Neue Entdeckungen könnten Auswirkungen auf die Fruchtbarkeit und die Schädlingsbekämpfung haben

Sie haben wahrscheinlich nicht viel Zeit damit verbracht, über die Gebärmutter der Fruchtfliege Drosophila melanogaster nachzudenken. Aber die meisten Wissenschaftler haben das auch nicht getan, obwohl Drosophila eines der am gründlichsten untersuchten Labortiere ist. Jetzt hat ein Team von Biologen an der University of California in Davis einen ersten genauen Blick auf die Gebärmutter von Drosophila geworfen und einige Überraschungen entdeckt, die nicht nur Auswirkungen auf das Verständnis der Insektenvermehrung und möglicherweise der Schädlingsbekämpfung, sondern auch auf das Verständnis der Fruchtbarkeit haben könnten Menschen.

Die Arbeit ist veröffentlicht 25. Okt. in Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.

Drosophila sind seit über einem Jahrhundert ein beliebtes Thema für Genetiker und Entwicklungsbiologen.

„Drosophila ist in vielerlei Hinsicht ein so produktives System“, sagte Rachel Thayer, Postdoktorandin, die mit dem angesehenen Professor David Begun am Department of Evolution and Ecology der UC Davis zusammenarbeitet. Für die meisten Organsysteme der Fliege gibt es umfangreiche Kataloge von Zelltypen und Genen. Aber die weiblichen Fortpflanzungsorgane – die Gebärmutter, die weiblichen Drüsen und die Spermienspeicherorgane – wurden größtenteils ausgespart.

Sowohl Menschen als auch Insekten haben eine innere Befruchtung, daher muss sich der weibliche Fortpflanzungstrakt mit Fremdmaterial auseinandersetzen, von Spermien bis hin zu sexuell übertragbaren Viren. Insekten verfügen wie viele andere weibliche Tiere, darunter Vögel und Reptilien, über Organe, die lebensfähige Spermien über lange Zeiträume speichern können.

„Wir wollten alle Zelltypen und ihre Muster der Gennutzung für diese wichtigen Organe identifizieren“, sagte Thayer.

Thayer und Begun sezierten zusammen mit den Co-Autoren Elizabeth Polston und Jixiang Xu die Fortpflanzungsorgane von etwa 150 Fliegen. Sie konnten Zellkerne in einzelne Tröpfchen trennen und die RNA jeder Zelle mit einer Art Barcode kennzeichnen. Durch die Sequenzierung der RNA konnten sie ein Profil der Genexpression einzelner Zellen identifizieren und diese nach Typen sortieren.

„Wir können die Zelltypen identifizieren, die bestimmte Gene exprimieren, und woher sie kommen“, sagte Thayer.

Bisher konnten keine Zelltypen aus der Gebärmutter der Fliege mit genetischen Markern identifiziert werden. Die neue Studie deckt mehr als 20 verschiedene Zelltypen in der Gebärmutter und den damit verbundenen Organen auf.

„Das Aufregendste für mich ist, Zelltypen zu finden, von denen wir vorher nicht vorhergesagt hatten, dass sie existieren würden“, sagte Thayer. „Das ist bisher unsichtbare Anatomie.“

Unterstützung der Spermienspeicherung

Die Studie ergab, dass etwa 40 % der Gene für „Samenflüssigkeitsproteine“, von denen zuvor festgestellt wurde, dass sie nur in männlichen Fliegen vorkommen, auch in der weiblichen Fliege exprimiert werden, insbesondere in den Spermienspeicherorganen. Sie können der Schlüssel zur langfristigen Unterstützung lebensfähiger Spermien sein.

Es wird angenommen, dass einige Samenflüssigkeitsproteine ​​die weibliche Fliege auf eine Weise manipulieren, die dem Männchen zugute kommt, indem sie beispielsweise die erneute Paarung des Weibchens verzögern. Solche sexuellen Konflikte waren Gegenstand umfangreicher, meist theoretischer Studien.

„Es ist umstritten, welche Rolle diese sexuellen Konflikte wirklich spielen, denn die sexuelle Fortpflanzung muss immer noch gemeinschaftlich erfolgen“, sagte Thayer. Die Entdeckung, dass viele dieser Proteine ​​sowohl von männlichen als auch von weiblichen Fliegen hergestellt werden, bedeute, dass Wissenschaftler ihre Denkweise über diese Ideen anpassen müssen, sagte Thayer.

„Es schließt die Möglichkeit eines molekularen sexuellen Konflikts nicht völlig aus, schränkt aber ein, wie es dazu kommen könnte“, sagte sie.

Während die Fortpflanzung bei Menschen und Insekten offensichtlich sehr unterschiedlich ist, kann die Fruchtfliege ein Modell für das grundlegende Verständnis der Fortpflanzung von Tieren sein. Beispielsweise könnten die Proteine ​​der Samenflüssigkeit zu neuen Möglichkeiten führen, menschliche Spermien ohne Einfrieren zu kultivieren und zu lagern, was Fruchtbarkeitsbehandlungen zugute kommen würde.

Insekten sind die zahlreichste Art auf der Erde. Sie bestäuben und bieten andere Vorteile, zerstören Ernten und übertragen Krankheiten. Ein besseres Verständnis der Insektenreproduktion könnte zu neuen Bekämpfungsstrategien führen.

Thayer arbeitet derzeit mit Isolaten von Drosophila aus der ganzen Welt, um besser zu verstehen, wie sich die Fliegen als Reaktion auf Umweltbelastungen wie Klimawandel und Pestizide entwickeln.