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Evolution and development of cephalopod appendages

Nödl, Marie-Therese (2015) Evolution and development of cephalopod appendages.
Dissertation, University of Vienna. Fakultät für Lebenswissenschaften
BetreuerIn: Müller, Gerd
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URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-30326.01451.976453-8

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Abstract in English

Appendages are outgrowths from a primary body axis, which show a more or less conspicuous proximal-distal axis. Despite great differences in form and function between appendage types, comparative studies have revealed intriguing similarities in the gene regulatory networks governing the formation of arthropod and vertebrate paired appendages. However, recent data suggests the independent evolution of lophotrochzoan appendages and the absence of a conserved genetic limb program outside the ecdysozoan and chordate superphyla. In this dissertation I used the cephalopod arm crown as a lophotrochozoan model to study whether shared molecular mechanisms in appendage patterning do exist throughout the animal kingdom. In order to understand the basis of cephalopod arm crown formation I examined the morphological formation of the cephalopod arm crown during embryogenesis using the Hawaiian bobtail squid Euprymna scolopes as a model system. Furthermore, I investigated the expression and possible function of five E. scolopes specific wnt genes during arm crown formation. Wnt signaling has been shown to be a key regulatory pathway involved in arthropod and chordate appendage outgrowth and patterning. My results show that the morphological formation of the cephalopod appendages occurs during distinct phases, which include outgrowth, elongation, and tissue differentiation. The latter commences in a gradient from proximal to distal, while cell proliferation becomes restricted to the distal-most end of the arm. Similarly, Esc-wnt expression is mostly confined to the proximal base and distal tip of the arm, which may suggests an involvement in appendage outgrowth and tissue differentiation. Furthermore, shifts of individual wnt genes seem to have contributed to the diversification of the cephalopod arm crown. My results support the idea that shared molecular mechanisms may exist on the very basis of early outgrowth and proximal-distal patterning of appendages regardless of their identity.

Schlagwörter in Englisch

evolution / development / appendages / cephalopods / wnt signaling

Abstract in German

Extremitäten sind Auswüchse aus einer primären Körperachse, die eine mehr oder weniger offensichtliche proximal-distal Achse vorweisen. Trotz großer Unterschiede in Form und Funktion von Extremitäten wurden verblüffende Ähnlichkeiten in den Genregulationssignalwegen festgestellt, die der Entwicklung der Arthropoden- und Vertebratengliedmaßen zugrunde liegen. Im Gegensatz dazu deuten neue Studien darauf hin, dass die Extremitäten der Lophotrochozoen unabhängig von denen der Ecdysozoen und Chordaten entstanden sind und der Extremitätenevolution kein allgemeines genetisches Programm zugrunde liegt. In meiner Dissertation verwende ich die Armkrone der Cephalopoden als Modell für Lophotrochozoen - Gliedmaßen um zu untersuchen ob dennoch gemeinsame molekulare Mechanismen im gesamten Tierreich existieren, die der Entwicklung von Körperanhängen zugrunde liegen. Um einen Einblick in die Armentwicklung der Cephalopoden zu bekommen, habe ich zuerst die morphologische Entwicklung der Armkrone untersucht und dabei die hawaiianische Stummelschwanzsepie Euprymna scolopes als Modellsystem verwendet. Weiters habe ich die Expression und mögliche Funktion von fünf E. scolopes spezifischen wnt Genen während der Armentwicklung erforscht. Der Wnt Signalweg ist einer der Hauptregulationssignalwege, der am Auswuchs und der Entwicklung von Arthropoden- und Chordatengließmaßen beteiligt ist. Meine Ergebnisse zeigen, dass die morphologische Entwicklung der Cephalopodenarme in drei eigenständigen Phasen abläuft, welche den Armauswuchs, die Armverlängerung und Gewebedifferenzierung umfassen. Letztere beginnt in einem Gradienten von proximal zu distal, während die Zellproliferation auf die distale Spitze beschränkt ist. Gleichermaßen ist die Expression der wnt Gene hauptsächlich auf die proximale Armbasis und die distale Armspitze beschränkt, was eine Funktion während Auswuchs und Gewebedifferenzierung des Armes vermuten lässt. Weiters scheinen örtliche Verlagerungen von wnt Genen zur Diversifikation der Cephalopodenarmkrone beigetragen zu haben. Diese Resultate unterstützen die Hypothese, dass gemeinsame molekulare Mechanismen existieren, die im gesamten Tierreich an Auswuchs und proximal-distal Achsenbildung von Gliedmaßen beteiligt sind.

Schlagwörter in Deutsch

Evolution / Entwicklung / Extremitäten / Cephalopoden / Wnt Signalweg

Item Type: Hochschulschrift (Dissertation)
Author: Nödl, Marie-Therese
Title: Evolution and development of cephalopod appendages
Subtitle: the Wnt pathway in the origin of the arm crown novelty
Umfangsangabe: v, 122 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Institution: University of Vienna
Faculty: Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw.
Universitätslehrgang (ULG):
Dr.-Studium der Naturwissenschaften Zoologie (Stzw)
Publication year: 2015
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Müller, Gerd
Assessor: Bonnaud, Laure
2. Assessor: De Couet, Heinz Gert
Classification: 42 Biologie > 42.23 Entwicklungsbiologie
AC Number: AC13006491
Item ID: 40101
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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