Fakultät für Biologie und Psychologie

Entwicklungsbiologie (Wimmer)

Phylogenetische Variabilität und Plastizität von Entwicklungsprozessen
Eine Schlüsselfrage der Entwicklungsbiologie ist, wie unterschiedliche Baupläne spezifiziert werden. Frühe entwicklungsbiologische Entscheidungen bestimmen das Koordinatensystem des Embryos und aktivieren die genetischen Netzwerke, die den tierischen Körper sequenziell unterteilen und regionalisieren. Für Insekten sind diese Netzwerke bisher nur bei Drosophila melanogaster im molekularen Detail bekannt. Insekten mit verschiedenartigen Lebenszyklen müssen jedoch unterschiedliche Reproduktionsstrategien durch die Anpassung der Regulationsnetzwerke innerhalb der Entwicklungsprogramme kompensieren. Daher müssen phylogenetische Unterschiede zwischen verschiedenartigen Spezies auch in den genetischen Schaltkreisen, die die Embryogenese steuern, manifestiert sein. Um die Plastizität früher Entwicklungsprozesse zu identifizieren, untersuchen wir ihre Konserviertheit sowie ihre Divergenz in einer Reihe unterschiedlicher Arthropoden. Entwicklungskontrollgene kodieren für Signaltransduktionsmoleküle sowie Transkriptionsfaktoren. Durch transgene und funktionell genomische Ansätze analysieren wir genetische Interaktionen innerhalb der Regulationsnetzwerke der frühen Embryonalentwicklung verschienartiger Arthropoden. Dies wird uns in dem Verständnis weiterhelfen, in wie weit die Evolution von Tieren auf Veränderungen in der Genregulation früher Musterbildungsprozesse basiert.


Biologie von Duft- (Stink-) und Wehrdrüsen
Käfer und Ameisen sind die bedeutendsten Prodozenten von abschreckenden und giftigen Verbindungen. Abwehrsekrete sind meist multifunktionell: als Repellent, Gift, Insektizid oder Antimikrobikum sind sie gegen eine Vielzahl verschiedener Zielorganismen gerichtet oder funktionieren als kochende Bombardierung bzw. als Tensid zur beschleunigten Fortbewegung auf dem Wasser. Gewöhnlich synthetisieren und lagern Coleopteren die Abwehrstoffe in komplexen Drüsen oder in der Hämolymphe und sondern diese durch Reflexbluten ab. Tribolium castaneum nutzt prothorakale und abdominale Duftdrüsen, um mittels großer Mengen an spezifischen quinon- und hydrocarbonhaltigen Abwehrsekreten das Mikroklima mit giftigen, abweisenden, bakterio- und fungistatischen Ölen anzureichern. Wir sind sowohl an der Entwicklung als auch an der biologischen Funktion dieser Drüsen interessiert. Wir wollen die Biosynthese und die kontrollierte Freisetzung der Wirk- und Signalstoffe sowie den Selbstschutz gegen die giftigen Substanzen auf molekularer Ebene verstehen lernen. Zudem werden wir die biologische und ökologische Funktion von vielen dieser Verbindungen nur in Verhaltenstests aufklären können, indem wir Käfer einsetzen, die bestimmte Komponenten nicht mehr produzieren können.


Entwicklung von biotechnologischer, ökologischer Schädlingsbekämpfung
Unsere Kenntnisse von Entwicklungsprozessen nutzen wir zur Entwicklung moderner Insektenbekämpfungsmethoden. Die gegenwärtigen Kontrollbemühungen stützen sich hauptsächlich auf Insektizide, aber die Kosten für die Entwicklung neuartiger Chemikalien, um das Problem der Insektizidresistenz zu überwinden, eskalieren. Genetische Kontrolle mittels der Sterilen-Insekten-Technik (SIT) nutzt die Freisetzung großer Mengen steriler Insektenmännchen, die zu fruchtlosen Paarungsereignissen führen und so eine Schädlingspopulation stark und nachhaltig reduzieren kann. Auf Grund der Artspezifität gilt die SIT als ökologisch sicheres Verfahren. Allerdings verringert die ionisierende Strahlung, die für die Sterilisierung eingesetzt wird, auch die Kompetitivität der sterilisierten Männchen. Zur Überwindung dieses Problems entwickeln wir biotechnologische Ansätze, um kräftige und potente sterile Männchen mittels konditionaler reproduktiver Sterilität zu generieren, welche auf embryonaler Letalität beruht. Zudem etablieren wir transgene Ansätze zur Verbesserung der Überwachung von SIT-Programmen und entwickeln Methoden, um die Stabilität von transposonvermittelten Transgeninsertionen mittels ortspezifischer Integration und molekularer Umlagerung durch ortsspezifische Rekombination zu erhöhen. Darüber hinaus entwickeln wir molekulare Werkzeuge, um transgene Ansätze in weiteren Nicht-Modellorganismen anwenden zu können.