Endokrine Signale in der Kastendetermination der ursprünglichen Termite Mastotermes darwiniensis Froggatt (Isoptera: Mastotermitidae)

Als „ecosystem engineers“ sind Termiten in subtropischen und tropischen Ökosystemen von wichtiger ökologischer Bedeutung. Gleichzeitig gelten einige Termitenarten als Bauholz- und Agrarschädlinge, die weltweit vorkommen und enorme Schäden anrichten können. Für die Entwicklung effizienter und umweltschonender Insektizide gegen Termiten dient besonders deren Kastendifferenzierung als Ansatzpunkt. Die Mechanismen der Kastendifferenzierung sind noch nicht vollständig aufgeklärt, das Juvenilhormon (JH) soll aber eine entscheidende Rolle spielen. Daher sollte in dieser Studie der Einfluss des Juvenilhormons auf die Kastendifferenzierung bei der basalen Termite Mastotermes darwiniensis untersucht werden. Die Regulation der JH-Biosynthese erfolgt über allatoregulierende Neuropeptide, von denen Allatostatin A (AST-A) das am weitesten verbreitete ist. Die Expression des AST-A Gens bei M. darwiniensis wurde daher ebenfalls analysiert. Zunächst musste die Sequenz des AST-A Gens von M. darwiniensis und die Organisation des AST-A Prohormonvorläufers identifiziert werden. Das AST-A Gen kodiert einen Prohormonvorläufer mit 14 potentiellen Peptiden, die durch vier saure Spacerregionen zu Clustern zusammengefasst werden. Dabei weisen nicht alle Peptide die charakteristische C-terminale Sequenz Y/FXFGL/I/V-amid der AST-A Peptide auf. Trotzdem zeigt der AST-A Prohormonvorläufer von M. darwiniensis eine starke Ähnlichkeit zu dem ebenfalls in dieser Studie identifizierten AST-A Prohormonvorläufer der nahe verwandten Schabenart Cryptocercus darwini sowie zu den bekannten AST-A Prohormonvorläufern anderer Schaben und einer weiteren Termitenart. Die phylogenetische Analyse der Prohormonvorläufer und des AST-A Gens bestätigte die enge Verwandtschaft der Schaben und Termiten. Durch die zentrale Einordnung der Termiten innerhalb der Schaben konnte zudem die noch umstrittene Paraphylie der Blattaria bestätigt werden. Die Stammbäume, die aus AST-A Sequenzen von acht verschiedenen Insektenordnungen berechnet wurden, zeigten generell eine Übereinstimmung mit der anerkannten Phylogenie der Insekten. Eine unterschiedliche Topologie und teilweise geringe Bootstrap-Werte sprechen allerdings gegen die Eignung von AST-A für phylogenetische Analysen. Das AST-A Gen wird bei M. darwiniensis überwiegend im Gehirn exprimiert. Eine geringere Expression konnte auch in verschiedenen Teilen des Darms nachgewiesen werden, wobei der Mitteldarm höhere Expressionsraten aufwies als der Vorder- und Hinterdarm. In den verschiedenen Entwicklungsstadien von M. darwiniensis zeigten sich ebenfalls Unterschiede bei der AST-A Expression, generell wiesen „adulte“ Stadien eine höhere Expression auf als juvenile Stadien. Die Messung des Gehaltes von JH III und Ecdysteroiden bei den verschiedenen Entwicklungsstadien von M. darwiniensis erfolgte mittels HPLC-MS. Ein hoher JH III-Gehalt wurde bei Larven nachgewiesen, dieser lag über dem JH III-Gehalt der Nymphen derselben Altersgruppe. Der hohe JH III-Gehalt der mittleren Larven deutet auf die potentielle Entwicklung dieser Tiere zu Soldaten. Während der Entwicklung von Geschlechtstieren konnte nur ein geringer JH III-Gehalt gemessen werden. Dies galt sowohl für die Entwicklung von primären Geschlechtstieren aus Nymphen als auch für die Entwicklung sekundärer Geschlechtstiere aus Arbeitern. Der hohe JH III-Gehalt während der Soldatenentwicklung ebenso wie der niedrige JH III-Gehalt während der Geschlechtstierbildung stimmt mit dem Modell von Nijhout & Wheeler (1982) zum Einfluss von JH auf die Kastendifferenzierung bei Termiten überein. Dieses bezieht sich allerdings auf Termiten mit linearem Entwicklungsweg, während bei Termiten mit zweiästigem Entwicklungsweg – wie M. darwiniensis – bisher nur wenig zur Rolle von JH auf die Kastendifferenzierung bekannt war. Es konnte ein signifikanter Zusammenhang zwischen dem JH III-Hämolymphtiter und der Expression des AST-A Gens im Gehirn bei M. darwiniensis nachgewiesen werden. Beide Parameter waren negativ miteinander korreliert, d. h. Entwicklungsstadien mit hohem JH III-Titer zeigten überwiegend geringe AST-A Expression und umgekehrt. Zur weiterführenden Funktionsanalyse des AST-A Gens wurde zudem versucht, die Expression des AST-A Gens in Arbeitern von M. darwiniensis mittels RNA-Interferenz zu unterdrücken. Durch Injektion von doppelsträngiger RNA (dsRNA) abgeleitet vom AST-A Gen konnte die Expression um bis zu 92% reduziert werden. Die Reduktion war dabei in den verschiedenen Geweben unterschiedlich stark ausgeprägt. Es konnte keine vollständige Suppression der AST-A Expression erreicht werden. Drei Tage nach der Injektion von AST-A dsRNA konnte keine Auswirkung auf den JH III-Titer in der Hämolymphe der Tiere beobachtet werden.

Level thesis:degree_level

thesis.doctoral

Grantor dc:publisher

Universität Bayreuth

Year

2013

Author dc:creator

• Wende, Franziska

Contributors dc:contributor

• Hoffmann, Klaus H.

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https://epub.uni-bayreuth.de/id/eprint/125/

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