Entschlüsselung der genetischen Grundlage der funktionellen Kleptoplastie in "solarbetriebenen" marinen Schnecken

„Solarbetriebene“ Meeresschnecken sind faszinierend! Sie gehören zur Gruppe der Sacoglossa (Heterobranchia) und haben die Fähigkeit, Chloroplasten aus ihren Nahrungsalgen aufzunehmen. Diese „gestohlenen“ Plastiden (Kleptoplasten) werden dann in den Verdauungsdrüsenzellen der Nacktschnecken gespeichert und bleiben im Inneren der Schnecke fotosynthetisch aktiv. Dieses Phänomen wird als funktionelle Kleptoplastie bezeichnet und wurde bisher nur bei Tieren aus der Gruppe der Sacoglossa und bei einigen marinen Plattwürmern beobachtet. Bislang ist die genetische Grundlage, die diese Lebensweise ermöglicht, nur unzureichend verstanden.

Unser Projekt umfasst die funktionelle Bewertung der DNA-Methylierung während des Lebenszyklus von Elysia timida, die Chloroplasten der Grünalge Acetabularia acetabulum bis zu 6 Monate einlagern kann.  Epigenetische Mechanismen regulieren die Interpretation der genetischen Information und passen die Genexpressionsmuster an veränderte Entwicklungs- oder Umweltbedingungen an. Bislang wurden mehrere epigenetische Mechanismen identifiziert, wobei die DNA-Cytosin-Methylierung das am besten untersuchte und möglicherweise wichtigste epigenetische Merkmal ist. In diesem Projekt werden wir Genexpressions- und DNA-Methylierungsmuster in frisch geschlüpften Individuen, die noch keine Chloroplasten eingelagert haben, mit denen von adulten Individuen, die Chloroplasten mit ihrer Nahrung bereits eingelagert haben, vergleichen. Durch die Analyse von experimentellen Zeitreihen wird dieses Projekt die erste hochauflösende Charakterisierung von DNA-Methylierungsmustern und Genexpression in einer „solarbetriebenen“ Meeresschneckenart darstellen, um die grundlegende Rolle dieser epigenetischen Markierung im Stamm der Mollusken zu verstehen (einschließlich einer Untersuchung der Beziehung zwischen Genexpression und DNA-Methylierung) und um potenzielle Gene zu identifizieren, die für den erfolgreichen Einbau von Chloroplasten wichtig sind.

Außerdem ist bekannt, dass Schnecken aus der Gruppe der Sacoglossa Sekundärmetaboliten aus ihren Futteralgen einbauen, um für Fressfeinde ungenießbar zu werden (Kleptochemie). In den letzten Jahren wurde eine Reihe strukturell unterschiedlicher γ-Pyron-haltiger Polypropionate aus dieser Gruppe isoliert. Viele dieser Metaboliten besitzen ein komplexes strukturelles Gerüst und weisen interessante biologische Aktivitäten auf.  Hierbei  arbeiten wir eng mit dem LOEWE TBG Programmbereich Naturstoffgenomik zusammen (Prof. Dr. Eric Helfrich).