Dokument: Die Regulation des geschlechtsspezifischen Spleißens des Am-doublesex Gens in der Honigbiene Apis mellifera und dessen Funktion bei der kastenspezifischen Morphogenese
| Titel: | Die Regulation des geschlechtsspezifischen Spleißens des Am-doublesex Gens in der Honigbiene Apis mellifera und dessen Funktion bei der kastenspezifischen Morphogenese | |||||||
| Weiterer Titel: | Regulation of the sex-specific splicing of the Am-doublesex gene in the honeybee Apis mellifera and its role in caste-specific morphogenesis | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=54326 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20201113-110655-9 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Roth, Annika [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Beye, Martin [Gutachter] Prof. Dr. Rose, Laura [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | In der Geschlechtsbestimmungskaskade der Honigbiene Apis mellifera ist dem initialen Signal csd direkt fem untergeordnet. Durch geschlechtsspezifisches Spleißen entstehen in Männchen und Weibchen unterschiedliche fem-Transkripte. Das ausschließlich in Weibchen vorhandene Fem-Protein induziert das weibchenspezifische Spleißen von Am-dsx. Für die Bildung des weiblichen Am-dsxTranskripts ist Fem-Protein notwendig. Am-Tra2-Protein hat in Kombination mit Fem eine steigernde Wirkung auf die Bildung weibchenspezifischer Am-dsx-Transkripte. Am-Tra2 alleine ist dazu nicht ausreichend, weshalb Fem und Am-Tra2 miteinander interagieren, um das weibchenspezifische Spleißen von Am-dsx zu induzieren. Das geschlechtsspezifische Spleißen von Am-dsx führt zur Bildung männchen- und weibchenspezifischer Am-Dsx-Proteine, die als Transkriptionsfaktoren wirken und durch die Erzeugung unterschiedlicher Genaktivitäten strangabwärts gelegener Gene den männlichen oder weiblichen Entwicklungsweg einleiten. Das weibliche Am-dsxTranskript entsteht durch Exoninklusion des weibchenspezifischen Am-dsx Exon 5. Zur Induktion dieser Exoninklusion sind vier Sequenzmotive aus sechs Nukleotiden zwischen 90 und 180 bp strangaufwärts des Exon 5-Spleißdonors essentiell. Diese Sequenzmotive aktivieren Fem/Am-Tra2-abhängig das Spleißen am Exon 5Spleißakzeptor, der sich ca. 700 bp strangaufwärts befindet. Diese molekularen Mechanismen konnten mittels eines in vivo Spleißassays in Schmetterlingszellen (Sf21-Zellen) und mit Hilfe des FLIM-FRET-Verfahrens nachgestellt beziehungsweise nachgewiesen werden. Der Stellenwert von fem und Am-dsx bei der nahrungsabhängigen Kastendifferenzierung in der Honigbiene wurde mit Hilfe der CRISPR/Cas9-Methode nachgewiesen. Die Reproduktionsorgane von Honigbienenarbeiterinnen sind im Vergleich zu denen von Königinnen verkleinert. Diese Größenreduktion wird durch Arbeiterinnen-spezifisches Futter vermittelt und findet nur in Weibchen statt. Die durch Futter vermittelte Kastendifferenzierung wird durch das Fem-Protein in das genetische Geschlechtsbestimmungssignal integriert. Weibchenspezifisches AmDsx-Protein ist essentiell für die Differenzierung der weiblichen Reproduktionsorgane, nicht jedoch für die Bildung sekundärer Geschlechtsmerkmale am Kopf. Im Gegensatz zu Fem hat Am-Dsx keinen Einfluss auf die durch das Arbeiterinnenfutter vermittelte Größenreduktion der weiblichen Reproduktionsorgane. Daher kann hier gezeigt werden, dass Am-dsx die weibliche Entwicklung untergeordnet oder parallel zur Größenentwicklung der weiblichen Reproduktionsorgane steuert. Die hier verwendete somatische Mutationsmethode erlaubt die Darstellung durch Genmanipulation erzeugter morphologischer Merkmale in hocheffizienter Weise direkt in der injizierten Generation. Da keine Mosaike erzeugt werden, ermöglicht sie genetische Screens am Individuum ohne die Notwendigkeit weiterer Kreuzungsexperimente oder großformatiger Laborkolonien.In the sex determination cascade of the honeybee (Apis mellifera), the feminizer (fem) gene is located directly downstream of the complementary sex determiner (csd) gene, the initial signal. The csd gene in males and females induces splicing of the fem transcripts sex-specifically. A functional Fem protein is thereby only produced in females. This Fem protein mediates female specific splicing of doublesex (dsx) together with another protein, the Transformer2 (Tra2). The sex-specific splicing of dsx transcripts produces Dsx proteins with distinct peptides at its N-terminus. However, the molecular regulation of dsx splicing was so far unknow. Here, we further studied the molecular mechanism using cell based splice assays and mini gene constructs. We detected that the female dsx transcript is built via inclusion of the female specific dsx exon 5. Exon 5 inclusion via Fem and Tra2 proteins required four motifs consisting of six nucleotides, which are located between 90 and 180 bp upstream of the exon 5 splice donor site. These motifs are essential for Fem/Tra2-dependent activation of the about 700 bp upstream located exon 5 splice acceptor site. These findings provided evidence that the molecular mechanism that activates female-specific dsx splicing has diverged to known mechanism in Drosophila melanogaster.
Highly social insects have caste dimorphism with size reduction of reproductive organs in the sterile worker caste compared to those in reproductive queens. Current models propose that in honeybees caste differentiation is nutrition-mediated. In this study we examined these models in the honeybee using a novel somatic mutation approach and worker nutrition rearing experiments. With the help of the CRISPR/Cas9 method we examined the role of fem and dsx in nutrition-dependent caste differentiation. Worker nutrition-mediated size reduction of reproductive organs in worker bees was depending on fem but not on dsx gene. Female Dsx protein was essential for differentiation of female reproductive organs, but did not required for secondary sexual female traits of the head. Therefore dsx controls female differentiation downstream or in parallel with nutrition-mediated size reduction of reproductive organs in workers. The new somatic mutation approach which I have introduced with this study, allows the generation of genetically manipulated honeybees with morphological traits directly in the injected generation. Due to the high efficiency with nearly no mosaics this method enables genetic screens without the necessity of further crossing experiments and the maintenance of hundreds of colonies in the laboratory. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Genetik | |||||||
| Dokument erstellt am: | 13.11.2020 | |||||||
| Dateien geändert am: | 13.11.2020 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 21.08.2019 | |||||||
| Datum der Promotion: | 17.07.2020 |
