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    Sonderforschungsbereich 1047

    Projekt B3 Spaethe

    Timing Mechanismen bei der Komplexaugen-Entwicklung von Arbeiterinnen, Königinnen und Drohnen der Honigbiene

    Zusammenfassung

    Bei der Honigbiene, Apis mellifera, unterscheiden sich die Königin, Arbeiterinnen und Drohnen nicht nur in ihrem Erscheinungsbild und ihrer Physiologie, sondern auch in ihrer Entwicklungsdauer, die z.B. bei Drohnen um etwa 50% länger ist als bei Königinnen. Eine zentrale Rolle bei der Ausbildung der morphologischen und physiologischen Eigenschaften der jeweiligen Kaste spielt dabei das Timing spezifischer  Entwicklungsprogramme in der Juvenilphase.

    Ziel des Projektes ist es, die Mechanismen aufzudecken, die zur spezifischen  Zusammensetzung der Komplexaugen bei Arbeiterinnen, Königinnen und Drohnen führen. Die Verteilung und die Häufigkeit der drei Fotorezeptortypen im Komplexauge, die ihre maximale Empfindlichkeit im ultravioletten, blauen und grünen Spektralbereich haben, unterscheidet sich zwischen den Kasten und Geschlechtern und ist dem jeweiligen Verhalten angepasst. Neben ihrer Funktion als Sehorgan spielen die Komplexaugen vermutlich noch eine wichtige Rolle bei der Lichtrezeption, die die Synchronisation circadianer Rhythmen und der inneren Uhr steuert.

    In diesem Projekt soll in einem ersten Schritt das Timing der Expression spezifischer Transkriptionsfaktoren, die während der Puppenentwicklung die Expression der Sehpigmente in den Fotorezeptoren und Ommatidien steuern, identifiziert werden. Im nächsten Schritt soll dann mittels „Knock-down“ Experimenten ausgewählte Transkriptionsfaktoren innerhalb definierter Zeitfenster ausgeschaltet werden, um Bienen mit unterschiedlichen „spektralen Phänotypen“ zu generieren. Die unterschiedlichen „spektralen Phänotypen“ sollen schließlich in Verhaltensversuchen getestet werden, um die Funktion und den adaptiven Wert einzelner Fotorezeptor- bzw. Ommatidien-Typen für das Farbensehen und die Synchronisation der inneren Uhr zu  quantifizieren.

    Bild 1: Analyse der Opsinexpressionsmuster mit Hilfe von in situ Hybridisierung (links) und Immunohistochemie (rechts) während der Puppenentwicklung.

    Publikationen

    • Neuronal Plasticity in the Mushroom-Body Calyx of Bumble Bee Workers During Early Adult Development. Kraft, Nadine; Spaethe, Johannes; Rössler, Wolfgang; Groh, Claudia. In Dev Neurobiol, 79(4), pp. 287–302. 2019.
    • Distributed plasticity in ant visual pathways following colour learning. Yilmaz, Ayse; Grübel, Kornelia; Spaethe, Johannes; Rössler, Wolfgang. In Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 286(1896), p. 20182813. 2019.
    • Opsin expression patterns coincide with photoreceptor development during pupal development in the honey bee, Apis mellifera.. Lichtenstein, Leonie; Grübel, Kornelia; Spaethe, Johannes. In BMC Developmental Biology, 18(1), p. 1. 2018.
    • Length of stimulus presentation and visual angle are critical for efficient visual PER conditioning in the restrained honey bee, Apis mellifera. Lichtenstein, Leonie; Lichtenstein, Matthias; Spaethe, Johannes. In Journal of Experimental Biology, 221(14), p. jeb179622. 2018.
    • Pitfalls of using confocal-microscopy based automated quantification of synaptic complexes in honeybee mushroom bodies (response to Peng and Yang 2016). Rössler, Wolfgang; Spaethe, Johannes; Groh, Claudia. In Scientific Reports, 7(1), p. 9786. 2017.
    • Innate colour preference, individual learning and memory retention in the ant Camponotus blandus.. Yilmaz, Ayse; Dyer, Adrian G.; Rössler, Wolfgang; Spaethe, Johannes. In Journal of Experimental Biology, 220(18), pp. 3315–3326. 2017.
    • Learning performance and brain structure of artificially-reared honey bees fed with different quantities of food. Steijven, Karin; Spaethe, Johannes; Steffan-Dewenter, Ingolf; Härtel, Stephan. In PeerJ, 5, p. e3858. 2017.
    • Age-related and light-induced plasticity in opsin gene expression and in primary and secondary visual centers of the nectar-feeding ant Camponotus rufipes. Yilmaz, Ayse; Lindenberg, Annekathrin; Albert, Stefan; Grübel, Kornelia; Spaethe, Johannes; Rössler, Wolfgang; Groh, Claudia. In Developmental Neurobiology. 2016.
    • Dumb and Lazy? A Comparison of Color Learning and Memory Retrieval in Drones and Workers of the Buff-Tailed Bumblebee, Bombus terrestris, by Means of PER Conditioning. Lichtenstein, Leonie; Sommerlandt, Frank M J; Spaethe, Johannes. In PLoS One, 10(7), p. e0134248. 2015.

    Kontakt/Contact

    Dr. Johannes Spaethe
    Behavioral Physiology and Sociobiology (Zoology II)
    University of Würzburg, Biozentrum
    Am Hubland
    97074 Würzburg, Germany

    Phone: +49 931 31 83408
    Fax:   +49 931 31 84309
    Mail:  johannes.spaethe@uni-wuerzburg.de
    Web: Johannes Spaethe's Homepage