title: Gene expression and development in cephalopod eyes
Creators: name: Koller, David
Publisher: name: :none
Year: 2023

description: Die Augen von Kalmaren, Oktopoden und Sepien gelten als Lehrbuchbeispiele für evolutionäre Konvergenz, da sie auffallend denen der Wirbeltiere ähneln. Aus diesem Grund sind Studien zum Sehvermögen und zur Photorezeption der Kopffüßer für ein breites Publikum relevant. Vorherige Studien zeigten, dass Gene wie Pax6 und einige opsin-codierende Gene evolutionär hochkonserviert sind und selbst in weitschichtig verwandten Bilateria ähnliche Rollen spielen. In dieser Masterarbeit werden Gene identifiziert und charakterisiert die für photosensitive Proteine sowie Reflectine codieren. Via In-situ-Hybridisierungs-Experimente wurden die Expressionsmuster von fünf Genen (Rhodopsin, Xenopsin, Retinochrom und zwei für Reflectine codierende Gene) in sich entwickelnden Embryos des Zwergkalmaren Xipholeptos notoides visualisiert. Die In-situ-Hybridisierungs-Experimente haben gezeigt, dass Rhodopsin nicht nur in der Retina von X. notoides exprimiert wird, sondern auch in den Riechorganen und den dorsalen parolfaktorischen Vesikeln, einer Apomorphie der Kopffüßer. Die beiden Reflectin-Gene werden in den Augen und ebenfalls in den Riechorganen exprimiert. Diese Ergebnisse untermauern vorherige Studien, welche Opsine in Transkriptomen von Augen und extraokulären Geweben diverser Cephalopoden nachweisen konnten. Die Expression von Rhodopsin, Xenopsin, Retinochrom und der beiden Reflectin-Gene in den Riechorganen ist eine Erkenntnis, die bisher nicht beschrieben wurde. In anderen Organismen wurde gezeigt, dass Retinochrom- und Rhodopsin-Proteine obligatorisch miteinander assoziiert sind, da beide Moleküle für die Isomerisierung von Retinal aufeinander angewiesen sind. Zusätzlich konnte in dieser Masterarbeit Retinochrom in der Retina und in den Riechorganen von X. notoides detektiert werden. Diese Studie zeigt zahlreiche neue Expressionsdomänen für opsin-codierende Gene in Organen, die bisher nicht mit Photorezeption assoziiert wurden. Dies suggeriert, dass entweder Opsine nicht nur in der Photorezeption involviert sind oder Organe wie etwa die Riechorgane zur Photorezeption fähig sind.
description: The eyes of squids, octopuses, and cuttlefish are a textbook example for evolutionary convergence, due to their striking similarity to those of vertebrates. For this reason, studies on cephalopod vision and photoreception are of importance for a broader audience. Previous studies showed that genes such as Pax6, or certain opsin-encoding genes, are evolutionarily highly conserved and play similar roles during ontogenesis in remotely related bilaterians. In this Master thesis, genes are identified and characterized which encode photosensitive proteins and reflectins. Via in situ hybridization experiments the expression patterns of five candidate genes including Rhodopsin, Xenopsin, Retinochrome and two Reflectin genes have been visualized in developing embryos of the pygmy squid Xipholeptos notoides. In situ hybridization experiments revealed that Rhodopsin is not only expressed in the retina of X. notoides, but also in the olfactory organ and the dorsal parolfactory vesicles, a cephalopod apomorphy. The two Reflectin genes are expressed in the eyes and in the olfactory organ. These findings corroborate previous studies that found opsins in the transcriptomes of the eyes and several extraocular tissues of various cephalopods. Expression of Rhodopsin, Xenopsin, Retinochrome and the two Reflectin genes in the olfactory organ is a finding that has not been described yet. In other organisms, it has been shown that retinochrome and rhodopsin proteins are obligatorily associated with each other as both molecules rely on each other for retinal isomerisation. In addition, Retinochrome was detected in the retina of X. notoides and in the olfactory organ. This study shows numerous new expression domains for opsin encoding genes in organs that have not been associated with photoreception before that suggest that either opsins may not only be involved in photoreception or organs such as the olfactory organ are involved in photoreception.