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Genetik pp 565-654 | Cite as

Entwicklungsgenetik

Part of the Springer-Lehrbuch book series (SLB)

Überblick

Die Genetik hat in den letzten Jahren zu großen Fortschritten im Verständnis der molekularen Grundlagen von Entwicklungsprozessen beigetragen. So ist es bei Arabidopsis, Drosophila, Caenorhabditis und einigen anderen Organismen gelungen, durch die Untersuchung von Mutanten den Mechanismus der Embryonalentwicklung zumindest in seiner allgemeinen Grundlage zu verstehen: Sie wird durch ein hierarchisches System von Genen gesteuert. Für die Anfangsschritte sind an frühen Differenzierungsschritten des Drosophila-Embryos DNA-bindende Transkriptionsfaktoren und RNA-bindende Regulationsproteine beteiligt, die die Aktivität nachgeordneter Gene regulieren. Nukleinsäurebindende Proteine spielen als molekulare Signale (Morphogene) für die Determination der Achsen des Embryos eine wichtige Rolle. So wird die Grundlage für die beiden embryonalen Achsen (anterior -posterior und dorsal -ventral) bereits während der Oogenese gelegt. Das sich entwickelnde Ei erhält eine positionelle Information in seinem Cytoplasma. Diese Information besteht aus mRNA-Molekülen, die nach der Befruchtung im frühen Embryo translatiert werden und Proteine bilden, die durch ihre asymmetrische Lokalisation im Eiperiplasma und durch Diffusion Gradienten ausbilden. Durch unterschiedliche Konzentrationen solcher Proteine in verschiedenen Bereichen des Embryos kommt es zur unterschiedlichen Regulation der Aktivität funktionell untergeordneter Proteine. In vereinfachter Form können wir also sagen, dass lokalisiert auftretende Transkriptionsfaktoren eine differenzielle Genaktivität in unterschiedlichen Bereichen des Embryos induzieren, die zu weiterer zellulärer Differenzierung führt. Die Unterordnung von Genregulationsprozessen und von Genfunktionen im Embryo unter gemeinsame Kontrollmechanismen, die durch lokalisierte Verteilung von Regulationsmolekülen bereits während der Oogenese festgelegt werden, zeigt an, dass eine morphologische Kontinuität der Organismen über die Generationen hinweg besteht.

Die Untersuchungen von Entwicklungsprozessen an Tieren und Pflanzen deuten darauf hin, dass die molekularen Grundprinzipien von Determinations- und Differenzierungsprozessen evolutionär sehr alt sind. Es zeichnet sich damit nach der Erkenntnis, dass Vererbungsprozesse bei allen Organismen nach den gleichen Grundprinzipien erfolgen, auch ab, dass zelluläre Differenzierung bei allen lebenden Organismen auf ähnlichen molekularen Grundlagen erfolgt. Es gehört zu den überraschenden Befunden der molekularen Genetik, dass eine ganz unerwartet große Anzahl von Genen mit grundlegenden Funktionen in der Zelldifferenzierung und Zellfunktion evolutionär über alle höheren Organismen hinweg erhalten geblieben sind.

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Kapitel 13 Entwicklungsgenetik

  1. Adams MD, Celniker SE, Holt RA et al. (2000) The genome sequence of Drosophila melanogaster. Science 287: 2185–2195CrossRefPubMedGoogle Scholar
  2. Ankeny RA (2001) The natural history of Caenorhabditis elegans research. Nat Rev Genet 2: 474–479CrossRefPubMedGoogle Scholar
  3. Baker WJJ, Allen GE (1981) The Study of Biology, 4th edn. Addison-Wesley, ReadingGoogle Scholar
  4. Belote JM (1992) Sex determination in Drosophila melanogaster: from the X:A ratio to double sex. In: Seminars in Developmental Biology, vol 3. Academic Press, New York, pp 319–330Google Scholar
  5. Blair SS (1999) Drosophila imaginal disc development: patterning the adult fly. In: Russo VEA, Cove DJ, Edgar LG, Jaenisch R, Salamini (eds): Development. Springer, Berlin Heidelberg New York, pp 347–370Google Scholar
  6. Bopp D, Bell LR, Cline TW, Schedl P (1991) Developmental distribution of female-specific Sex-lethal proteins in Drosophila melanogaster. Genes Dev 5: 403–415PubMedGoogle Scholar
  7. Brenner S (1974) The genetics of Caenorhabditis elegans. Genetics 77: 71–94PubMedGoogle Scholar
  8. Campos-Ortega JA, Hartenstein V (1985) The embryonic development of Drosophila. Springer, Berlin Heidelberg New York TokyoGoogle Scholar
  9. Chin-Sang ID, Chisholm AD (2000) Form of the worm: genetics of epidermal morphogenesis in C. elegans. Trends Genet 16: 544–551CrossRefPubMedGoogle Scholar
  10. Cline TW (1978) Two closely linked mutations in Drosophila melanogaster that are lethal to opposite sexes and interact with daughterless. Genetics 90: 683–698PubMedGoogle Scholar
  11. Cooley L, Verheyen E, Ayers K (1992) chickadee encodes a profilin required for intercellular cytoplasm transport during Drosophila oogenesis. Cell 69: 173–184CrossRefPubMedGoogle Scholar
  12. Copp AJ, Greene NDE, Murdoch JN (2003) The genetic basis of mammalian neurulation. Nat Rev Genet 4: 784–793CrossRefPubMedGoogle Scholar
  13. Driever W, Nüsslein-Volhard C (1989) The bicoid protein is a positive regulator of hunchback transcription in the early Drosophila embryo. Nature 337: 138–143CrossRefPubMedGoogle Scholar
  14. England MA (1990) A colour atlas of life before birth. Wolfe, LondonGoogle Scholar
  15. Favor J, Neuhäuser-Klaus A (2000) Saturation mutagenesis for dominant eye morphological defects in the mouse Mus musculus. Mamm Genome 11: 520–525CrossRefPubMedGoogle Scholar
  16. Gehring W (1972) The stability of the determined state in cultures of imaginal disks in Drosophila. In: Ursprung H, Nöthiger R (eds) Results and Problems in Cell Differentiation, vol 5. Springer, Berlin Heidelberg New York, pp 35–58Google Scholar
  17. Gilbert SF (1991) Developmental Biology, 3rd edn. Sinauer, SunderlandGoogle Scholar
  18. Glover DM (1991) Mitosis in the Drosophila embryo — in and out of control. Trends Genet 7: 125–132CrossRefPubMedGoogle Scholar
  19. Goldschmidt R (1945) The structure of Podoptera, a homeotic mutant in Drosophila melanogaster. J Morph 77: 71–103Google Scholar
  20. Granato M, Nüsslein-Volhard C (1996) Fishing for genes controlling development. Curr Opin Genet Dev 6: 461–468CrossRefPubMedGoogle Scholar
  21. Graw J (2003) The genetic and molecular basis of congenital eye defects. Nat Rev Genet 4: 876–888CrossRefPubMedGoogle Scholar
  22. Graw J, Löster J (2003) Developmental genetics in ophthalmology. Ophthal Genet 24: 1–33Google Scholar
  23. Graw J, Neuhäuser-Klaus A, Klopp N, Selby PB, Löster J, Favor J (2004) Genetic and allelic heterogeneity of Cryg mutations in eight distinct forms of dominant cataract in the mouse. Invest Ophthalmol Vis Sci 45: 1202–1213CrossRefPubMedGoogle Scholar
  24. Halder G, Callaerts P, Gehring WJ (1995) Induction of ectopic eyes by targeted expression of the eyeless gene in Drosophila. Science 267: 1788–1792PubMedGoogle Scholar
  25. Hartenstein V, Reh TA (2002) Homologies between vertebrate and invertebrate eyes. In: Moses K (ed) Drosophila Eye Development. Results and Problems in Cell Differentiation, vol 37. Springer, Berlin Heidelberg New York Tokyo, pp 220–255Google Scholar
  26. Hilscher W, Hilscher B (1990) Details of the female and the male pathway of the Keimbahn determined by enzyme histochemical and autoradiographic studies. Bas Appl Histochem 34: 21–34Google Scholar
  27. International Human Genome Sequencing Consortium (2001) Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature 409: 860–921Google Scholar
  28. Jiménez G, Guichet A, Ephrussi A, Casanova J (2000) Relief of gene expression by Torso RTK signaling: role of capicua in Drosophila terminal and dorsoventral patterning. Genes Dev 14: 224–231PubMedGoogle Scholar
  29. Johnston DS, Nüsslein-Volhard C (1992) The origin of patterns and polarity in the Drosophila embryo. Cell 68: 201–219CrossRefGoogle Scholar
  30. Johnston DS, Driever W, Berleth T, Richstein S, Nüsslein-Volhard C (1989) Multiple steps in the localization of bicoid mRNA to the anterior pole of the Drosophila oocyte. Development 107 (Suppl): 13–19Google Scholar
  31. Jorgensen EM, Mango SE (2002) The art and design of genetic screens: Caenorhabditis elegans. Nat Rev Genet 3: 356–369CrossRefPubMedGoogle Scholar
  32. Jürgens G (2001) Apical-basal pattern formation in Arabidopsis embryogenesis. EMBO J 20: 3609–3616PubMedGoogle Scholar
  33. Kessel M, Gruss P (1991) Homeotic transformation of murine vertebrae and concomitant alteration of Hox codes induced by retinoic acid. Cell 67: 89–104PubMedGoogle Scholar
  34. King RC (1970) Ovarian development in Drosophila. Academic Press, New YorkGoogle Scholar
  35. Kornfeld K (1997) Vulval development in Caenorhabditis elegans. Trends Genet 13: 55–61CrossRefPubMedGoogle Scholar
  36. Kratochvilova J, Ehling UH (1979) Dominant cataract mutations induced by γ-irradiation of male mice. Mutat Res 63: 221–223PubMedGoogle Scholar
  37. Lawrence PA (1992) The making of a fly. Blackwell Scientific Publ, OxfordGoogle Scholar
  38. Lawrence PA, Morata G (1976) Compartments in the wing of Drosophila. A study of the engrailed gene. Dev Biol 50: 321–337CrossRefPubMedGoogle Scholar
  39. Lenz W (1970) Medizinische Genetik, 2. Aufl. dtv und Thieme, StuttgartGoogle Scholar
  40. Leptin M, Grunewald E (1990) Cell shape changes during gastrulation in Drosophila. Development 110: 73–84PubMedGoogle Scholar
  41. Lyczak R, Gomes JE, Bowerman B (2002) Heads or tails: cell polarity and axis formation in the early Caenorhabditis elegans embryo. Dev Cell 3: 157–166CrossRefPubMedGoogle Scholar
  42. Mouse Genome Sequencing Consortium (2002) Initial sequencing and comparative analysis of the mouse genome. Nature 420: 520–562Google Scholar
  43. Müller WA, Hassel M (1999) Entwicklungsbiologie, 2. Aufl. Springer, Berlin Heidelberg New York TokyoGoogle Scholar
  44. Mullins MC, Nüsslein-Volhard C (1993) Mutational approaches to studying embryonic pattern formation in the zebrafish. Curr Opin Genet Dev 3: 648–654CrossRefPubMedGoogle Scholar
  45. Nakajima K, Benfey PN (2002) Signaling in and out: control of cell division and differentiation in the shoot and root. Plant Cell 14 (Suppl.): S265–S276PubMedGoogle Scholar
  46. Nöthiger R (1972) The larval development of imaginal disks. In: Ursprung H, Nöthiger R (eds) Results and Problems in Cell Differentiation, vol 5. Springer, Berlin Heidelberg New York, pp 1–34Google Scholar
  47. Page DR, Grossniklaus U (2002) The art and design of genetic screens: Arabidopsis thaliana. Nat Rev Genet 3: 124–136CrossRefPubMedGoogle Scholar
  48. Pankratz MJ, Jäckle H (1990) Making stripes in the Drosophila embryo. Trends Genet 6: 287–292CrossRefPubMedGoogle Scholar
  49. Rivera-Pomar R, Jäckle H (1996) From gradient to stripes in Drosophila embryogenesis: filling the gaps. Trends Genet 12: 478–483CrossRefPubMedGoogle Scholar
  50. Rose LS, Kemphues KJ (1998) Early patterning of the C. elegans embryo. Ann Rev Genet 32: 521–545PubMedGoogle Scholar
  51. Schulz C, Tautz D (1994) Autonomous concentration-dependent activation and repression of Krüppel by hunchback in the Drosophila embryo. Development 120: 3043–3049PubMedGoogle Scholar
  52. Schwarz-Sommer Z, Davis B, Hudson A (2003) An everlasting pioneer: the story of Antirrhinum research. Nat Rev Genet 4: 655–664CrossRefGoogle Scholar
  53. Sinclair AH, Berta P, Palmer MS et al. (1990) A gene from the human sex-determining region encodes a protein with homology to a conserved DNA-binding motif. Nature 346: 240–244CrossRefPubMedGoogle Scholar
  54. Sommerville C, Koornneef M (2002) A fortunate choice: the history of Arabidopsis as a model plant. Nat Rev Genet 3: 883–889Google Scholar
  55. Struhl G, Johnston P, Lawrence PA (1992) Control of Drosophila body pattern by the hunchback morphogen gradient. Cell 69: 237–249CrossRefPubMedGoogle Scholar
  56. Tariverdian G, Buselmaier W (2004) Humangenetik, 3. Aufl. Springer, Berlin Heidelberg New York TokyoGoogle Scholar
  57. The Arabidopsis Genome Initiative (2000) Analysis of the genome sequence of the flowering plant Arabidopsis thaliana. Nature 408: 796–815CrossRefGoogle Scholar
  58. The C. elegans Sequencing Consortium (1998) Genome sequence of the nematode C. elegans: a platform for investigative biology. Science 282: 2012–2018Google Scholar
  59. Tickle C (2002) Molecular basis of vertebrate limb patterning. Am J Med Genet 112: 250–255CrossRefPubMedGoogle Scholar
  60. Tsiantis M, Hay A (2003) Comparative plant development: the time of the leaf? Nat Rev Genet 4: 169–180CrossRefPubMedGoogle Scholar
  61. Venter JC, Adams MD, Myers EW et al. (2001) The sequence of the human genome. Science 291: 1304–1351CrossRefPubMedGoogle Scholar
  62. Vroemen C, Vries S de (1999) Flowering plant embryogenesis. In: Russo VEA, Cove DJ, Edgar LG, Jaenisch R, Salamini (eds): Development. Springer, Berlin Heidelberg New York, pp 121–132Google Scholar
  63. Weber H, Weidner H (1974) Grundriss der Insektenkunde, 5. Aufl. Fischer, StuttgartGoogle Scholar
  64. Weinberg E (1992) Analysis of early development in the zebrafish embryo. In: Henning W (ed) Early Embryonic Development of Animals. Results and problems in cell differentiation, vol 18. Springer, Berlin Heidelberg New York Tokyo, pp 91–150Google Scholar
  65. Wieschaus E, Nüsslein-Volhard C (1986) Looking at embryos. In: Robert DB (ed) Drosophila, a Practical Approach. IRL Press, OxfordGoogle Scholar
  66. Williams JA, Carroll SB (1993) The origin, patterning and evolution of insect appendages. BioEssays 15: 567–577CrossRefGoogle Scholar
  67. Younger-Shepherd S, Vaessin H, Bier E, Jan LY, Jan YN (1992) deadpan, an essential pan-neural gene encoding an HLH protein, acts as a denominator in Drosophila sex determination. Cell 70: 911–922CrossRefPubMedGoogle Scholar

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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1995

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