Studie liefert Hinweise auf sexuelle Plastizität bei weiblichen Fruchtfliegen

Eine neue Studie legt nahe, dass weibliche Fruchtfliegen männliche Pheromone verwenden, um ihren sozialen Kontext einzuschätzen und die Zeitspanne zu verkürzen, in der sie nach der Paarung Spermien speichern, sodass sie sich früher vermehren können.

Die Studie, veröffentlicht in eLife liefert in einem überprüften Vorabdruck überzeugende Beweise dafür, dass die Ejakulatretentionszeit (EHP) bei weiblichen Fruchtfliegen erheblich verkürzt wird, wenn sie männlichen Pheromonen, 2-Methyltetracosan und 7-Tricosen ausgesetzt werden. Diese Ergebnisse ebnen den Weg für ein besseres Verständnis der neuronalen Prozesse hinter der sexuellen Plastizität.

Sexuelle Plastizität – die Fähigkeit, den Sexualzustand oder das Fortpflanzungsverhalten als Reaktion auf sich ändernde soziale Bedingungen zu ändern – wird bei Wirbeltieren und Wirbellosen beobachtet. Bei Vögeln und Insekten absorbieren die Weibchen für eine bestimmte Zeitspanne nach der Kopulation, dem EHP, Spermien, bevor sie diese ausstoßen und mit der Paarung fortfahren.

„Spermienausstoß ist ein Prozess, durch den Weibchen verschiedener Arten das männliche Ejakulat oder den Geschlechtspfropfen nach der Kopulation entfernen können“, erklärt Hauptautor Minsik Yun, Postdoktorand an der School of Life Sciences des Gwangju Institute of Science and Technology in Gwangju. Republik Korea.

„Bei der Fruchtfliege Drosophila melanogaster geschieht dies typischerweise 90 Minuten nach der Paarung. Zu diesem Zeitpunkt muss noch bestätigt werden, ob EHP und Spermienauswurf durch das soziale Umfeld der Weibchen beeinflusst werden.“

Um diese Frage weiter zu untersuchen, führten Yun und Kollegen zunächst einen Vergleich zwischen dem EHP von weiblichen Fruchtfliegen nach der Paarung durch, die von jeglicher Anwesenheit von Männchen isoliert waren, und solchen, die unmittelbar nach der Kopulation aktiver männlicher Balz ausgesetzt waren. Sie fanden heraus, dass die EHP der Gruppe, die dem Männerhof ausgesetzt war, etwa 30 Minuten kürzer war als die der Personen, die in Einzelhaft blieben, ein Phänomen, das das Team als „männlich induzierte Verkürzung der EHP“ (MIES) bezeichnet.

Als nächstes versuchte das Team, die Mechanismen hinter MIES aufzudecken. Nachdem sie festgestellt hatten, dass MIES nicht auf visuellen oder akustischen Reizen beruhte, wussten sie, dass es stattdessen durch olfaktorische oder geschmackliche Reize hervorgerufen werden musste. Bei Fruchtfliegen erkennt das olfaktorische System in der Luft befindliche Chemikalien über sensorische Neuronen, insbesondere olfaktorische Rezeptorneuronen (ORN), die sich in ihren Antennen befinden, und steuert so ihr Futtersuche- und Futtersuchverhalten. Das Geschmackssystem, das sich an ihren Mundwerkzeugen und Beinen befindet, ist im Allgemeinen mit der Erkennung der Qualität potenzieller Nahrungsquellen und auch der Beurteilung der Qualität ihrer potenziellen Paarungspartner verbunden.

Um den Beitrag von ORNs zu MIES zu untersuchen, brachte das Team 11 verschiedene Gruppen von ORNs zum Schweigen, indem es die aktive oder inaktive Form der leichten Kette des Tetanustoxins exprimierte. Sie fanden heraus, dass mehrere dieser Gruppen MIES beeinflussten, konzentrierten sich jedoch speziell auf Or47b-positive ORNs, da diese im Gegensatz zu den anderen zu einer fast vollständigen Abschaffung von MIES führten, wenn sie zum Schweigen gebracht wurden.

Um das spezifische männliche Pheromon zu identifizieren, das auf diese ORNs einwirkte, inkubierten sie erneut weibliche Fliegen, jedoch mit eng verwandten Arten mit unterschiedlichen Pheromonprofilen. Durch den Vergleich und die Gegenüberstellung der Pheromone von Arten, die MIES bei Weibchen auslösten, mit denen, die dies nicht taten, konnte das Team das verantwortliche Pheromon identifizieren: 2-Methyltetracosan (2MC), das auf den Rezeptor Or47b einwirkt, um EHP bei weiblichen Fruchtfliegen zu verkürzen. .

Das Team fand außerdem heraus, dass das Geschmackssystem an der Entstehung von MIES beteiligt ist. Durch ihre Experimente stellten sie fest, dass sich ihr EHP deutlich verkürzte, wenn kürzlich gepaarte weibliche Fliegen mit anderen kürzlich gepaarten Weibchen inkubiert wurden.

Begattete weibliche Fliegen tragen männliche Pheromone, darunter 7-Tricosen (7-T) und cVA, die während der Kopulation übertragen werden. Daher bebrütete das Team kürzlich gepaarte weibliche Fliegen mit einem Stück Papier, das mit den beiden Pheromonen versetzt war. cVa hatte keinen Einfluss auf EHP, aber 7-T verkürzte EHP signifikant, indem es über ppk23-Neuronen wirkte. Dies impliziert, dass Lebensmittelgerüche auch den EHP beeinflussen könnten, obwohl dies weiterer Untersuchungen bedarf.

Basierend auf früheren Untersuchungen wusste das Team, dass der Zeitpunkt des Spermienauswurfs durch ein Neuropeptid namens Dh44 bestimmt wird, das von Dh44-PI-Neuronen im weiblichen Drosophila-Gehirn abgesondert wird. Aus ihrer eigenen Arbeit wussten sie auch, dass pC1-Neuronen Dh44-Rezeptoren exprimieren und während der sexuellen Reifung eine hohe cAMP-Aktivität aufweisen (ein Molekül, das eine entscheidende Rolle in Zellsignalwegen spielt und Reaktionen auf verschiedene Reize wie Hormone und sensorische Signale vermittelt).

Um zu beurteilen, ob diese pC1-Neuronen eine Rolle bei MIES spielen, präparierten sie weibliche Fliegen, die selektiv das CRE-Luciferase-Reportergen in pC1b- und pC1c-Neuronen produzieren. Bei Exposition gegenüber 2MC oder 7-T zeigten diese Neuronen einen signifikanten Anstieg der CRE-Luciferase-Aktivität, was auf eine höhere cAMP-Produktion als Reaktion auf Pheromone hinweist. Dies wiederum erhöhte die Erregbarkeit der pC1-Neuronen und verkürzte anschließend die EHP, was den Spermienauswurf förderte.

Die Autoren fordern weitere Studien, um ihre Erkenntnisse zu vertiefen. Tatsächlich wurde bereits gezeigt, dass physiologische Faktoren wie der Ernährungszustand von Weibchen oder ihren männlichen Partnern vor der Paarung die EHP beeinflussen können. Ob sich dies auch auf MIES auswirkt, muss noch ermittelt werden, und es ist unklar, wie zusätzliche zentrale Neuronen, wie z. B. Dh44-PI-Neuronen, mit pC1-Neuronen interagieren, um EHP und MIES zu modulieren.

„Unsere Studie zeigt, dass zwei männliche Pheromone, 2MC und 7-T, die EHP weiblicher Fruchtfliegen über Or47b- bzw. ppk23-Neuronen erheblich verkürzen“, schließt Hauptautor Young-Joon Kim, Professor für Pflanzenwissenschaften am Gwangju-Institut der Wissenschaft. und Technologie.

„Diese Pheromonwege laufen auf pC1-Neuronen zusammen, erhöhen sowohl deren cAMP-Spiegel als auch ihre Erregbarkeit, machen sie empfindlicher für männliche Balzsignale und fördern die anschließende Paarung nach Entfernung des Paarungssteckers.“

„Unsere Ergebnisse etablieren ein Verhaltensmodell für sexuelle Plastizität und bieten einen Rahmen für das Verständnis der beteiligten neuronalen Prozesse“, fügt Yun hinzu.