Neue Erkenntnisse könnten Auswirkungen auf Fruchtbarkeit und 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 Fruchtfliegen zu den am besten untersuchten Labortieren gehören. Nun hat ein Team von Biologen der University of California, Davis, zum ersten Mal einen detaillierten Blick auf die Gebärmutter von Drosophila geworfen und einige Überraschungen entdeckt, die nicht nur Auswirkungen auf das Verständnis von Fruchtvermehrungsinsekten und möglicherweise auf die Schädlingsbekämpfung haben könnten, sondern auch auch zum Verständnis der Tierfruchtbarkeit. Menschen.

Die Arbeit erscheint am 25. Oktober in Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.

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

„Drosophila ist in vielerlei Hinsicht ein sehr produktives System“, sagte Rachel Thayer, eine Postdoktorandin, die mit dem angesehenen Professor David Begun in der Abteilung für Evolution und Ökologie der UC Davis zusammenarbeitet. Für die meisten Fliegenorgansysteme gibt es zahlreiche Kataloge von Zelltypen und Genen. Doch die weiblichen Fortpflanzungsorgane – die Gebärmutter, die weiblichen Drüsen und die Spermienspeicherorgane – wurden größtenteils ausgespart.

Menschen und Insekten haben eine innere Befruchtung, daher muss sich der weibliche Fortpflanzungstrakt mit Fremdkörpern auseinandersetzen, die von Spermien bis hin zu sexuell übertragbaren Viren reichen. 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 Gennutzungsmuster für diese wichtigen Organe identifizieren“, sagte Thayer.

Thayer und Begun sezierten zusammen mit den Co-Autoren Elizabeth Polston und Jixiang Xu die Fortpflanzungstrakte 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 Genexpressionsprofil 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 nicht vorhergesagt haben, dass sie existieren“, sagte Thayer. „Es ist eine bisher unsichtbare Anatomie.“

Fördern Sie die Spermienspeicherung

Die Studie ergab, dass etwa 40 % der „Samenflüssigkeitsprotein“-Gene, von denen zuvor festgestellt wurde, dass sie nur in männlichen Fliegen produziert werden, auch in der weiblichen Fliege exprimiert werden, insbesondere in den Spermienspeicherorganen. Sie können für die Erhaltung lebensfähiger Spermien über einen längeren Zeitraum hinweg unerlässlich sein.

Es wird angenommen, dass bestimmte Proteine ​​in der Samenflüssigkeit die weibliche Fliege so manipulieren, dass sie dem Männchen zugute kommt, indem sie beispielsweise die Paarung des Weibchens verzögern. Solche sexuellen Konflikte waren Gegenstand umfangreicher, meist theoretischer Studien.

„Es gibt Debatten darüber, welche Rolle diese sexuellen Konflikte tatsächlich spielen, denn sexuelle Fortpflanzung muss immer gemeinschaftlich erfolgen“, sagte Thayer. Die Entdeckung, dass viele dieser Proteine ​​sowohl von männlichen als auch von weiblichen Fliegen produziert werden, bedeutet, dass Wissenschaftler ihre Denkweise über diese Ideen anpassen müssen, sagte Thayer.

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

Obwohl die Fortpflanzung bei Menschen und Insekten offensichtlich sehr unterschiedlich ist, kann die Fruchtfliege ein Modell für das grundlegende Verständnis der tierischen Fortpflanzung sein. Samenflüssigkeitsproteine ​​könnten beispielsweise den Weg für neue Methoden zur Züchtung und Lagerung menschlicher Spermien ohne Einfrieren ebnen, 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 Drosophila-Isolaten aus der ganzen Welt, um besser zu verstehen, wie sich Fliegen als Reaktion auf Umweltbelastungen wie Klimawandel und Pestizide entwickeln.