Martina Meyering-Vos

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Forschungsbereich

Die Metamorphose, Reproduktion und Entwicklung der Insekten werden durch Juvenilhormone gesteuert. Die Biosynthese und Sekretion der Juvenilhormone aus endokrinen Drüsen, den Corpora allata, wird durch neuronale und neurohormonale Signale des Gehirns kontrolliert. In den letzten Jahren wurden verschiedene Typen von Neurohormonen identifiziert, die die Funktion der Corpora allata beeinflussen und entweder hemmend (allatostat) oder stimulierend (allatotrop) wirken. Die ersten Allatostatine (AST) wurden 1989 bei Schaben entdeckt. Bisher wurden über 300 Allatostatine aus verschiedensten Insektenordnungen, aber auch aus anderen Arthropoden isoliert und identifiziert. Diese große Gruppe von Neuropeptiden kann anhand von charakteristischen, strukturelle Eigenschaften in drei Familien (AST-Typ A oder Phe-Gly-Leu-Amide; AST-Typ B oder W²-W⁹-bzw. W(X)₆W-Amide und AST-Typ C oder Manse-Typ bzw.PISCF-OH Peptide) eingeteilt werden. Die Peptide scheinen multifunktionell zu sein, und wirken auf die Juvenilhormon- und Ecdysteroidbiosynthese, auf die Vitellogeninbiosynthese, auf Ionentransportprozesse und auf das Verdauungssystem. Daneben sind die allatoregulierenden Peptide Teil der großen Gruppe von myoaktiven Peptiden, zu denen u.a. auch die Sulfakinine gehören. Die Sulfakinine bilden eine interessante Insekten-Neuropeptidgruppe, da sie strukturelle Homologien zur Gastrin/Cholecystokinin-Familie der Vertebraten haben. Diese Vertebratenpeptiden wirken ebenfalls myoaktiv und kontrollieren darüber hinaus auch Verdauungsprozesse. Die Untersuchungsobjekte in meiner Arbeitsgruppe sind Gryllus bimaculatus, Mittelmeerfeldgrille (Ensifera, Gryllidae) und Spodoptera frugiperda, Heerwurm (Lepidoptera, Noctuidae).

http://www.digital-nature-photography.com/ Gryllus bimaculatus	http://www.inra.fr/papillon/noctuid/amphipyr/texteng/s_frugip.htm Spodoptera frugiperda

Projekte:

Identifkation von Neuropeptid-Gensequenzen aus der Mittelmeerfeldgrille, Gryllus bimaculatus und dem Heerwurm, Spodoptera frugiperda

In den letzten Jahren wurden in unserer Arbeitsgruppe, z.T. in Kooperation mit Prof. F. Sehnal (Institut für Entomologie, Akademie der Wissenschaften, Ceske Budejovice, Tschechien) einige cDNA-Strukturen allatoregulierender Neuropeptidgene aus Gryllus bimaculatus und Spodoptera frugiperda molekular charakterisiert. Bei den Allatostatinen des A- und B-Typs werden mehrere Peptide jeweils von einem Precursor freigesetzt. Mögliche Zusammenhänge zwischen der Anzahl der Peptide, ihrer strukturellen Vielfalt und ihren Effekten wurden dargestellt. Auf dem Gen für die Allatostatine des Typs C und dem Gen des Allatotropins sind nur jeweils ein Peptid codiert. Einen weitereren Schwerpunkt meiner Arbeit bildet die Analyse von Sulfakiningenen. Von dem dazugehörigen Precursor aus Gryllus bimaculatus wurden zwei Peptide abgeleitet, die wie bei der Gastrin/Cholecystokinin Familie der Vertebraten ein C-terminales bioaktives Tyrosin aufweisen, das potentiell sulfatiert ist. Durch einen Vergleich der bisher bekannten Peptidstrukturen, den dazugehörigen Gensequenzen sowie der Identifikation von Homologien zwischen den Invertebraten- und Vertebratenneuropeptiden könnte ein Urahnen-Peptid abgeleitet werden. Bei diesen Arbeiten werden molekularbiologische und gentechnische Methoden verwendet (cDNA-Bibliothek, RACE, Klonierung, Fermentation, Southern und Northern Analysen, Sequenzalignment und phylogentische Analysen).


Lokalisation und Expression von Insektenneuropeptiden

Die Lokalisation und Expression der allatoregulierenden Neuropeptide und Sulfakinine in verschiedenen Geweben aus dem hemimetabolen Modellinsekt Gryllus bimaculatus (Ensifera) und vergleichend dazu aus dem holometabolen Fraßschädling Spodoptera frugiperda werden in meiner Arbeitsgruppe mit Immunohistochemie, in situ Hybridisierung, in situ RT-PCR und quantitativer real-time PCR analysiert. Dabei wird eine Abhängigkeit der Expression von der Entwicklungsstufe der Tiere und von verschiedenen physiologischen Zuständen untersucht.


Neuropeptide in der Insektenentwicklung: Analyse der Genfunktion nach RNA Interferenz (RNAi)

Ein weiteres Ziel dieser Arbeit ist die Funktionsanalyse der Neuropeptide durch Untersuchungen der Morphologie, des Verhalten und der Physiologie nach Ausschaltung der Genexpression (gene silencing) mit der RNA Interferenzmethode, die bereits im Rahmen dieses Projektes bei verschiedenen Insektenarten etabliert wurde. Dabei konnte gezeigt werden, dass die RNAi durch Injektion oder Fütterung von dsRNA bei der Mittelmeerfeldgrille und dem Heerwurm ausgelöst werden kann. In einer Projektstudie in Kooperation mit L. Vannini (AG Prof. F. Frati, Universität Siena, Italien) konnte die RNAi Methode auch bei einer Dipterenart optimiert werden.
Ein Schwerpunkt der Arbeiten liegt auf der Analyse der Juvenilhormontiter mittels der LC-MS Methode vor und nach der Genstilllegung allatoregulierender Neuropeptide. Außerdem wird in Zusammenarbeit mit Prof. J. Woodring die Wirkung der allatoregulierenden Peptide und der Sulfakinine auf das Verdauungssystem und das Freßverhalten der Insekten untersucht. Weiterhin interessieren wir uns für die Regulation der Reproduktion, d.h. für den Einfluß der Neuropeptide auf das Verpaarungsverhalten und die Fertilität.
Hierbei kommen molekularbiologische (RNAi, quantitative RT-PCR) und biochemisch/physiologische Methoden (radiochemischer Assay, ELISA, LC-MS) zum Einsatz)
Diese Arbeiten könnten als Grundlage zur Entwicklung neuartiger Insektizide dienen.

Die Arbeiten wurden von der DFG (Ho 631/15-3-4 und ME 2034/1-3) unterstützt