Factors determining the adult body plan in the hemimetabolan embryogenesis

Abstract

The idea of this work has been to identify factors that determine the adult body plan in hemimetabolan embryogenesis, using the cockroach Blattella germanica as model. Comparative genomics studies pointed to three factors in this regard: DNMT1, Zelda and E93. We found that DNMT1 (DNA methyltransferase 1) methylates DNA, which is crucial for early embryo development. Moreover, methylated genes are expressed at high levels and less variably. Zelda activates the expression of zygotic genes in the maternal-to-zygotic transition (MZT), and is required for proper embryogenesis, especially for abdomen morphogenesis. E93 is key for activating the zygotic genome during the MZT, which is crucial for germ band formation and for the adultoid nymph morphogenesis. E93 is expressed during embryogenesis of B. germanica, but not in the holometabolan Drosophila melanogaster. Data suggest that this could be general in hemimetabolans and holometabolans, respectively. If E93 determines the nymphal genetic program in the hemimetabolan embryo, we speculate that the loss of expression of this gene in the holometabolan embryo would have facilitated the implementation of a larval genetic program, and the evolution of holometaboly.

La idea d’aquest treball ha estat identificar factors que determinin el pla corporal de l’adult durant l’embriogènesi hemimetàbola, utilitzant com a model la panerola Blattella germanica. Els estudis de genòmica comparativa van indicar tres factors al respecte: DNMT1, Zelda i E93. Hem trobat que la DNMT1 (DNA metiltransferasa 1) metila el DNA, la qual cosa és crucial al principi del desenvolupament embrionari. A més, els gens metilats s’expressen a nivells més alts i de manera menys variable. Zelda activa l’expressió dels gens zigòtics durant la transició maternal a zigòtica (MZT), i és necessària per a la correcta embriogènesi, especialment per a la morfogènesi de l’abdomen. E93 és clau per activar el genoma zigòtic durant la MZT, la qual cosa és crucial per a la formació de la banda germinal i per a la morfogènesi de la nimfa adultoide. E93 s’expressa durant l’embriogènesi de B. germanica, però no a l’holometàbol Drosophila melanogaster. Les dades suggereixen que això podria ser general en hemimetàbols i holometàbols, respectivament. Si E93 determina el programa genètic nimfal a l’embrió hemimetàbol, pensem que la pèrdua d’expressió d’aquest gen a embrions holometàbols hauria facilitat la implementació d’un programa genètic larvari i l’evolució de l’holometabolia.