Honigbienen: Schlüssel-Gen der komplementären Geschlechtsbestimmung entdeckt

Unter Federführung von Wissenschaftlern der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Dr. Martin Hasselmann, Dr. Tanja Gempe, Dr. Marianne Otte und Prof. Dr. Martin Beye, wurde mit dem feminizer-Gen (fem)eine neue Schlüsselkomponente der komplementären Geschlechtsbestimmung entdeckt, wie die Fachzeitschrift NATURE in der aktuellen Online-Ausgabe berichtet.

Im Gegensatz zum Menschen, bei dem X-Y Chromosomen das Geschlecht bestimmen, wird das Geschlecht der Honigbiene anhand der Kombinationen von Varianten eines einzigen Gens, des complementary sex determiners (csd), bestimmt. In Bienenvölkern existieren über 15 solcher Varianten. Gleich einem Spiel mit zwei Würfeln erzeugen gleiche Zahlen bzw. Varianten Männchen, ungleiche Zahlen bzw. Varianten Weibchen. Die Entschlüsselung der komplementären Geschlechtsbestimmung der Honigbiene begann bereits vor mehr als 150 Jahren durch den oberschlesischen Pfarrer Johann Dzierzon, der ein Zeitgenosse von Gregor Mendel war.

Unter Federführung von Wissenschaftlern der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Dr. Martin Hasselmann, Dr. Tanja Gempe, Dr. Marianne Otte und Prof. Dr. Martin Beye, wurde mit dem feminizer-Gen (fem)eine neue Schlüsselkomponente der komplementären Geschlechtsbestimmung entdeckt, wie die Fachzeitschrift NATURE in der aktuellen Online-Ausgabe berichtet. Das fem-Gen wird für die weibliche Entwicklung gebraucht und liegt in direkter Nachbarschaft zum csd-Gen. Das fem-Gen übersetzt dabei die komplexe Information der über 15 verschiedenen csd-Varianten in eine binäre Aktivität: Weibchen haben ein funktionstüchtiges, Männchen besitzen ein funktionsloses fem-Genprodukt.

Martin Beye und Kollegen zeigten, dass die Blockierung des fem-Gens mit Hilfe einer Technik, die als RNA interferenz bekannt ist, zu einer vollständigen Verwandlung der Weibchen in Männchen führte. Das gleiche Ergebnis resultierte für das csd-Gen, jedoch führte hier die Blockierung zusätzlich zu einem Umschalten des fem-Genprodukts in die funktionslose männliche Variante. Diese Ergebnisse zeigen, dass beide Gene das Geschlecht bestimmen, jedoch csd die geschlechtsbestimmende Aktivität von fem festlegt.

Die Forscher analysierten weitere fem-Gene aus anderen Bienenarten und konnten zeigen, dass csd aus einer Kopie des fem-Gens in den letzten 10 bis 70 Millionen Jahren hervorgegangen ist. Dabei wurden einzelne Änderungen im csd-Protein identifiziert, die bevorzugt unter positiver darwinscher Selektion im Laufe der Evolution fixiert wurden und für die Entstehung der würfelgleichen Funktionsweise von entscheidender Bedeutung waren. Das csd-Gen stellt eine evolutive Neuerung der Honigbienen dar. Wespen, Ameisen und andere Bienenarten haben auch eine komplementäre Geschlechtsbestimmung, doch müssen andere Gene verantwortlich sein.

Die Studie zeigt, dass neue Formen der Geschlechtsbestimmung durch einfache Umbauten des bestehenden Genrepertoires entstehen können. Die zugrunde liegenden evolutionären Prozesse, Genduplikation und positive Selektion, belegen eindrucksvoll, wie Innovationen von Entwicklungsvorgängen entstehen können.

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