Comparative transcriptomics of the skin in the white and black olm (Proteus anguinus) : M. Sc. thesis

Valenčič, Meta (avtor), Kostanjšek, Rok (mentor), Recknagel, Hans (komentor)

Reduced pigmentation is a hallmark of cave-modified organisms; however, the underlying evolutionary mechanisms are not completely understood yet. The white and the black olm (Proteus anguinus anguinus/parkelj) are ideal subjects to study this phenomenon, as they are closely related and the former displays reduced skin pigmentation, whereas the latter exhibits darkly pigmented, melanized skin. Since anatomical and biochemical studies conducted thus far have not been able to fully explain the mechanisms behind the difference in their pigmentation, we decided to explore the genetic, evolutionary, and histological aspects of this phenomenon using comparative transcriptomics and RNA fluorescence in situ hybridization (RNA-FISH). Differential gene expression analysis showed that genes involved in pigment synthesis were less expressed in the skin of the white olm compared to the black olm. Furthermore, alternative splicing and isoform switch analysis identified increased expression of a nonfunctional isoform in the white olm relative to the black olm in the bloc1s6 gene, which might potentially block melanosome biogenesis in melanophores of the white olm. Through variant calling analysis of the transcriptomic data, nucleotide sequences of both lineages were compared, and potential relaxed purifying selection was detected among core melanogenesis genes. Among the differentially expressed genes, the tyrosinaserelated protein 1 (tyrp1) was chosen as a target for RNA-FISH for visual localisation of the melanogenesis in the olm’s skin. The presence of tyrp1 mRNA was confirmed inside pigment cells of the black olm, but not in the white olm, suggesting downregulation of melanogenesis in the skin of the white olm. Despite identified opportunities for methodological improvement, we successfully elucidated the genetic background and evolutionary mechanisms underlying reduced pigmentation in the skin of the white olm, which, in combination with the localisation of melanogenesis in the olm’s skin, provide an important step toward understanding the processes driving this universal trait of cave animals.

• Jezik: Angleški jezik
• Ključne besede: comparative transcriptomics, melanogenesis, Proteus anguinus, troglomorphy
• Vrsta gradiva: Magistrsko delo/naloga
• Tipologija: 2.09 - Magistrsko delo
• Organizacija: BF - Biotehniška fakulteta
• Status publikacije: Objavljeno
• Različica publikacije: Objavljena publikacija
• Kraj izida: Ljubljana
• Založnik: M. Valenčič
• Leto izida: 2026
• Št. strani: 1 spletni vir (1 datoteka PDF (XXI, 88, [15] str.))
• PID: 20.500.12556/RUL-189725
• UDK: 597.92:591.176(043.2)
• COBISS.SI-ID: 300779267
• Datum objave v RUL: 14.10.2026

Sekundarni jezik

• Jezik: Slovenski jezik
• Naslov: Primerjalna transkriptomika kože belega in črnega močerila (Proteus anguinus) : magistrsko delo

Izvleček

Zmanjšana obarvanost kože je ena od prepoznavnih značilnosti jamskih organizmov, vendar evolucijski mehanizmi, ki do nje privedejo, še niso popolnoma razjasnjeni. Beli in črni močeril v tem pogledu predstavljata idealen par subjektov, saj sta ozko sorodna in se med drugim razlikujeta v obarvanosti kože. Beli močeril ima zmanjšano obarvanost značilno za jamske organizme, črni pa temno obarvanost, značilno za površinske organizme. Ker anatomske in biokemijske raziskave doslej še niso uspele razložiti vzroka manjše obarvanosti kože belega močerila, smo se odločili uporabiti pristop primerjalne transkriptomike in RNA fluorescenčne in situ hibridizacije (RNAFISH), da bi pripomogli k razumevanju genetskega, evolucijskega in anatomskega ozadja te lastnosti pri belem močerilu. Analiza diferencialnega izražanja genov je pokazala, da so bili geni, vključeni v sintezo pigmenta, manj izraženi v koži belega močerila v primerjavi s črnim močerilom. Analiza alternativnega izrezovanja genov in preklopa izoblik je pokazala, da ima nefunkcionalna izoblika gena bloc1s6 v koži belega močerila relativno večje izražanje v primerjavi s črnim močerilom, kar bi lahko zavrlo biogenezo melanosomov v melanoforah. Z uporabo zaznavanja genetskih različic s pomočjo transkriptomskih podatkov smo primerjali nukleotidna zaporedja izraženih genov in zaznali potencialno sproščeno stabilizirajočo selekcijo pri genih, ključnih za melanogenezo. Med diferencialno izraženimi geni smo izbrali gen tyrp1 in njegovo mRNA uporabili kot tarčo za lokalizacijo sinteze melanina v koži močerila z metodo RNA-FISH. Prisotnost mRNA tyrp1 smo potrdili le v pigmentnih celicah črnega, ne pa tudi belega močerila, kar nakazuje na zmanjšano izražanje genov melanogeneze v pigmentnih celicah slednjega. Kljub prepoznanim možnostim za metodološke izboljšave uporabljenih pristopov, smo v nalogi uspešno osvetlili genetske in evolucijske mehanizme zmanjšane obarvanosti kože močerila. Ti, v kombinaciji z lokalizacijo melanogeneze v njegovi koži, pomembno prispevajo k celostnemu razumevanju mehanizmov zmanjšane obarvanosti kože kot univerzalne lastnosti jamskih živali.

• Ključne besede: primerjalna transkriptomika, melanogeneza, Proteus anguinus, troglomorfija, magistrska dela