Die Evolution mechanosensorischer Verarbeitung am Modell des reproduktiven Verhaltens der Fruchtfliege
Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Vielfalt der Tiere zeigt sich nicht nur in den scheinbar unendlichen Variationen ihrer Morphologie, sondern auch in der Vielfalt ihrer angeborenen Verhaltensweisen. Unser Verständnis der Verhaltensevolution ist jedoch nach wie vor begrenzt. Aus diesem Grund verwendet meine Gruppe ein einfaches Paradigma, um die genetischen und neuronalen Veränderungen zu untersuchen, die einer einfachen Verhaltensänderung zugrunde liegen. Wir untersuchen, wie ein Fliegenweibchen einen geeigneten Ort für die Eiablage auswählt. Diese Wahl ist bei Drosophila Arten mit unterschiedlichen Ökosystemen sehr unterschiedlich. Die invasive Schädlingsart D. suzukii zum Beispiel wählt kaum zwischen Substraten unterschiedlicher Steifigkeit, es sei denn, der Unterschied entspricht dem zwischen einer grünen und einer reifen Erdbeere. Im Gegensatz dazu erweist sich D. melanogaster als äußerst wählerisch und zieht die Steifigkeit einer faulen Frucht der einer sehr reifen Frucht vor. In diesem Projekt haben wir auf genetischer, molekularer und neuronaler Ebene untersucht, wie eine weibliche D. melanogaster-Fliege die Steifigkeit des Substrats wahrnimmt und auswählt. Kurz gesagt, haben wir herausgefunden, dass das Mechanorezeptor-Gen painless, ein TRP-Kanal, der in vielen sensorischen und zentralen Neuronen exprimiert wird, direkt an der Wahrnehmung der Beschaffenheit eines potenziellen Eiablage-Substrats beteiligt ist. Wir haben festgestellt, dass diese Wahl durch zwei Arten von mechanosensorischen Organen der Fliegen-Tarsen vermittelt wird, nämlich die ventralen mechanosensorischen Borsten und die campaniformen Sensillen in der Nähe der Tarsengelenke. Wir haben gezeigt, dass die Blockierung der Neurotransmission speziell in den Neuronen, die diese Organe innervieren, oder die Verarmung des painless Produkts aus diesen Organen die Fähigkeit der Fliegen beeinträchtigt, ein geeignetes Substrat für die Eiablage auszuwählen. Wir vermuten, dass die Wahrnehmung der Substratsteifigkeit über zwei unabhängige sensorische Bahnen erfolgt. Erstens berühren die mechanosensorischen Borsten das Substrat direkt und registrieren dessen Widerstand. Zweitens erfährt eine Fliege, die auf einem Substrat steht, eine Gegenkraft des Substrats, die mit der Steifigkeit des Substrats variiert, ähnlich wie sich die Gegenkraft von Schnee von der von Beton unterscheidet. Infolgedessen verbiegt sich der Tarsus der Fliege und die campaniformen Sensillen an den Tarsalgelenken registrieren die entsprechende Kompression der Kutikula. Wir gehen davon aus, dass das Ausmaß der Tarsenbiegung von der Steifigkeit des Substrats abhängt und dass daher die neuronale Aktivität der campaniformen Sensillen auf einem weichen Substrat anders ist als auf einem steifen Untergrund. Um zu verstehen, wie Fliegen mit Präferenzen für unterschiedliche Steifigkeit ihre Wahl treffen, haben wir diesen Prozess untersucht. Wir begannen daher zu untersuchen, wie sich die Erfassung der Substratsteifigkeit bei Drosophila suzukii unterscheiden könnte. Zu diesem Zweck fragten wir zunächst, ob es Veränderungen in der Funktion der Expression des Mechanorezeptors painless gibt. Außerdem begannen wir mit der Entwicklung genetischer Werkzeuge, um später die neuronale Aktivität in beiden Arten, D. melanogaster und D. suzukii, zu charakterisieren und zu vergleichen. Unsere Arbeit brachte einen unerwarteten Mechanismus für die Bewertung der Substratbeschaffenheit zutage, der die Kompression der Kutikula einbezieht und im Gegensatz zur direkten Erfassung der Steifigkeit steht, die in anderen Systemen gefunden wurde. Wir sind nun in der Lage, die evolutionären Unterschiede zu entschlüsseln, die zur Diversifizierung des Verhaltens geführt haben.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Odor-regulated oviposition behavior in an ecological specialist. Nature Communications, 14(1).
Álvarez-Ocaña, Raquel; Shahandeh, Michael P.; Ray, Vijayaditya; Auer, Thomas O.; Gompel, Nicolas & Benton, Richard
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Painless-mediated stiffness sensing of egg-laying substrates in Drosophila melanogaster. European Drosophila Research Conference, Lyon, France. Poster presentation.
Ray V., Cury K., Kourtidis A., Bracker L.B., Jaenichen R., Muhling B. & Gompel N.
