adaptations in circalunar timing. Through evolutionary analysis, QTL mapping and genome screens my group currently produces evidence-based circalunar candidate genes without any need for prior knowledge or assumptions.
In this ERC proposal, I aim to take this work to the next level and identify the molecular and cellular basis of circalunar clocks. I will establish molecular tools for Clunio and use them to confirm and characterize circalunar clock candidate genes. Specifically, I aim to: (WP1) Establish genome editing and confirm candidate genes via knockout and allelic replacement. (WP2) Study gene expression modules across the lunar cycle and identify the transcriptional regulators that exert circalunar control on development and maturation. (WP3) Describe Clunio’s larval nervous system and trace circalunar clock sensory input pathways to their convergence point. This will identify the cellular substrate of the circalunar clock. (WP4) Settle the on-going debate on the role of circadian clocks in circalunar timing. I will particularly study the role of the famous period gene.
In the future, this molecular endeavour will also boost evolutionary work: Clunio will provide insights into fundamental questions, such as the role of genome architecture in local adaptation. But immediately, unravelling the molecular basis of circalunar clocks will be a breakthrough in chronobiology. It will inspire new ideas and experiments. Comparing circalunar to circadian clocks, we will for the first time be able to see basic principles in the molecular design of biological clocks.
Słowa kluczowe
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-STG - Starting GrantInstytucja przyjmująca
80539 Munchen
Niemcy