Molecular and behavioral study of the FoxP locus in Drosophila melanogaster

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	25 February 2021
Referee:	Prof. Dr. Björn Brembs
Date of exam:	12 February 2021
Institutions:	Biology, Preclinical Medicine > Institut für Zoologie > Neurogenetik (Prof. Dr. Björn Brembs)
Keywords:	Drosophila, FoxP, CRISPR/Cas9, Neurogenetics, Behaviour
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 500 Natural sciences & mathematics 500 Science > 590 Zoological sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	45065

Abstract (English)

The human FOXP2 gene has been identified as a key component for the development of language. Such vocal learning is a form of motor learning that proceeds slowly from babbling in toddlers (or subsong in zebra finches) towards fluent speech in adults (or crystallized song in zebra finches). This particular learning process can be conceptualized as operant self-learning, in which the organism ...

Abstract (English)

The human FOXP2 gene has been identified as a key component for the development of language. Such vocal learning is a form of motor learning that proceeds slowly from babbling in toddlers (or subsong in zebra finches) towards fluent speech in adults (or crystallized song in zebra finches). This particular learning process can be conceptualized as operant self-learning, in which the organism learns the correct actions only by evaluating the outcomes of its previous behavior, in the absence of other sensory cues. In the fruit fly Drosophila, the dFoxP orthologue has been shown to also be involved in operant self-learning of yaw torque (attempted rotations around the vertical body axis) in tethered flies, an experiment conceptually analogous to vocal learning. However, despite those findings, the expression, function and mechanisms of action of dFoxP remain to be elucidated. In this work, we thus generated four transgenic lines using the CRISPR/Cas9 technique to unravel the expression pattern of FoxP and its function in locomotor behavior and object fixation. We find that the different FoxP isoforms are expressed in neurons, but not in glia and that those isoforms are differentially expressed. Furthermore, we detect FoxP expression in, e.g., the protocerebral bridge, the fan shaped body and in motorneurons, but not in the mushroom bodies. Finally, we discover that FoxP expression during development, but not adulthood, is required for normal locomotion and landmark fixation in walking flies

Translation of the abstract (German)

Das humane FOXP2-Gen wurde als Schlüsselkomponente für die Entwicklung der Sprache identifiziert. Ein solches vokales Lernen ist eine Form des motorischen Lernens, das langsam vom Plappern bei Kleinkindern (oder Untergesang bei Zebrafinken) zu fließendem Sprechen bei Erwachsenen (oder kristallisiertem Lied bei Zebrafinken) übergeht. Dieser spezielle Lernprozess kann als operantes Selbstlernen ...

Translation of the abstract (German)

Das humane FOXP2-Gen wurde als Schlüsselkomponente für die Entwicklung der Sprache identifiziert. Ein solches vokales Lernen ist eine Form des motorischen Lernens, das langsam vom Plappern bei Kleinkindern (oder Untergesang bei Zebrafinken) zu fließendem Sprechen bei Erwachsenen (oder kristallisiertem Lied bei Zebrafinken) übergeht. Dieser spezielle Lernprozess kann als operantes Selbstlernen konzipiert werden, bei dem der Organismus die richtigen Handlungen nur durch Bewertung der Ergebnisse seines vorherigen Verhaltens ohne andere sensorische Hinweise lernt. Bei der Fruchtfliege Drosophila wurde gezeigt, dass das dFoxP-Ortholog auch am operanten Selbstlernen des Gierdrehmoments (versuchte Rotationen um die vertikale Körperachse) bei angebundenen Fliegen beteiligt ist, ein Experiment, das konzeptionell analog zum Vokallernen ist. Trotz dieser Ergebnisse müssen Expression, Funktion und Wirkmechanismen von dFoxP noch geklärt werden. In dieser Arbeit haben wir daher vier transgene Linien unter Verwendung der CRISPR / Cas9-Technik erzeugt, um das Expressionsmuster von FoxP und seine Funktion im Bewegungsverhalten und in der Objektfixierung zu entschlüsseln. Wir finden, dass die verschiedenen FoxP-Isoformen in Neuronen, aber nicht in Glia exprimiert werden und dass diese Isoformen unterschiedlich exprimiert werden. Darüber hinaus detektieren wir die FoxP-Expression beispielsweise in der protozerebralen Brücke, dem fächerförmigen Körper und in Motorneuronen, jedoch nicht in den Pilzkörpern. Schließlich stellen wir fest, dass die FoxP-Expression während der Entwicklung, jedoch nicht im Erwachsenenalter, für eine normale Fortbewegung und die Fixierung von Orientierungspunkten bei Lauffliegen erforderlich ist

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