„Geschlechts-Gen“ der Honigbiene vielfältiger als bisher angenommen

Bienenvölker bestehen aus einer Königin, vielen Arbeiterinnen und nur wenigen Männchen. Das Gen, das über das Geschlecht der Bienen entscheidet, ist weitaus diverser als bisher angenommen und entwickelt sich zudem im Laufe der Evolution sehr schnell weiter.

Zu diesem Ergebnis kamen internationale Wissenschaftler unter der Leitung von PD Dr. Martin Hasselmann vom Institut für Genetik der Universität zu Köln. Die Studie wird in der renommierten Zeitschrift Molecular Biology and Evolution veröffentlicht.

Männliche Honigbienen (Apis mellifera) schlüpfen aus unbefruchteten Eiern, weibliche aus befruchteten. In diesen befruchteten Eiern ist der Zustand des Gens „complementary sex determiner“ (csd) von entscheidender Bedeutung, damit weibliche Arbeiterinnen entstehen. Die Königin, die sich im Verlaufe ihres Paarungsfluges mehrfach mit verschiedenen Drohnen paart, gibt in befruchteten Eiern eine zufällige Kombinationen zweier csd-Kopien, sogenannte Allelen, weiter.

Sind diese Allele hinreichend unterschiedlich, so entwickelt sich ein Weibchen. Wenn das csd-Gen dagegen in befruchteten Eiern in zwei identischen Versionen vorhanden ist, führt es zur Entwicklung von diploiden Drohnen. Diese werden jedoch nach dem Schlüpfen von den Arbeiterinnen aufgefressen.

Bisher ging man von bis zu 20 csd-Allelen aus. In dem Datensatz, den das Forscherteam um Hasselmann weltweit gesammelt und untersucht hat, zeigte sich jedoch, dass die Anzahl an csd-Allelen in lokalen Regionen bei 53, weltweit sogar bei mindestens 87 Allelen liegt. Unter Verwendung eines evolutionären Models extrapolierten die Wissenschaftler insgesamt 116 – 145 csd-Allele. Diese Entstehung neuer csd-Allele erfolgt für evolutionäre Zeiträume recht schnell: ca. alle 400.000 Jahre. Besonders eine Region innerhalb des csd-Gens bildet als „hot-spot“ einen schnell evolvierenden Abschnitt, der zusammen mit einigen wenigen Aminosäuremutationen in den flankierenden Genabschnitten entscheidend zu der Entstehung neuer csd-Allele beiträgt.

Die Vitalität eines Bienenvolkes ist unter anderem von der genetischen Diversität geschlechtsbestimmender Allele abhängig. Diese neuen Erkenntnisse sind für Bienenzuchtprogramme daher von großer Bedeutung, um die Gefahr der Inzucht und somit diploiden Drohnenproduktion zu minimieren.

Herr PD Dr. Martin Hasselmann leitet seit Mai 2012 als DFG Heisenberg Stipendiat die Arbeitsgruppe „Population Genetics of Social Insects“ an der Universität zu Köln. Sein Forschungsschwerpunkt sind die sozialen Insekten Honigbienen, Hummeln und stachellose Bienen, deren einzigartige Biologie als Model dient, die genetischen Grundlagen von Umweltinteraktionen und evolutionäre Neuerungen zu entschlüsseln.

Link zur Publikation:

http://mbe.oxfordjournals.org/content/early/2013/10/22/molbev.mst207.abstract

Bei Rückfragen: PD Dr. Martin Hasselmann
Institut für Genetik /Population Genetics of Social Insects
Universität zu Köln
Tel. +49 (0)221 470-1586
E-Mail: martin.hasselmann@uni-koeln.de