Schlüsselgene für das Immunsystem von Honigbienen aufgedeckt

„Im letzten Jahrzehnt haben die Bestände an Honigbienen schwere Rückgänge in der gesamten nördlichen Hemisphäre verzeichnet – hervorgerufen hauptsächlich durch Krankheiten wie Pilze und Viren“, sagt Dr. Vincent Doublet, der am Synthesezentrum sDiv des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) die Arbeiten koordiniert hat und inzwischen an der Universität Exeter in Großbritannien forscht.

„Die Gene, die wir identifizieren konnten, bieten die Chance für eine neue Generation von Honigbienen, die künftig resistent gegen diese Krankheitserreger sein könnte.“ Wesentlichen Anteil hatten dabei zwei Workshops, die 2013/14 von sDiv ausgerichtet wurden und zu denen sich das internationale Forscherteam im Rahmen des Projektes „TRANs-BEE“ in Leipzig traf.

Den Wissenschaftlern zufolge haben jüngste Fortschritte in der DNA-Sequenzierung zahlreiche Untersuchungen von Genen ermöglicht, die an der Immunabwehr von Honigbienen gegen Krankheitserreger beteiligt sind. Diese große Menge an Daten war jedoch bisher zu umfangreich und speziell, um umfassende Muster in der Immunabwehr von Honigbienen entdecken zu können.

„Viele Studien haben genetische Ansätze genutzt, um zu verstehen, wie Bienen auf Viren und Parasiten reagieren. Allerdings war es bisher schwierig, diese Studien untereinander zu vergleichen, um die Schlüsselgene und –prozesse herauszufinden, die den Bienen helfen, die Erreger zu bekämpfen“, sagt Prof. Christina Grozinger, Direktorin des Zentrums für Bestäuberforschung an der Penn State University in den USA.

„Unser Team schuf ein neues Bioinformatikwerkzeug, das uns ermöglichte, Informationen von 19 verschiedenen genetischen Datensätzen zu verarbeiten, um die Schlüsselgene zu identifizieren, mit denen Honigbienen auf Krankheiten reagieren.“

Das Team von 28 Wissenschaftlern aus acht Ländern erstellte extra eine neue Statistiktechnik, die sie zielgerichtete Rang-Produkt-Analyse nannten. Die neue Technik erlaubte ihnen, die Gene zu identifizieren, die in den 19 Datensätzen ähnlich angesprochen wurden. Die Wissenschaftler fanden so heraus, dass diese ähnlich arbeitenden Gene die Proteine kodieren, die für die Zerstörung von Gewebe durch Krankheitserreger verantwortlich sind und die unter anderem Enzyme kodieren, die an der Verstoffwechselung von Kohlenhydraten beteiligt sind.

Ein Rückgang bei letzteren könnte die Folgen der Infektion für den Organismus widerspiegeln, schlussfolgerten die Forscher. „Bisher wurde angenommen, dass Honigbienen auf verschiedene Krankheitserreger auch unterschiedlich reagieren, aber wir haben festgestellt, dass sie sich hauptsächlich auf einen Kernsatz an Genen verlassen, die an- oder abgeschaltet werden, um auf alle wesentlichen Krankheiten zu reagieren“, erklärt iDiv-Mitglied Prof. Robert Paxton von der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg. „Wir können jetzt die physiologischen Mechanismen erkunden, mit denen Krankheitserreger ihren Wirt überwältigen wollen und wie die Honigbienen sich dagegen wehren.“

Der Nutzen der neuen Erkenntnisse ist jedoch nicht auf Honigbienen beschränkt. Das Team fand heraus, dass die Schlüsselgene Teil eines sehr alten Evolutionspfades sind: Diese Gene bildeten sich im Laufe der Evolution und sind daher auch bei anderen Insekten vorhanden.

Diese Gene sind daher wichtig, um die Wechselwirkungen von Krankheitserregern mit anderen Insekten wie Hummeln zu verstehen und Krankheitserreger zu nutzen, um Schädlinge wie Blattläuse oder bestimmte Motten zu bekämpfen. „Unsere Analyse bietet einen beispiellosen Einblick in die Mechanismen der Interaktionen zwischen Insekten und ihren Krankheitserregern“, sagt Vincent Doublet. „Mit dieser Analyse haben wir eine Liste an Genen geschaffen, die wahrscheinlich eine wichtige Quelle für künftige Studien sein wird, um widerstandsfähigere Honigbienen zu züchten und aufkommenden Bienenkrankheiten entgegen zu wirken.“

Publikation (iDiv-Mitarbeiter und –Mitglieder fett):
Vincent Doublet, Yvonne Poeschl, Andreas Gogol-Döring, Cédric Alaux, Desiderato Annoscia, Christian Aurori, Seth M. Barribeau, Oscar C. Bedoya-Reina, Mark J. F. Brown, James C. Bull, Michelle L. Flenniken, David A. Galbraith, Elke Genersch, Sebastian Gisder, Ivo Grosse, Holly L. Holt, Dan Hultmark, H. Michael G. Lattorff, Yves Le Conte, Fabio Manfredini, Dino P. McMahon, Robin F. A. Moritz, Francesco Nazzi, Elina L. Niño, Katja Nowick, Ronald P. van Rij, Robert J. Paxton and Christina M. Grozinger (2017): Unity in defence: honeybee workers exhibit conserved molecular responses to diverse pathogens. BMC Genomics, Open Access online, 02 Mar 2017. doi: 10.1186/s12864-017-3597-6
http://dx.doi.org/10.1186/s12864-017-3597-6

Finanzierung:

Diese Studie wurde unterstützt durch das Synthesezentrum sDiv des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig, das durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft finanziert wird (FZT 118). Unterstützt wurde sie außerdem von der Insect Pollinators Initiative (IPI grant BB/I000100/1 and BB/I000151/1), die gemeinsam gefördert wird durch: the Biotechnology and Biological Sciences Research Council, the Department for Environment, Food and Rural Affairs, the Natural Environment Research Council, the Scottish Government and the Wellcome Trust, under the Living with Environmental Change Partnership.

Links:
sDiv-Arbeitsgruppe TRANs-BEE (Synthesising transcriptome data to explore interspecies bee-pathogen molecular interactions that may underpin pollinator decline)
https://www.idiv.de/de/sdiv/arbeitsgruppen/wg_pool/trans_bee.html

Weitere Informationen:

Dr. Vincent Doublet (Englisch)
Synthesezentrum sDiv am Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv)
jetzt: University of Exeter (Großbritannien)
Tel.: –
Web: http://biosciences.exeter.ac.uk/staff/index.php?web_id=Vincent_Doublet
http://www.zoologie.uni-halle.de/allgemeine_zoologie/staff/vincent_doublet/?lang…
Mail: vincent.bs.doublet@gmail.com

und
Dr. Yvonne Pösch (Deutsch, Englisch)
Bioinformatik (BIU), Deutsches Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv)
Tel.: +49 341 9733127
Web: https://www.idiv.de/de/gruppen_und_personen/mitarbeiterinnen/mitarbeiterdetails/…

und
Prof. Christina Grozinger (Englisch)
Professur für Entomologie und Direktorin des Center for Pollinator Research an der Penn State University (Pennsylvania, USA)
Tel. +1-814-865-2214
Web: http://ento.psu.edu/directory/cmg25
Mail: cmgrozinger@psu.edu

und
Prof. Robert Paxton (Englisch, Deutsch)
Professur für Allgemeine Zoologie an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
Tel.: +49-345-55-26451
Web: http://www.zoologie.uni-halle.de/allgemeine_zoologie/staff/prof._dr._robert_paxt…
Mail: robert.paxton@zoologie.uni-halle.de

sowie
Tilo Arnhold (Deutsch, Englisch)
iDiv-Öffentlichkeitsarbeit
Tel.: +49 341 9733 109
Web: https://www.idiv.de/de/gruppen_und_personen/zentrales_management/presse/ansprech…

iDiv ist eine zentrale Einrichtung der Universität Leipzig im Sinne des § 92 Abs. 1 SächsHSFG und wird zusammen mit der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg und der Friedrich-Schiller-Universität Jena betrieben sowie in Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH – UFZ.
Beteiligte Kooperationspartner sind die folgenden außeruniversitären Forschungs-einrichtungen: das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH – UFZ, das Max-Planck-Institut für Biogeochemie (MPI BGC), das Max-Planck-Institut für chemische Ökologie (MPI CE), das Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie (MPI EVA), das Leibniz-Institut Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ), das Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB), das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) und das Leibniz-Institut Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz (SMNG).

https://www.idiv.de/de/news/news_single_view/news_article/scientists-r.html