Hox go omics: insights from Drosophila into Hox gene targets

Microarray analysis reveals hundreds of hitherto unsuspected Hox gene targets

A "morphogenetic action" principle for 3D shape formation by the growth of thin sheets

How does growth encode form in developing organisms? Many different spatiotemporal growth profiles may sculpt tissues into the same target 3D shapes, but only specific growth patterns are observed in animal and plant development. In particular, growth profiles may differ in their degree of spatial variation and growth anisotropy, however, the criteria that distinguish observed patterns of growth from other possible alternatives are not understood. Here we exploit the mathematical formalism of quasiconformal transformations to formulate the problem of "growth pattern selection" quantitatively in the context of 3D shape formation by growing 2D epithelial sheets. We propose that nature settles on growth patterns that are the 'simplest' in a certain way. Specifically, we demonstrate that growth pattern selection can be formulated as an optimization problem and solved for the trajectories that minimize spatiotemporal variation in areal growth rates and deformation anisotropy. The result is a complete prediction for the growth of the surface, including not only a set of intermediate shapes, but also a prediction for cell displacement along those surfaces in the process of growth. Optimization of growth trajectories for both idealized surfaces and those observed in nature show that relative growth rates can be uniformized at the cost of introducing anisotropy. Minimizing the variation of programmed growth rates can therefore be viewed as a generic mechanism for growth pattern selection and may help to understand the prevalence of anisotropy in developmental programs.Comment: 19 pages, 4 main text figures, 3 appendix figure

Regionalized tissue fluidization is required for epithelial gap closure during insect gastrulation

Many animal embryos pull and close an epithelial sheet around the ellipsoidal egg surface during a gastrulation process known as epiboly. The ovoidal geometry dictates that the epithelial sheet first expands and subsequently compacts. Moreover, the spreading epithelium is mechanically stressed and this stress needs to be released. Here we show that during extraembryonic tissue (serosa) epiboly in the insect Tribolium castaneum, the non-proliferative serosa becomes regionalized into a solid-like dorsal region with larger non-rearranging cells, and a more fluid-like ventral region surrounding the leading edge with smaller cells undergoing intercalations. Our results suggest that a heterogeneous actomyosin cable contributes to the fluidization of the leading edge by driving sequential eviction and intercalation of individual cells away from the serosa margin. Since this developmental solution utilized during epiboly resembles the mechanism of wound healing, we propose actomyosin cable-driven local tissue fluidization as a conserved morphogenetic module for closure of epithelial gaps

The genome of the crustacean Parhyale hawaiensis, a model for animal development, regeneration, immunity and lignocellulose digestion

The amphipod crustacean Parhyale hawaiensis is a blossoming model system for studies of developmental mechanisms and more recently regeneration. We have sequenced the genome allowing annotation of all key signaling pathways, transcription factors, and non-coding RNAs that will enhance ongoing functional studies. Parhyale is a member of the Malacostraca clade, which includes crustacean food crop species. We analysed the immunity related genes of Parhyale as an important comparative system for these species, where immunity related aquaculture problems have increased as farming has intensified. We also find that Parhyale and other species within Multicrustacea contain the enzyme sets necessary to perform lignocellulose digestion ('wood eating'), suggesting this ability may predate the diversification of this lineage. Our data provide an essential resource for further development of Parhyale as an experimental model. The first malacostracan genome will underpin ongoing comparative work in food crop species and research investigating lignocellulose as an energy source. DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.20062.00

The constitutional protection of labour (Article 22 § 1 (a) of the Constitution), in a period of economic crisis

The aim of the present thesis was the study of the constitutional provision of Article 22 § 1, in which the labour is enshrined, as a social right. The conditions of the survey dictated the adoption of the critical legal studies methodology, which was clearly reflected in the structure of the study: In a first part, labor was considered as a social phenomenon. Both the sociological aspects of the work and its historical depictions in modern times and especially in the modern Greek state, were studied. In a second part, the constitutional provision was approached, embedded in the wider constitutional framework, surrounding it, based on a systematic interpretation. The comparative method, as well as the inclusion of sources of international law, was important. In the third and final part, we examined the practical applications of the provision as they emerged from the case law. The main point of the study is that constitutional protection of labor as a right is to protect the standard of living in such a way that it permits the development of human personality within a particular social environment.Σκοπός της διατριβής ήταν η μελέτη της συνταγματικής διάταξης του άρθρου 22 § 1 εδ. α΄ Συντ., στην οποία κατοχυρώνεται η εργασία, ως κοινωνικό δικαίωμα. Οι δεδομένες συνθήκες της έρευνας, όπως αυτές εκτίθενται στο εισαγωγικό μέρος της διατριβής, υπαγόρευσαν την υιοθέτηση της κριτικής-διαλεκτικής μεθόδου, η οποία και αποτυπώθηκε ευκρινώς στη δομή της εργασίας: Σε ένα πρώτο μέρος, εξετάστηκε η εργασία ως κοινωνικό φαινόμενο. Μελετήθηκαν, συγκεκριμένα, τόσο οι κοινωνιολογικές πτυχές της εργασίας, όσο και οι ιστορικές αποτυπώσεις της στη σύγχρονη εποχή και ιδίως στο σύγχρονο ελληνικό κράτος. Σε ένα δεύτερο μέρος, η κρίσιμη διάταξη προσεγγίστηκε, ενταγμένη στο ευρύτερο συνταγματικό πλαίσιο, που την περιβάλλει, με βάση τη συστηματική ερμηνεία. Σημαντική ήταν, επίσης στο ίδιο μέρος, η συγκριτική μέθοδος, αλλά και η συμπερίληψη πηγών του διεθνούς δικαίου. Στο τρίτο και τελευταίο μέρος, εξετάστηκαν οι πρακτικές εφαρμογές της διάταξης, όπως αυτές προέκυψαν από τη νομολογία. Η βασική υπόθεση, γύρω από την οποία δομούνται οι επιμέρους σκέψεις της διατριβής αυτής, είναι ότι η συνταγματική κατοχύρωση της εργασίας και μάλιστα ως δικαιώματος, συνίσταται στην προστασία της βιοτικής υπόστασής του ανθρώπου κατά τρόπο που να του εξασφαλίζει την δυνατότητα ανάπτυξης της προσωπικότητας του μέσα στο συγκεκριμένο κοινωνικό περιβάλλον που διαβιεί. Περαιτέρω, η ρήτρα της πλήρους απασχόλησης οριοθετεί και περιορίζει τις επεμβάσεις της κρατικής εξουσίας στην αγορά εργασίας, εφόσον επιφέρουν, ως αποτέλεσμα, την –με μαζικούς όρους– αύξηση της ανεργίας και μείωση της απασχόλησης. Τέλος, η επιταγή της υλικής και ηθικής εξύψωσης των εργαζομένων, συνίσταται στην υποχρέωση του κράτους για βελτίωση των αποδοχών, αλλά και στην υποχρέωση για προστασία των άυλων αγαθών του εργαζομένου

Ανάπτυξη και Εφαρμογή της Διαγονιδιακής Τεχνολογίας στην Εξελικτική Αναπτυξιακή Βιολογία Αρθροπόδων

Molecular genetic analysis in model organisms, including nematodes ( Caenorhabditis), insects ( Drosophila) and vertebrates (mouse), have revealed that key aspects of body patterning are regulated by similar developmental genes and genetic circuits in these diverse animals. The developmental function and evolution of these conserved genes and regulatory pathways has provided a framework for studying morphological evolution. Arthropods (insects, crustacea, myriapods, chelicerates) are favored as testing ground for evolutionary-developmental comparisons, because of their incredible diversity, our in-depth knowledge of Drosophila and their relatively well-known phylogenies. Such studies have relied so far on the isolation and comparison of homologous genes and their expression patterns among different species, together with their functional comparison, albeit exclusively in Drosophila. This approach has produced valuable information concerning the molecular mechanisms that underlie morphological diversity. However, it does not allow functional analysis in non-model species, thus precluding the isolation of new genes or the identification of new gene functions. The establishment of broadly applicable genetic transformation systems allows manipulations in species, that have not been genetically tractable in the past. The first part of this thesis describes the application of transgenic technology to two non-model arthropod species, the red flour beetle Tribolium castaneum and, for the first time, to a crustacean species, the amphipod Parhyale hawaiensis. The genetic transformation of these species was achieved by using the transposable element Minos, combined with a set of versatile genetic tools including a selection of marker genes and transposase sources. A number of quantitative and qualitative parameters were examined, that confirmed the specificity of Minos transposition mechanism and its utility as a transformation vector. Although the protocols for microinjections and breeding varied considerably, depending on the lifestyle and mode of development of each organism, transformation efficiencies were high in both species. The second part of the thesis describes the use of transgenic technology for the functional comparison of cis-regulatory elements from the Drosophila Distal-less gene in Tribolium and Parhyale. Given that Distal-less displays a conserved role in the formation of animal limbs, this study aimed to decipher the molecular changes that are responsible for the evolution of arthropod limb number. In addition, the latter section describes the isolation and characterization of active cis-regulatory sequences from Parhyale hsp70 genes, that will be used in the near future to conditionally mis-express genes of interest in the amphipod.Μοριακές γενετικές μελέτες σε οργανισμούς-μοντέλα (ποντίκι, Drosophila, Caenorhabditis) φανέρωσαν ότι, παρά τις εκτεταμένες διαφορές στη μορφολογία τους, χτίζονται βάση κοινών αναπτυξιακών προγραμμάτων. Η ανακάλυψη αυτή έθεσε ένα πλαίσιο για τη μελέτη της εξέλιξης της μορφολογίας των οργανισμών μέσω της ανάλυσης της λειτουργίας και της εξέλιξης των συντηρημένων ρυθμιστικών γονιδίων και αναπτυξιακών μονοπατιών. Τα αρθρόποδα (έντομα, καρκινοειδή, μυριάποδα, χηληκερωτά) αποτελούν πρόσφορο πεδίο για την πραγματοποίηση εξελικτικών-αναπτυξιακών συγκρίσεων, χάρη στην τεράστια ποικιλομορφία τους, τις εκτεταμένες γνώσεις μας για τη Drosophila και τη σχετικά καλή κατανόηση των φυλογενετικών τους σχέσεων. Οι μελέτες αυτές συνίστανται συνήθως στην κλωνοποίηση ομόλογων γονιδίων, τη σύγκριση της αλληλουχίας και του προτύπου έκφρασής τους μεταξύ των οργανισμών και τη σύγκριση της λειτουργίας τους αποκλειστικά στη Drosophila. Η παραπάνω προσέγγιση έχει συνεισφέρει μέχρι τώρα σημαντικές πληροφορίες για τους μοριακούς μηχανισμούς που ευθύνονται για τη μορφολογική διαφοροποίηση των ζώων. Εντούτοις, δεν επιτρέπει την ανάλυση της γονιδιακής λειτουργίας σε μη μοντέλα-οργανισμούς και την αποκάλυψη νέων γονιδίων ή νέων γονιδιακών λειτουργιών. Ο περιορισμός αυτός μπορεί να ξεπεραστεί με τη βοήθεια της διαγονιδιακής τεχνολογίας, που βρίσκει πολλές εφαρμογές στη γενετική ανάλυση. Το πρώτο μέρος της παρούσας διατριβής πραγματεύεται την επέκταση της διαγονιδιακής τεχνολογίας σε δύο μη μοντέλα-αρθρόποδα, το κολεόπτερο έντομο (σκαθάρι) Tribolium castaneum, και το πρώτο καρκινοειδές που μετασχηματίζεται, το αμφίποδο Parhyale hawaiensis. Ο γενετικός μετασχηματισμός αυτών των ειδών επιτεύχθηκε με τη χρήση του μεταθέσιμου γενετικού στοιχείου Minos και με τη χρήση γενετικών εργαλείων (γονίδια διάκρισης, πηγές τρανσποζάσης) ευρείας εφαρμογής. Και στις δύο περιπτώσεις ελέγχθηκαν ποιοτικές και ποσοτικές παράμετροι που απέδειξαν την πιστότητα του μηχανισμού μετάθεσης του Minos και την πρακτικότητά του ως φορέα διαγονιδίων. Παρά τις εκτεταμένες τροποποιήσεις στα πρωτόκολλα μικροένεσης και καλλιέργειας των δύο οργανισμών, που ήταν απαραίτητες λόγω του διαφορετικού τρόπου ζωής και ανάπτυξής τους, οι συχνότητες μετασχηματισμού κυμάνθηκαν σε υψηλά επίπεδα και στα δύο είδη. Το δεύτερο μέρος της διατριβής πραγματεύεται την πρώτη εφαρμογή της παραπάνω τεχνολογίας για τη συγκριτική μελέτη της ενεργότητας cis-ρυθμιστικών αλληλουχιών του δροσοφιλικού γονιδίου Distal-less στο Tribolium και τον Parhyale. To γονιδίο Distal-less έχει έναν πολύ συντηρημένο ρόλο στην ανάπτυξη των εξαρτημάτων του σώματος και με την παραπάνω προσέγγιση επιχειρήθηκε η διελεύκανση των μοριακών αλλαγών, που ευθύνονται για την εξέλιξη του αριθμού των ποδιών μέσα στα αρθρόποδα. Τέλος, περιγράφεται η απομόνωση και ο χαρακτηρισμός cis-ρυθμιστικών περιοχών από γονίδια hsp70 του Parhyale, οι οποίες θα χρησιμοποιηθούν στο άμεσο μέλλον για τη λειτουργική ανάλυση αναπτυξιακών παραγόντων μέσω της εκτοπικής έκφρασής τους στο αμφίποδο

Establishment and applications of transgenic technology in evolutionary developmental biology of arthropods

Molecular genetic analysis in model organisms, including nematodes (Caenorhabditis), insects (Drosophila) and vertebrates (mouse), have revealed that key aspects of body patterning are regulated by similar developmental genes and genetic circuits in these diverse animals. The developmental function and evolution of these conserved genes and regulatory pathways has provided a framework for studying morphological evolution. Arthropods (insects, crustacea, myriapods, chelicerates) are favored as testing ground for evolutionary-developmentalcomparisons, because of their incredible diversity, our in-depth knowledge of Drosophila and their relatively well-known phylogenies. Such studies have relied so far on the isolation and comparison of homologous genes and their expression patterns among different species, together with their functional comparison, albeit exclusively in Drosophila. This approach has produced valuable information concerning the molecular mechanisms that underlie morphological diversity.However, it does not allow functional analysis in non-model species, thus precluding the isolation of new genes or the identification of new gene functions. The establishment of broadly applicable genetic transformation systems allows manipulations in species, that have not been genetically tractable in the past. The first part of this thesis describes the application of transgenic technologyto two non-model arthropod species, the red flour beetle Tribolium castaneum and, for the first time, to a crustacean species, the amphipod Parhyale hawaiensis. The genetic transformation of these species was achieved by using the transposable element Minos, combined with a set of versatile genetic tools including a selection of marker genes and transposase sources. A number of quantitative and qualitative parameters were examined, that confirmed the specificity of Minos transposition mechanism and its utility as a transformation vector. Although the protocols formicroinjections and breeding varied considerably, depending on the lifestyle and mode of development of each organism, transformation efficiencies were high in both species. The second part of the thesis describes the use of transgenic technology for the functional comparison of cis-regulatory elements from the Drosophila Distal-less gene in Tribolium and Parhyale. Given that Distal-less displays a conserved role in the formation of animal limbs, this study aimed to decipher the molecular changes that are responsible for the evolution of arthropod limb number. In addition, the latter section describes the isolation and characterization of active cis-regulatory sequences from Parhyale hsp70 genes, that will be used in the near future to conditionally mis-express genes of interest in the amphipod.Μοριακές γενετικές µελέτες σε οργανισµούς-µοντέλα (ποντίκι, Drosophila, Caenorhabditis) φανέρωσαν ότι, παρά τις εκτεταµένες διαφορές στη µορφολογία τους, χτίζονται βάση κοινών αναπτυξιακών προγραµµάτων. Η ανακάλυψη αυτή έθεσε ένα πλαίσιο για τη µελέτη της εξέλιξης της µορφολογίας των οργανισµών µέσω της ανάλυσης της λειτουργίας και της εξέλιξης των συντηρηµένων ρυθµιστικών γονιδίων και αναπτυξιακών µονοπατιών. Τα αρθρόποδα (έντοµα,καρκινοειδή, µυριάποδα, χηληκερωτά) αποτελούν πρόσφορο πεδίο για την πραγµατοποίηση εξελικτικών-αναπτυξιακών συγκρίσεων, χάρη στην τεράστια ποικιλοµορφία τους, τις εκτεταµένες γνώσεις µας για τη Drosophila και τη σχετικά καλή κατανόηση των φυλογενετικών τους σχέσεων. Οι µελέτες αυτές συνίστανται συνήθως στην κλωνοποίηση οµόλογων γονιδίων, τη σύγκριση τηςαλληλουχίας και του προτύπου έκφρασής τους µεταξύ των οργανισµών και τη σύγκριση της λειτουργίας τους αποκλειστικά στη Drosophila. Η παραπάνω προσέγγιση έχει συνεισφέρει µέχρι τώρα σηµαντικές πληροφορίες για τους µοριακούς µηχανισµούς που ευθύνονται για τη µορφολογική διαφοροποίηση των ζώων. Εντούτοις, δεν επιτρέπει την ανάλυση της γονιδιακής λειτουργίας σε µηµοντέλα-οργανισµούς και την αποκάλυψη νέων γονιδίων ή νέων γονιδιακών λειτουργιών. Ο περιορισµός αυτός µπορεί να ξεπεραστεί µε τη βοήθεια της διαγονιδιακής τεχνολογίας, που βρίσκει πολλές εφαρµογές στη γενετική ανάλυση. Το πρώτο µέρος της παρούσας διατριβής πραγµατεύεται την επέκταση της διαγονιδιακής τεχνολογίας σε δύο µη µοντέλα-αρθρόποδα, το κολεόπτερο έντοµο(σκαθάρι) Tribolium castaneum, και το πρώτο καρκινοειδές που µετασχηµατίζεται, το αµφίποδο Parhyale hawaiensis. Ο γενετικός µετασχηµατισµός αυτών των ειδών επιτεύχθηκε µε τη χρήση του µεταθέσιµου γενετικού στοιχείου Minos και µε τη χρήση γενετικών εργαλείων (γονίδια διάκρισης, πηγές τρανσποζάσης) ευρείας εφαρµογής. Και στις δύο περιπτώσεις ελέγχθηκαν ποιοτικές και ποσοτικές παράµετροι που απέδειξαν την πιστότητα του µηχανισµού µετάθεσης του Minosκαι την πρακτικότητά του ως φορέα διαγονιδίων. Παρά τις εκτεταµένες τροποποιήσεις στα πρωτόκολλα µικροένεσης και καλλιέργειας των δύο οργανισµών, που ήταν απαραίτητες λόγω του διαφορετικού τρόπου ζωής και ανάπτυξής τους, οι συχνότητες µετασχηµατισµού κυµάνθηκαν σε υψηλά επίπεδα και στα δύο είδη. Το δεύτερο µέρος της διατριβής πραγµατεύεται την πρώτη εφαρµογή της παραπάνω τεχνολογίας για τη συγκριτική µελέτη της ενεργότητας cis-ρυθµιστικώναλληλουχιών του δροσοφιλικού γονιδίου Distal-less στο Tribolium και τον Parhyale. To γονιδίο Distal-less έχει έναν πολύ συντηρηµένο ρόλο στην ανάπτυξη των εξαρτηµάτων του σώµατος και µε την παραπάνω προσέγγιση επιχειρήθηκε η διελεύκανση των µοριακών αλλαγών, που ευθύνονται για την εξέλιξη του αριθµού των ποδιών µέσα στα αρθρόποδα. Τέλος, περιγράφεται η αποµόνωση και οχαρακτηρισµός cis-ρυθµιστικών περιοχών από γονίδια hsp70 του Parhyale, οι οποίες θα χρησιµοποιηθούν στο άµεσο µέλλον για τη λειτουργική ανάλυση αναπτυξιακών παραγόντων µέσω της εκτοπικής έκφρασής τους στο αµφίποδο

Microarray expression profiling for identification of Hox downstream targets

<p><b>Copyright information:</b></p><p>Taken from "Hox go omics: insights from into Hox gene targets"</p><p>http://genomebiology.com/2007/8/3/208</p><p>Genome Biology 2007;8(3):208-208.</p><p>Published online 29 Mar 2007</p><p>PMCID:PMC1868944.</p><p></p> Hueber . [8] compared embryos overexpressing a control gene (blue) with embryos individually overexpressing various Hox genes (yellow). Hersh . [9] searched for targets of (green) in haltere imaginal discs by comparing their transcriptome with that of wing imaginal discs (gray)

Efficient transformation of the beetle Tribolium castaneum using the Minos transposable element: quantitative and qualitative analysis of genomic integration events.

Genetic transformation in insects holds great promise as a tool for genetic manipulation in species of particular scientific, economic, or medical interest. A number of transposable elements have been tested recently as potential vectors for transformation in a range of insects. Minos is one of the most promising elements because it appears to be active in diverse species and has the capacity to carry large inserts. We report here the use of the Minos element as a transformation vector in the red flour beetle Tribolium castaneum (Coleoptera), an important species for comparative developmental and pest management studies. Transgenic G(1) beetles were recovered from 32.4% of fertile G(0)'s injected with a plasmid carrying a 3xP3-EGFP-marked transposon and in vitro synthesized mRNA encoding the Minos transposase. This transformation efficiency is 2.8-fold higher than that observed when using a plasmid helper. Molecular and genetic analyses show that several independent insertions can be recovered from a single injected parent, but that the majority of transformed individuals carry single Minos insertions. These results establish Minos as one of the most efficient vectors for genetic transformation in insects. In combination with piggyBac-based transgenesis, our work allows the introduction of sophisticated multicomponent genetic tools in Tribolium