Sex und das einzelne Gen

Alle Tiere sind von Geburt an mit einem artspezifischen Körperplan und Morphologie sowie eigene Verhaltensmuster (Instinkte) ausgestattet, die sich als stereotypische Reaktionen auf Umweltstimuli äußern. In den letzten paar Jahrzehnten sind große Fortschritte in der Enträtselung der molekulargenetischen Hintergründe morphologischer Entwicklung erzielt worden. Andererseits versteht man noch sehr wenig über die genetischen Ursachen von arttypischem Verhalten. Unsere Gruppe hat vor kurzem begonnen, das männliche Balzverhalten in Drosophila melanogaster als Modellverhalten zu untersuchen. Wir konnten zeigen, dass das fruitless Gen als Entwicklungsschalter fungiert, das sowohl notwendig als auch ausreichend ist, um das männliche Balzverhalten im Nervensystem der Fliege "fest zu verkabeln". Ziel des gegenständlichen Antrages ist zu untersuchen wie ein einzelnes Gen ein so komplexes Verhalten steuern kann. Wir werden zwei spezifischen Fragen nachgehen: (1) Was bestimmt wann und wo das fruitless Gen im Nervensystem exprimiert wird? (2) Welche der Transkriptionsfaktoren, für die das fruitless Gen kodiert, sind für das Balzverhalten zuständig? (3) Welche anderen Gene sind in den fruitless-exprimirienden Zellen für das Balzverhalten notwendig? Wir möchten dadurch unser Verständnis von angeborenen Verhaltensmustern von der Rolle eines einzelnen Genes zum Zusammenwirken einer komplexen genetischen Hierarchie erweitern. Zusätzlich motiviert uns die Erwartung, dass wir dabei auch allgemeine Prinzipien der Verhaltensentwicklung entdecken werden.

Alle Tiere kommen mit einem Set an angeborenen Verhaltensweisen zur Welt. Diese Ausstattung erlaubt es ihnen, auf ihre Umwelt angemessen zu reagieren. Ob Feinde, Beutetiere oder Fortpflanzungspartner rasche und adäquate Reaktionen sichern das Überleben und die Reproduktion. Die angeborenen Verhaltensmuster sind in der Erbsubstanz der Organismen abgespeichert. Sie werden in Form von genetischen Bauanleitungen für Nerven- Schaltkreise von Generation zu Generation weitergegeben. Unser Forschungsziel ist es, die genetischen Anweisungen für ein solches Verhaltensrepertoire im Detail zu entschlüsseln. Als "Modell" dient uns das Balzverhalten der männlichen Taufliege Drosophila melaogaster. Bereits in früheren Arbeiten konnten wir ein Gen mit dem Namen fruitless (fru) als eine Art genetischen Schalter identifizieren, der die betreffenden Schaltkreise vorprogrammiert. Dieses Gen wird bei männlichen und weiblichen Fliegen in unterschiedlicher Form wirksam. Mutierte Fliegenmännchen, denen fru fehlt, können nicht balzen. Weibchen, die genetisch so verändert wurden, dass sie die männliche Form des Gens aufweisen, verhalten sich wiederum wie Männchen und umwerben andere Weibchen. Die männliche Form von fru kommt in mehreren Varianten vor. In unserem Projekt wollten wir klären, welche Varianten für das Balzverhalten ausschlaggebend sind, an welcher Stelle im Nervensystem sie wirksam werden und wie sie die Entwicklung der entsprechenden Schaltkreise beeinflussen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass jede der fru-Varianten für gewisse Aspekte des Balzverhaltens zuständig ist. Einer Variante mit dem Namen fru-C kommt jedoch eine besonders wichtige Rolle zu. Wir konnten die einzelnen Varianten den entsprechenden Zellen im männlichen Nervensystem zuordnen, in denen sie wirksam sind. Dabei zeigte sich, dass diese Nervenzellen bei Männchen und Weibchen oft unterschiedlich aufgebaut sind. Die meisten dieser Unterschiede lassen sich auf die Funktion der fru-C Variante zurückführen. Unsere Erkenntnisse offenbaren, wie das fru-Gen die geschlechtsspezifische Architektur des Nervensystems auf der Ebene der Zellen formt. Damit haben wir auch einen Hinweis darauf gefunden, wie Geschlechtsunterschiede in der Zellstruktur zu unterschiedlichen männlichen und weiblichen Verhaltensweisen beitragen könnten. Als nächsten und sehr wichtigen Schritt in diesem Forschungsvorhaben wollen wir klären, wie fru die Form und Funktion der Zellen verändert und wie diese Unterschiede sich wiederum auf das Fortpflanzungsverhalten der Fliege auswirken.