Sex pheromones in Neotropical tree frogs (Hylidae) - Insights into an under-studied communication mode in anurans
Animal Physiology and Biochemistry
Final Report Abstract
In diesem Projekt wurde die Existenz und Evolution von Sexualpheromonen in Anuren (Froschlurchen) untersucht. Während bei Salamandern, die über spezielle Paarungsdrüsen verfügen, bekannt ist, dass sich in diesen Drüsen Glycoproteinpheromone befinden, anhand derer die Männchen mit den Weibchen kommunizieren, sind bei Fröschen zwar ähnliche Drüsen zu finden, doch waren deren Inhalt und Funktion bisher weitestgehend unbekannt. Aus diesem Grund wurden auf zwei Forschungsreisen nach Südmexiko und Nordperu Männchen von insgesamt zwölf tropischen Laubfroscharten (Hylidae) gesammelt und Proben ihrer Paarungsdrüsen genommen. In histochemischen Untersuchungen stellte sich heraus, dass das Drüsengewebe aus unterschiedlichen Microdrüsen zusammengesetzt war und das nur sogenannte spezialisierte Schleimdrüsen auf einen glycoproteinösen Inhalt hinwiesen. Bei der Sequenzierung der aus den Drüsen isolierten RNA bestätigte sich, dass nur solche Paarungsdrüsen, die aus diesen Microdrüsen zusammengesetzt waren auch potentielle Proteinpheromone beinhalteten: In den Drüsen von drei der untersuchten Laubfroschgattungen fanden sich Sequenzen, die mit ebendem Pheromon alignieren, welches auch bereits in vielen Salamander- und Molcharten gefunden werden konnte: sodefrin precursor-like factor (SPF). Dieses Pheromon dient nicht dazu die Weibchen anzulocken, sondern steigert deren Empfänglichkeit und beschleunigt so die Paarung – ein Mechanismus, der auch bei insbesondere während des Amplexus angreifbaren Anuren von Vorteil ist. Bei einer der Arten konnte außerdem anhand von „Shot gun proteomics“ bestätigt werden, dass nicht nur die RNA- sondern auch Proteinsequenzen von SPF in den Drüsen zu finden waren. Aufgrund von technischen Problemen blieb die Untersuchung der aus den Drüsen gewonnenen Proteinsekerete jedoch auf diese Art beschränkt. Auch die ursprünglich geplanten Verhaltenstests waren aufgrund von Problemen bei der Beschaffung der Tiere fürs Labor nicht durchführbar. Stattdessen wurde nicht nur die Anzahl der untersuchten Laubfroscharten erweitert, sondern außerdem die RNA von Arten aus zehn weiteren, von Kollegen beprobten Anurenfamilien isoliert und bioinformatisch analysiert. Hierbei zeigte sich, dass SPF insgesamt in drei nicht näher verwandten Familien unabhängig voneinander rekrutiert wurde. Ein molekularer Stammbaum basierend auf den SPF-Aminosäuresequenzen der drei Froschfamilien, sowie den aus der Literatur bekannten Salamandern und Molchen wurde erstellt. Es zeigte sich, dass die meisten top-exprimierten Frosch-SPF-Transkripte zwischen zwei etablierten Salamander-SPF-Pheromon-Kladen genestet sind, was die Annahme untermauert, dass SPF in beiden Amphibienordnungen eine gemeinsame ursprüngliche Pheromonfunktion aufweist. Das evolutionäre Alter von SPF gibt außerdem Anlass zu der Annahme, dass auch die dritte Amphibienordnung, die Blindwühlen (Gymnophiona), eine Tiergruppe ohne Vokalisation und häufig mit zurückgebildeten Augen diese Pheromongruppe zur chemischen Kommunikation nutzten könnte.
Publications
- Chemistry between salamanders: evolution of the SPF courtship pheromone system in Salamandridae. In C. D. Buesching (Ed.), Chemical Signals in Vertebrates 14. 2019, pp. 205–220.
Bossuyt, F., Maex, M., Treer, D., Schulte, L. M., Van Bocxlaer, I., Janssenswillen, S.
(See online at https://doi.org/10.1007/978-3-030-17616-7_15) - Multiple Independent Recruitment of Sodefrin Precursor-Like Factors in Anuran Sexually Dimorphic Glands. Molecular Biology and Evolution, Vol. 36. 2019, Issue 9, pp. 1921–1930.
Bossuyt, F., Schulte, L.M., Maex, M., Janssenswillen, S., Novikova, P.Y, Biju, S.D., Van de Peer, Y., Matthijs, S., Roelants, K., Martel, A., Van Bocxlaer, I.
(See online at https://doi.org/10.1093/molbev/msz115) - Love bites: male frogs (Plectrohyla, Hylidae) use teeth scratching to deliver sodefrin precursor-like factors to females during amplexus. Frontiers in Zoology, Vol. 18. 2021, Article 59.
Schulte, L.M., Martel, A., Cruz-Elizalde, R., Ramírez-Bautista, A., Bossuyt, F.
(See online at https://doi.org/10.1186/s12983-021-00445-6)
