Dokument: Analyse der molekularen Grundlagen des männlichen Sozialverhaltens bei der Honigbiene Apis mellifera

Titel:	Analyse der molekularen Grundlagen des männlichen Sozialverhaltens bei der Honigbiene Apis mellifera
Weiterer Titel:	Molecular mechanisms underlying group-living behaviors of male honeybees
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=63128
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20240905-083604-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Köhnen, Sven [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 4,97 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 13.07.2023 / geändert 13.07.2023
Beitragende:	Prof. Dr. Beye, Martin [Gutachter] Prof. Dr. Rose, Laura [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Soziale Verhaltensweisen sind für das Überleben und den Erfolg sozialer Verbände von entscheidender Bedeutung, ihre molekularen Grundlagen sind jedoch weitgehend unbekannt. Die Honigbiene A. mellifera gilt vor allem wegen des großen Verhaltensrepertoires der sterilen Arbeiterinnen als Modellorganismus für soziales Verhalten. Aber auch die männlichen Drohnen sind an das Leben in einem sozialen Umfeld angepasst. Ihre Interaktionen mit den Arbeiterinnen stellen die auffälligste dieser Anpassungen dar. Im Rahmen dieser Arbeit konnte nachgewiesen werden dass das Gen fruitless (fru) an der Spezifizierung dieser sozialen Verhaltensweisen in männlichen Honigbienen beteiligt ist. Der Transkriptionsfaktor fru ist essentiell für das Paarungsverhalten männlicher Fruchtfliegen, und auch beim Seidenspinner und der Gelbfiebermücke konnte ein Einfluss auf das männliche Verhalten nachgewiesen werden. Die Struktur von fru ist darüber hinaus in weiteren Insektenarten konserviert. Es konnte gezeigt werden, dass das Transkript des Promotors P1 geschlechtsspezifisch gespleißt wird und nur die männliche Variante (fruM) für ein funktionales Protein kodiert. Mit Hilfe des CRISPR/Cas9-Systems wurde die P1-Promotorregion deletiert und anschließend das Verhalten der mutierten Drohnen in einer kleinen Kolonie analysiert. Die mutierten Drohnen initiierten signifikant weniger Interaktionen mit Arbeiterinnen als wildtypische Drohnen. Sie bettelten seltener und wurden seltener von Arbeiterinnen gefüttert, was zeigt, dass fruM wesentliche Aspekte dieser Verhaltensweisen spezifiziert. Außerdem war die Reaktion der mutierten Drohnen auf das Sexualpheromon 9-ODA signifikant verändert. Dies impliziert, dass fruM auch an der Spezifizierung von Aspekten des Paarungsverhaltens beteiligt ist. Die Expression der Genprodukte von fruM im Gehirn und in den thorakalen und abdominalen Ganglien zeigt, dass die Vorrausetzungen für diese Verhaltensweisen während der Entwicklung im zentralen Nervensystem geschaffen werden. Da das FruM Protein ausschließlich im Zellkern exprimiert ist, wurden die Projektionsmuster der FruM-exprimierenden Zellen im Gehirn in einem weiteren experimentellen Ansatz analysiert. Dazu wurde membrangebundenes GFP unter Kontrolle des endogenen Promotors P1 exprimiert. Anhand der GFP-Expression konnte gezeigt werden, dass Neuronen, die FruM exprimieren, an der Verarbeitung verschiedener Sinnesmodalitäten wie Riechen, Sehen und Schmecken beteiligt sind. Darüber hinaus ist FruM in Neuronen höherer Verarbeitungszentren wie den Pilzkörpern und dem lateralen Horn exprimiert. Insgesamt konnte im Rahmen dieser Arbeit nachgewiesen werden, dass ein einzelnes, konserviertes Gen, fruitless, für die Spezifizierung wichtiger Aspekte sozialer Verhaltensweisen verantwortlich ist und somit im Laufe der Evolution eine zusätzliche Funktion erlangt hat. Diese Ergebnisse stellen einen wichtigen Schritt zum besseren Verständnis der molekularen Grundlagen sozialen Verhaltens dar. Social behaviors are crucial for the survival and success of social groups, but their molecular basis is largely unknown. The honeybee A. mellifera is considered a model organism for social behavior mainly because of the large behavioral repertoire of the sterile worker bees. However, male drones are also adapted to life in a social environment. Their interactions with workers are the most striking of these adaptations. In this work, the fruitless (fru) gene was shown to be involved in specifying these social behaviors in male honeybees. The transcription factor fru is essential for mating behavior in male fruit flies, and has also been shown to influence male behavior in the silkmoth and yellow fever mosquito. Furthermore, the structure of fru is conserved in further insect species. It has been shown that the transcript of promoter P1 is spliced in a sex-specific manner and that only the male variant (fruM) encodes a functional protein. Using the CRISPR/Cas9 system, the P1 promoter region was deleted and then the behavior of the mutant drones was analyzed in a small colony. The mutant drones initiated significantly fewer interactions with workers than wild-type drones. They begged and were fed by workers less frequently, suggesting that fruM specifies key aspects of these behaviors. In addition, the response of mutant drones to the sex pheromone 9-ODA was significantly altered. This implies that fruM is also involved in specifying aspects of mating behavior. The expression of fruM gene products in the brain and thoracic and abdominal ganglia indicates that the basis for this behavior is established during development in the central nervous system. Since the FruM protein is exclusively expressed in the nucleus, the projection patterns of FruM-expressing cells in the brain were analyzed in another experimental approach. For this purpose, membrane-tethered GFP was expressed under the control of the endogenous promoter P1. Based on GFP expression, it was shown that neurons expressing FruM are involved in the processing of various sensory modalities such as smell, vision, and taste. In addition, FruM is expressed in neurons of higher processing centers such as the mushroom bodies and the lateral horn. Overall, this work has demonstrated that a single conserved gene, fruitless, is responsible for specifying important aspects of social behaviors and has thus acquired an additional function during evolution. These results represent an important step toward a better understanding of the molecular basis of social behavior.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Genetik
Dokument erstellt am:	05.09.2024
Dateien geändert am:	05.09.2024
Promotionsantrag am:	29.03.2023
Datum der Promotion:	03.07.2023