Die Evolution der spermaspeichernden Organe in Diptera: Ihre molekulare Vielfalt, Änderungen nach der Paarung und die damit verbundene Regulation

• Antragstellerinnen: Dr. Claudia Fricke; Dr. Sonja Grath
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531256570

Weibchen mit interner Befruchtung haben häufig spezialisierte Organe zur Speicherung von Sperma. Dadurch können Weibchen die Paarungsaktivität von der Befruchtung und Eiablage trennen. Vor allem Insektenweibchen haben hochspezialisierte Organe zur Spermaspeicherung und verfügen häufig über eine oder mehrere Spermathek(en). In einigen Dipterenarten evolvierte zusätzlich ein Samenbehälter als zweites Spermaspeicherorgan. Oberflächlich betrachtet scheinen beide Organe dieselbe Funktion zu erfüllen, jedoch zeigten molekulare Untersuchungen unterschiedliche Profile und Spezialisierungen. Während die meisten Arten der Gattung Drosophila beide Organe verwenden, nutzen einige Arten nur eines der beiden Organe zur Spermaspeicherung und das andere scheint diese Funktion verloren zu haben. Offen bleibt, ob das Organ stattdessen eine neue Funktion übernommen hat. Die morphologische Vielfalt dieser Organe ist gut beschrieben, aber die Details der zur Befruchtung führenden Fortpflanzungsprozesse, die beteiligten Moleküle, ihre Regulierung und die mögliche Variation zwischen den Arten bleiben weitgehend unbekannt. Interessanterweise ist der spezifische Transkriptionsfaktor doublesex (dsx), bekannt für seine Beteiligung an der Geschlechtsbestimmung in der Entwicklung von Insekten, auch in adulten Spermatheken von Drosophila melanogaster exprimiert. Unbekannt ist seine spezifische Rolle in adulten Tieren, insbesondere die mögliche transkriptionelle Regulierung in den Spermaspeicherorganen sowie sein mögliches Zusammenspiel mit anderen genregulatorischen Mechanismen. Wir schlagen daher ein Projekt zur Untersuchung der Evolution der Spermaspeicherorgane in der Ordnung Diptera vor. Zuerst wollen wir die molekulare Diversität der weiblichen Organe charakterisieren, indem wir die Funktion der dsx-Expression im weiblichen Fortpflanzungstrakt und die molekulare Diversität der Spermaspeichersekretome bei verschiedenen Drosophila-Arten und darüber hinaus untersuchen. Unsere Hypothese ist, dass die dsx-Expression bei Dipteren zwar konserviert ist, die nachgeschalteten Reproduktionsmoleküle der jeweiligen Spermaspeicherorgane jedoch nicht. Im zweiten Teil wollen wir die genregulatorischen Mechanismen verstehen, die der Evolution der weiblichen Fortpflanzungsorgane in Dipteren zugrunde liegen. Unsere Hypothese ist, dass Arten, welche die evolutionär anzestralen Spermatheken als Hauptspeicherorgane nutzen, nicht die gleichen Transkriptionsfaktoren exprimieren oder nicht die gleichen zugänglichen Chromatinregionen haben, wie Arten, die nach der Paarung ausschließlich oder überwiegend das später entwickelte Samengefäß nutzen. Durch einen vergleichenden genomischen-, transkriptomischen- und epigenomischen Ansatz in Kombination mit DNA-Protein-Bindungstests und maschinellem Lernen legen wir Grundlagen für spätere funktionelle und regulatorische Studien zum besseren Verständnis der Evolution und des komplexen Zusammenspiels von Genregulationsnetzwerken in verschiedenen Dipteren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen