Martin Beye, Dr. rer. nat.

Untersuchungen zur genetischen Grundlage der haplodiploiden Geschlechtsbestimmung und des sozialen Verhaltens

Kumulative Habilitationsschrift zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium habilitatus (Dr. rer. nat. habil.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
Beschlußdatum 08.12.2005

Abstract
Geschlechtsbestimmung ist ein allgemeines biologisches Prinzip und die Auswahl zwischen zwei alternativen Reaktionswegen, dem der weiblichen und der männlichen Entwicklung, ist ein Paradigma für Entscheidungsfindung in der Embryonalentwicklung. Obwohl das Prinzip der geschlechtlichen Entwicklung sehr konserviert ist, unterscheiden sich die initialen Signale in den verschiedenen Arten. Haplodiploide Organismen umfassen ungefähr 20% der Tierarten. Männchen entwickeln sich aus unbefruchteten, Weibchen aus befruchteten Eiern. Der complementary sex determiner (csd) locus wurde in der Honigbiene mittels genetischer Kartierung und positioneller Klonierung isoliert. csd ist das primäre geschlechtsbestimmende Signal und besitzt mehrere Allele, die in der Population segregieren. csd-Aktivität wird für die weibliche Entwicklung gebraucht, wie dies anhand von Repressionsstudien gezeigt werden konnte. Strukturelle Ähnlichkeit zum tra Gen von >Drosophila weist auf funktionelle Ähnlichkeiten von ansonsten unverwandten Mechanismen hin. Entscheidungsfindung ist ein generelle Basis für die Regulation von biologischen Prozessen und tritt nicht nur in der Geschlechtsbestimmung auf. Ein komplexer Vorgang der Entscheidungsfindung ist die Arbeitsteilung in sozialen Insektenkolonien. Unterschiede im Sammelverhalten haben zum Teil genetische Ursachen und einige Kandidaten-Loci konnten mit Hilfe von QTL-Analysen identifiziert werden. Genetische Komponenten beeinflussen die Erkennung von Nestgenossen, wie Studien an Ameisennestern belegen konnten.

Sex determination is a very common biological principle and the choice between two alternative pathways, the female and male development, is a paradigm for developmental decision-making. Although the principal of sexual regulation is rather conserved, the initial mechanism varies considerably between species. Haplodiploid organisms comprise about 20% of animals. Males develop from unfertilized eggs while females are derived from fertilized eggs. The complementary sex determiner (csd) locus has been isolated in the honey bee by a genetic mapping and a positional cloning approach. csd acts as the primary sex-determining signal with several alleles segregating in populations. Males are hemizygous and females are heterozygous at this locus; non-reproducing diploid males occur when the locus is homozygous. csd activity is required for female development as shown by repression analysis. These results establish csd as a novel primary signal that governs sexual development by its allelic composition. Structural similarity of csd with tra genes of Dipteran insects suggests some functional relation of what would otherwise appears to be unrelated sex-determination mechanisms. Decision-making is a general basis of the regulation of biological processes and is not solely found in sexual differentiation. A complex process of decision-making is found among various behavioral tasks in social insect colonies. Differences in foraging behavior partly have a genetic basis and some candidate loci have been identified by QTL-analysis. Studies of field colonies of ants have established that genetic components influence the recognition of nest mates.

Keywords:
Geschlechtsbestimmung, Evolution, Differenzierung, Selektion, Entscheidung, Arbeitsteilung, Honigbiene, Ameise, Apis mellifera

Sex determination, evolution, differentiation, selection, decision, behavior, division of labor, honey bee, ant, Apis mellifera

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