Transcriptome analysis of the short-lived fish Nothobranchius furzeri

Petzold, Andreas

Altersforschung wird erschwert durch die lange Lebensspanne der verwendeten Modellorganismen. Der türkise Prachtgrundkärpfling Nothobranchius furzeri hat die kürzeste Lebensspanne, die je für Wirbeltiere in Gefangenschaft ermittelt wurde. Weiterhin zeigen Populationen aus Gebieten mit verschiedenen klimatischen Bedingungen große Unterschiede, welche auch bei den abgeleiteten Laborstämmen beobachtet werden können Daher eignet sich N. furzeri als Modellorganismus für die Altersforschung. Das erste Ziel dieser Arbeit war, einen umfassenden Katalog aller Transkripte der Protein-kodierenden Gene von N. furzeri zu erstellen. Dafür wurden 13 cDNA-Banken mit Sanger, 454/Roche und Solexa/Illumina sequenziert. Insgesamt 47 Gb an Sequenzdaten wurden erzeugt. Der resultierende Transkriptkatalog enthält Sequenzen für 19.875 Proteinkodierende Gene, davon 71% mit dem vollständigen Proteinkodierenden Bereich. Der zweite Teil dieser Arbeit beschreibt Untersuchungen zu Veränderungen der Genexpression in alternden N. furzeri. Dabei wurden junge und alte N. furzeri des Laborstammes GRZ sowie des Laborstammes MZM-0403, welcher fast doppelt so alt wie GRZ wird, mittels RNA-seq untersucht. Es konnten in Gehirn und Haut 86 Gene mit signifikanten Veränderungen in der Expressionshöhe nachgewiesen werden. Diese spielen dabei eine Rolle in biologischen Prozessen mit bekanntem Alternsbezug. Für eine große Zahl (41%) dieser Gene konnten zudem ähnliche Veränderungen auch im alternden Zebrafisch nachgewiesen werden. Der Vergleich der Veränderungen zwischen den beiden Stämmen legt nahe, dass der Alterungsprozess in GRZ schneller verläuft als in MZM-0403. Zusammengefasst habe ich in dieser Arbeit einen umfassenden N. furzeri Transkriptkatalog erstellt und erste Einblicke in die Veränderungen der Genexpression alternder N. furzeri gegeben.

Age research is hindered by the long lifespan of the current vertebrate model organisms. The African killifish Nothobranchius furzeri has the shortest lifespan recorded for vertebrates in captivity. Furthermore, populations living in regions with different climatic conditions show large differences in lifespan, and derived strains maintain these differences even in captivity. For these reasons, N. furzeri has been established as a new model organism for age research. The first aim of this thesis was to build a comprehensive transcript catalogue of protein-coding N. furzeri genes. To this end, Sanger, 454/Roche and Solexa/Illumina sequencing was used to sequence 13 cDNA libraries from different transcriptomes, yielding 46 Gb sequence data. Assembly and annotation resulted in a transcript catalogue containing transcript contigs for 19,875 protein-coding genes, thereof 71% with a complete coding sequence. The second aim was to study gene expression changes in ageing N. furzeri. A RNA-seq experiment was conducted to study transcript levels in brain and skin of young and old fish of the strains GRZ and MZM-0403, which differ in lifespan by 100%. Eighty-six differentially expressed genes were detected, which play a role in several ageing-relevant processes. A significant fraction (41%) of the N. furzeri genes was also found to be differentially regulated in ageing zebrafish, thus confirming their relevance in ageing. Finally, comparisons of fold changes of the two strains suggested that ageing is accelerated in the short-lived N. furzeri strain GRZ, compared to the longer-lived strain MZM-0403. In summary, in this thesis, I describe the development of a comprehensive, annotated N. furzeri transcript catalogue and give first insights into transcriptome-wide changes during N. furzeri ageing.

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Petzold, Andreas: Transcriptome analysis of the short-lived fish Nothobranchius furzeri. 2014.

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