Dokument: Untersuchungen zur genetischen Spezifizierung des Arbeiterinnenverhaltens bei der Honigbiene
| Titel: | Untersuchungen zur genetischen Spezifizierung des Arbeiterinnenverhaltens bei der Honigbiene | |||||||
| Weiterer Titel: | Research into the genetic specification of worker behavior in honey bees | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=72445 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20260304-132644-0 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Seiler, Jana [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Beye, Martin [Gutachter] Prof. Dr. Martin, William F. [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Eine Entwicklung von einfacher Aggregation zu hochkomplexen Systemen mit kooperativem Verhalten resultiert in einer bemerkenswerten Vielfalt an sozialen Strukturen innerhalb des Tierreichs. Eine extreme Form dieses Verhaltens ist die sogenannte Eusozialität, die sich durch die Ausführung sämtlicher Aktivitäten zum Wohle des Kollektivs auszeichnet. Hierzu zählen unter anderem die Verteidigung gegen Fressfeinde und die Aufzucht der Nachkommen. Die Honigbiene Apis mellifera ist ein Beispiel für eine solche eusoziale Art, da sie sich durch eine Arbeitsteilung, ein reiches Verhaltensrepertoire und ausgefeilte Kommunikationsfähigkeiten der Arbeiterinnen auszeichnet. Die Frage, wie solche angeborenen Verhaltensweisen im Gehirn der Arbeiterinnen während ihrer Entwicklung festgelegt werden, ist bisher ungeklärt. Für diese Entwicklungsspezifikation sind Transkriptionsfaktoren von großer Bedeutung, da sie aufgrund ihrer Affinität zur Bindung an DNA die Aktivität einer Vielzahl nachfolgender Gene beeinflussen können, die für die finale Differenzierung von essentieller Bedeutung sind. In Drosophila melanogaster hat sich das Gen doublesex (dsx) als ein solcher herausgestellt. In dieser Arbeit wird berichtet, welche Rolle dieser hochkonservierte Transkriptionsfaktor in Bezug auf soziales Verhalten in der Honigbiene spielt. Mittels des CRISPR/Cas9-Systems konnte die funktionale Zinkfingerdomäne des Gens dsx eliminiert werden. Anschließend wurde das Verhalten von Arbeiterinnen mit dieser Mutation in der sozialen Umgebung eines kleinen Bienenvolkes mithilfe computergestützter Verfolgung analysiert. Dabei wurde festgestellt, dass dsx essenziell für die Programmierung von gruppenunterstützenden Verhaltensweisen bei Arbeiterbienen ist. Es beeinflusst die Rate und Dauer von Aufgaben wie Zellinspektionen, Larvenfütterung und Futteraustausch, ohne die allgemeinen sensorischen oder motorischen Funktionen zu beeinträchtigen. Zudem zeigten anatomische Untersuchungen der Gehirne dieser Arbeiterinnen, dass das dsx-Gen die neuronale Entwicklung, insbesondere im Bereich der Pilzkörper, die die multisensorische Verarbeitung und Entscheidungsfindung ermöglichen, reguliert. Mittels der in dieser Arbeit etablierten CRISPR/Cas9-HDR-Methode war es möglich, die dsx-exprimierenden Neuronen mit dem grünfluoreszierenden Protein GFP zu markieren. Dabei wurde festgestellt, dass das dsx-Gen spezifisch in den neuronalen Populationen der Pilzkörper aktiv ist und eine anatomisch und funktionell differenzierte Struktur in Arbeiterbienen fördert, die mit sozialen Verhaltensweisen in Zusammenhang stehen. Die Etablierung eines chemogenetischen Systems, wie des hM4Di-Rezeptors in dsx-exprimierende Neuronen und dessen Aktivierung mit dem Liganden C21, ermöglichte eine gezielte Kontrolle neuronaler Aktivität, was zu einer Veränderung der Reaktionen auf das Königinnenmandibularpheromon (QMP) führt. Es konnte somit eine Beteiligung dieser Neuronen bei der Verarbeitung sozialer Signale nachgewiesen werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das dsx-Gen, welches ursprünglich für sexuelle Verhaltensweisen spezifiziert hat, in der Evolution der Honigbienen eine neue Rolle zuteilwurde, um soziale Verhaltensweisen zu steuern. Dies verdeutlicht, wie Gene für individuelle Verhaltensweisen evolutionär kooperatives Verhalten in eusozialen Gesellschaften fördern können.The development from simple aggregation to highly complex systems with cooperative behavior has resulted in a remarkable diversity of social structures within the animal kingdom. An extreme form of this behavior is known as eusociality, which is characterized by the performance of all activities for the benefit of the collective. These include, among other things, defense against predators and the rearing of offspring. The honeybee Apis mellifera is an example of such an eusocial species, as it is characterized by a division of labor, a rich behavioral repertoire, and sophisticated communication skills among the workers. The question of how such innate behaviors are determined in the brains of the workers during their development remains unanswered. Transcription factors are of great importance for this developmental specification, as their affinity for binding to DNA allows them to influence the activity of a large number of downstream genes that are essential for final differentiation. In Drosophila melanogaster, the doublesex (dsx) gene has been identified as one such factor. This paper reports on the role this highly conserved transcription factor plays in relation to social behavior in honeybees. Using the CRISPR/Cas9 system, the functional zinc finger domain of the dsx gene was eliminated. Subsequently, the behavior of workers with this mutation in the social environment of a small bee colony was analyzed using computer-assisted tracking. It was found that dsx is essential for the programming of group-supporting behaviors in worker bees. It influences the rate and duration of tasks such as cell inspections, larval feeding, and food exchange without impairing general sensory or motor functions. In addition, anatomical studies of the brains of these workers showed that the dsx gene regulates neuronal development, particularly in the mushroom bodies, which enable multisensory processing and decision-making. Using the CRISPR/Cas9-HDR method established in this work, it was possible to label the dsx-expressing neurons with the green fluorescent protein GFP. It was found that the dsx gene is specifically active in the neuronal populations of the mushroom bodies and promotes an anatomically and functionally differentiated structure in worker bees that is associated with social behaviors. The establishment of a chemogenetic system, such as the hM4Di receptor in dsx-expressing neurons and its activation with the ligand C21, enabled targeted control of neuronal activity, leading to a change in responses to queen mandibular pheromone (QMP). This demonstrated the involvement of these neurons in the processing of social signals. In summary, the dsx gene, which was originally specified for sexual behavior, has taken on a new role in the evolution of honeybees to control social behavior. This illustrates how genes for individual behavior can promote evolutionary cooperative behavior in eusocial societies. | |||||||
| 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: | 04.03.2026 | |||||||
| Dateien geändert am: | 04.03.2026 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 12.02.2025 | |||||||
| Datum der Promotion: | 24.09.2025 |
