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Dissecting the molecular mechanism of the KLMT-1/KSS-1 TA element in the nemtaode C. tropicalis
Daniel Ciro Krogull
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Genetik und Entwicklungsbiologie
Betreuer*in
Alejandro Burga
DOI
10.25365/thesis.70814
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-11264.27590.346562-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Egoistische genetische Elemente sind genomische Regionen, die ihre eigene Übertragung fördern, obwohl sie neutral oder sogar schädlich für das Individuum sind. Toxin-Antidot (TA) -Elemente sind eine Klasse egoistischer Elemente, die eine Verzerrungen in der Segregation verursachen und die Mendelschen Segregationsgesetze untergraben. TA-Elemente umfassen zwei eng miteinander verbundene Gene: ein Toxin und sein verwandtes Gegenmittel. Das Toxin wird in einem Gameten (entweder Eizelle oder Sperma) exprimiert, während das Gegenmittel nur zygotisch exprimiert wird. In einem TA-Element mit maternaler Wirkung wird das Toxin vor der Befruchtung unabhängig von ihrem Genotyp in allen Eizellen abgelagert. Nur Embryonen, die mindestens eine Kopie des TA-Elements erben, können das Gegenmittel exprimieren und der tödlichen Wirkung des Toxins entgegenwirken. Somit kann ein einzelnes TA-Element mit maternaler Wirkung bei bis zu 25% der F2-Nachkommen embryonale Letalität verursachen und homozygote Nicht-Träger selektiv eliminieren (Abb. 1). Auf diese Weise breiten sich TA-Elemente schnell in natürlichen Populationen aus, ein Phänomen, das als Gen-Drive-Aktivität bekannt ist.
TAs sind bei Prokaryoten häufig, bei Tieren sind jedoch nur wenige Beispiele bekannt. Seit fast einem Jahrzehnt wurden nur zwei TAs bei Tieren präpariert, ein väterlich wirkendes Element in C. elegans und ein mütterlich wirkendes Element im Käfer Tribolium (1,2). Kürzlich haben wir fünf neuartige TA-Elemente mit maternaler Wirkung in C. tropicalis identifiziert, die mithilfe von Near-Isogenic Lines (NILs) eingehend charakterisiert wurden. Leider sind die molekularen Grundlagen aller bekannten eukaryotischen TAs noch weitgehend unbekannt, was unser Verständnis dieser Klasse egoistischer Elemente einschränkt.
Um den molekularen Mechanismus von TA-Elementen zu untersuchen, habe ich mich auf eines der fünf kürzlich in C. tropicalis entdeckten TA-Elemente konzentriert, das klmt-1/kss-1 genannt wird. In dieser Arbeit gebe ich erste Einblicke in das Expressionsmuster, die subzelluläre Lokalisation und die Protein-Protein-Interaktionen der klmt-1/kss-1 TA in vivo. Zusätzlich untersuche ich die Spezifität der KLMT-1-Toxizität in C. elegans und Saccharomyces cerevisiae.
Abstract
(Englisch)
Selfish genetic elements are genomic regions that promote their own transmission despite being neutral or even harmful to the individual. Toxin-antidote (TA) elements are a class of selfish elements that cause post-segregation distortion, subverting the Mendelian laws of segregation. TA elements comprise two tightly linked genes: a toxin and its cognate antidote. The toxin is expressed in a gamete (either oocyte or sperm) whereas the antidote is only zygotically expressed. In a maternal-effect TA element, the toxin is deposited into all the oocytes prior to fertilization irrespective of their genotype. However, only embryos that inherit at least one copy of the TA element can express the antidote and counteract the deadly effect of the toxin. Thus, a single maternal-effect TA element can cause embryonic lethality in up to 25% of the F2 progeny and selectively eliminate homozygous non-carriers (Fig. 1). In this way, TA elements quickly spread in natural populations, a phenomenon known as gene drive activity.
TAs are common in prokaryotes, but only a few examples are known in animals. For almost a decade, only two TAs have been dissected in animals, a paternal-effect element in Caenorhabditis elegans and a maternal-effect element in the beetle Tribolium (1)(2). Recently, we identified five novel maternal-effect TA elements in Caenorhabditis tropicalis that were characterized in depth using Near-Isogenic Lines (NILs). Unfortunately, the molecular underpinnings of all known eukaryotic TAs are still largely unknown, which limits our understanding of this class of selfish elements.
To investigate the molecular mechanism of TA elements, I focussed on one of the five TA elements recently discovered in C. tropicalis which is called klmt-1/kss-1. In this thesis, I provide first insight into the expression pattern, subcellular localization and protein-protein interactions of the klmt-1/kss-1 TA in in vivo. Additionally, I investigate the specificity of KLMT-1 toxicity in C. elegans and Saccharomyces cerevisiae.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
selfish genetic element toxin-antidote maternal-effect TA
Schlagwörter
(Deutsch)
Egoistische genetische Elemente Toxin-Antidot Element TA-Element mit maternaler Wirkung
Autor*innen
Daniel Ciro Krogull
Haupttitel (Englisch)
Dissecting the molecular mechanism of the KLMT-1/KSS-1 TA element in the nemtaode C. tropicalis
Paralleltitel (Deutsch)
Analyse des molekularen Mechanismus des KLMT-1/KSS-1 TA-Elements in der Nemtaode C. tropicalis
Publikationsjahr
2021
Umfangsangabe
74 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Alejandro Burga
AC Nummer
AC16516986
Utheses ID
61250
Studienkennzahl
UA | 066 | 877 | |