Evolution of light detection in chordates

Abstract

1 Abstrakt Vnímání světla je jednou ze základních vlastností živočichů. Světelné signály jsou pro ně důležité např. pro udržování cirkadiárních rytmů, regulaci rozmnožovacích cyklů, provedení změn v pigmentaci a pravděpodobně nejdůležitěji ze všeho pro vidění. Většina zvířat vnímá světlo za pomocí opsinů, členů proteinové superrodiny G protein spřažených receptorů. Kopinatec je zástupcem bezlebečných, nejbazálnějšího podkmene strunatců. Díky jejich fylogenetické pozici, morfologii a fyziologii se bezlebeční stali nejlépe použitelným modelovým organizmem pro porozumění evoluce obralovců a jejich specifických znaků. Během svého vývoje kopinatec vykazuje mnoho různorodých reakcí na světlo. Tato dizertační práce se zabývá studiem světločivných orgánů a opsinů v kopinatci. Do větší hloubky je zde probrán repertoár opsinových genů ve dvou druzích kopinatce, kopinatci floridském (Branchiostoma floridae) a kopinatci plžovitém (Branchiostoma lanceolatum) a jejich porovnání zejména s opsiny v obratlovcích. Dále jsou prezentována data ukazující pozoruhodnou podobnost na úrovni genové exprese mezi vizuálním orgánem kopinatce, tzv. předním okem, a neurony a pigmentovým epitelem v oku obratlovců. Tato data potvrzují dlouho předpokládanou homologii mezi předním okem kopinatce a okem obratlovců. Celkově předložená...

Light detection is one of the crucial abilities of all animals. The light cues are important e.g. for maintaining of circadian rhythms, regulation of spawning cycles, changes of pigmentation and arguably most importantly for vision. Most animals detect light by opsins, members of the G protein coupled receptors superfamily. Amphioxus belongs to earliest branching chordate clade, cephalochordates. Thanks to their phylogenetic position, physiology and morphology, cephalochordates became the most relevant model organism for understanding the evolutionary origins of vertebrate specific traits. Amphioxus evince various reactions to light throughout its development. In the presented thesis light detecting systems of amphioxus were studied thoroughly. More specifically characterization of the opsin gene repertoire of two amphioxus species Branchiostoma floridae and Branchiostoma lanceolatum and their comparison with opsins from other animals is presented. In addition, remarkable similarity on the gene expression level between one of amphioxus visual organs, so called frontal eye, and neurons and retinal pigmented epithelium in vertebrate retina was shown. These data confirm the long time ago proposed homology between amphioxus frontal eye and vertebrate lateral eyes. Taken together all the presented data...