Analyse der Funktion von Uhrgenen beim Zeit/Orts-Lernen der Honigbiene

• Antragstellerin: Dr. Katharina Beer
• Fachliche Zuordnung: Biologie des Verhaltens und der Sinne ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525143846

Alle Tiere auf der Erde haben eine innere (circadiane) Uhr evolviert. Diese ist beteiligt an der Regulation vieler Verhaltensweisen und auch physiologischen Prozessen, wie etwa dem Schlaf-Wach Zyklus, Sammel/Jagd-Aktivität, Metabolismusprozessen und täglich oszillierenden Hormonleveln. Die circadiane Uhr wird auch bei komplexen Verhaltensweisen wie dem Zeit/Orts-Lernen herangezogen, welches bisher nur bei Säugetieren und Hymenopteren beobachtet werden konnte. In der Honigbiene sind die Uhrgene gut beschrieben, wobei allerdings die Verbindung zwischen der inneren Uhr und Strukturen, die an zeit- und ortsabhängigen Lernprozessen beteiligt sind, weitestgehend unerforscht ist. In dem hier beschriebenen Projekt untersuchen wir die Funktion von zwei zentralen Uhrgenen (nämlich period und insect-type 2 cryptochrome) und dem Neuropeptid Pigment Dispersing Factor produzierenden Gen im Hinblick auf das zeit/ortsabhängige Gedächtnis der Honigbiene. Dafür mutieren wir die Gene via CRISPR-Cas9 und analysieren die erzeugten Mutanten in Hinblick auf ihr Verhalten: rhythmische Bewegungsaktivität, Sammelverhalten, zeitabhängiges Lernverhalten in einem olfaktorischem Lernassay und Zeit/Orts-Lernen in einem thermal-visuellem Lernparadigma. Außerdem untersuchen wir auch das Expressionsprofil verschiedener Uhrgene in Mutanten mit Hilfe von Immuncytechemie und qPCR. In Vorversuchen haben wir bereits erfolgreich Mutationen in das Pigment Dispersing Factor Gen eingebracht. Dabei fanden wir heraus, dass Bienen, die eine Frameshift Mutation auf beiden Allelen tragen, nicht mehr fähig sind einen circadianen Rhythmus in ihrer Bewegungsaktivität zu zeigen. Interessanterweise wird die Rolle von period in zeitabhängigen Lernprozessen in Studien mit Mäusen und Fruchtfliegen kontrovers diskutiert. Unser Projekt mit Honigbienen könnte helfen Unterschiede zwischen Uhrsystemen der verschiedenen Tierarten im Hinblick auf das Zeitgedächtnis aufzuklären. Zusätzlich planen wir das Uhrneuronennetzwerk im Bienengehirn besser zu charakterisieren. Obwohl Honigbienen und Mäuse dieselben außerordentlichen Fähigkeiten beim Zeit/Orts-Lernen zeigen, sind Gehirnstrukturen in der Honigbiene wesentlich weniger komplex als in Mäusen. Wir wollen diesen Fakt nutzen, um eine anatomische Verbindung zwischen circadianer Uhr und Strukturen, die an Lernprozessen beteiligt sind, zu finden. Hierfür planen wir Immunfärbungen von ausgesuchten Uhrkomponenten in Kombination mit Färbungen von neuronalen Botenstoffen, die mit Lernprozessen assoziiert werden (Allatropin, Tachykinin, FMRF-Amide, Neuropeptide F (short) und Serotonin). Wir haben uns in diesem Projekt zum Ziel gesetzt, ein besseres Verständnis von der Rolle von Uhrgenen im Zusammenhang mit dem Zeit/Orts-Gedächtnis der Honigbiene zu erlangen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr. Ricarda Scheiner-Pietsch