Filtern
Dokumenttyp
- Wissenschaftlicher Artikel (2)
- Dissertation (2)
- Rezension (1)
Gehört zur Bibliographie
- ja (5)
Schlagworte
- honey bee (5) (entfernen)
Institut
- Institut für Biochemie und Biologie (5) (entfernen)
The Western honey bee (Apis mellifera) is widely used as commercial pollinator in worldwide agriculture and, therefore, plays an important role in global food security. Among the parasites and pathogens threatening health and survival of honey bees are two species of microsporidia, Nosema apis and Nosema ceranae. Nosema ceranae is considered an emerging pathogen of the Western honey bee. Reports on the spread of N. ceranae suggested that this presumably highly virulent species is replacing its more benign congener N. apis in the global A. mellifera population. We here present a 12 year longitudinal cohort study on the prevalence of N. apis and N. ceranae in Northeast Germany. Between 2005 and 2016, a cohort of about 230 honey bee colonies originating from 23 apiaries was sampled twice a year (spring and autumn) resulting in a total of 5,600 bee samples which were subjected to microscopic and molecular analysis for determining the presence of infections with N. apis or/and N. ceranae. Throughout the entire study period, both N. apis- and N. ceranae-infections could be diagnosed within the cohort. Logistic regression analysis of the prevalence data demonstrated a significant increase of N. ceranae-infections over the last 12 years, both in autumn (reflecting the development during the summer) and in spring (reflecting the development over winter) samples. Cell culture experiments confirmed that N. ceranae has a higher proliferative potential than N. apis at 27. and 33 degrees C potentially explaining the increase in N. ceranae prevalence during summer. In autumn, characterized by generally low infection prevalence, this increase was accompanied by a significant decrease in N. apis- infection prevalence. In contrast, in spring, the season with a higher prevalence of infection, no significant decrease of N. apis infections despite a significant increase in N. ceranae infections could be observed. Therefore, our data do not support a general advantage of N. ceranae over N. apis and an overall replacement of N. apis by N. ceranae in the studied honey bee population.
Das biogene Amin Serotonin (5-Hydroxytryptamin, 5-HT) agiert als wichtiger chemischer Botenstoff bei einer Vielzahl von Organismen. Das durch 5 HT vermittelte Signal wird dabei durch spezifische Rezeptoren wahrgenommen und in eine zelluläre Reaktion umgesetzt. Diese 5 HT Rezeptoren gehören überwiegend zur Familie der G Protein gekoppelten Rezeptoren (GPCRs). Die Honigbiene Apis mellifera bietet unter anderem aufgrund ihrer eusozialen Lebensweise vielfältige Ansatzpunkte zur Erforschung der Funktionen des serotonergen Systems in Insekten. Bei A. mellifera wurden bereits vier 5-HT-Rezeptor-Subtypen beschrieben und molekular sowie pharmakologisch charakterisiert: Am5 HT1A, Am5 HT2α, Am5 HT2β und Am5 HT7. Ziel dieser Arbeit war es, gewebespezifische sowie alters- und tageszeitabhängige Expressionsmuster der 5 HT Rezeptor-Subtypen zu untersuchen, um zu einem umfassenden Verständnis des serotonergen Systems der Honigbiene beizutragen und eine Basis zur Hypothesenentwicklung für mögliche physiologische Funktionen zu schaffen.
Es wurde die Expression der 5 HT Rezeptorgene sowohl im zentralen Nervensystem, als auch in Teilen des Verdauungs-, Exkretions- und Speicheldrüsensystems gemessen. Dabei konnte gezeigt werden, dass die untersuchten 5-HT-Rezeptor-Subtypen generell weit im Organismus der Honigbiene verbreitet sind. Interessanterweise unterschieden sich die untersuchten Gewebe hinsichtlich der mRNA-Expressionsmuster der untersuchten Rezeptoren. Während beispielsweise im Gehirn Am5 ht1A und Am5 ht7 stärker als Am5 ht2α und Am5 ht2β exprimiert wurden, zeigte sich in Darmgewebe ein umgekehrtes Muster.
Es war bereits bekannt, dass es bei der Expression der Am5-ht2-Gene zu alternativem Spleißen kommt. Dies führt zur Entstehung der verkürzten mRNA-Varianten Am5 ht2αΔIII und Am5 ht2βΔII. Die daraus resultierenden Proteine können nicht als funktionelle GPCRs agieren. Es konnte gezeigt werden, dass diese verkürzten Spleißvarianten dennoch ubiquitär in der Honigbiene exprimiert werden. Bemerkenswerterweise wurden gewebeübergreifende Ähnlichkeiten der Expressionsmuster der Spleißvarianten gegenüber deren zugehörigen Volllängenvarianten festgestellt, welche auf Funktionen der verkürzten Varianten in vivo hindeuten.
Im Hinblick auf die bei A. mellifera hauptsächlich altersbedingte Arbeitsteilung wurde die Expression der 5 HT Rezeptor-Subtypen in Gehirnen von unterschiedlich alten Arbeiterinnen mit unterschiedlichen sozialen Rollen verglichen. Während auf mRNA-Ebene keines der vier 5 HT Rezeptor-Subtypen eine altersabhängig unterschiedliche Expression zeigte, konnte für das Am5-HT1A-Protein eine höhere Konzentration in den Gehirnen älterer Tiere gefunden werden. Dies deutet auf eine posttranskriptionale Regulation der 5 HT1A Rezeptorexpression hin, welche im Zusammenhang mit der Arbeitsteilung stehen könnte.
Es erfolgte die Untersuchung tageszeitlicher Änderungen sowohl der Expression der 5 HT Rezeptor-Subtypen, als auch des biogenen Amins 5 HT selbst. Während es in den Gehirnen von Arbeiterinnen, welche unter natürlichen Bedingungen gehalten wurden, zu keiner tageszeitabhängigen Veränderung des 5 HT-Titers kam, zeigte die mRNA-Expression von Am5-ht2α und Am5-ht2β eine periodische Oszillation mit Zunahme während des Tages und Abnahme während der Nacht. Diese Regulation wird durch externe Faktoren hervorgerufen und ist nicht auf einen endogenen circadianen Rhythmus zurückzuführen. Dies ging aus der Wiederholung der Expressionsmessungen an Gehirnen von Bienen, welche unter konstanten Laborbedingungen gehalten wurden, hervor.
Weiterhin wurde die Beteiligung des serotonergen Systems an der Steuerung von Aspekten des circadianen lokomotorischen Aktivitätsrhythmus anhand von Verhaltensexperimenten untersucht. Mit 5 HT gefütterte Arbeiterinnen zeigten dabei unter konstanten Bedingungen eine längere Periode des Aktivitätsrhythmus als Kontrolltiere. Dies deutet auf einen Einfluss von 5 HT auf die Modulation der Synchronisation der inneren Uhr hin.
Die vorliegenden Ergebnisse tragen wesentlich zum tieferen Verständnis des serotonergen Systems der Honigbiene bei und bieten Ansatzpunkte für weitergehende Studien zur Funktion von 5 HT im Zusammenhang mit der Modulation von physiologischen Prozessen, Arbeitsteilung und circadianen Rhythmen.
Die Honigbiene Apis mellifera zeigt innerhalb einer Kolonie eine an das Alter gekoppelte Arbeitsteilung. Junge Honigbienen versorgen die Brut (Ammenbienen), während ältere Honigbienen (Sammlerinnen) außerhalb des Stocks Pollen und Nektar eintragen. Die biogenen Amine Octopamin und Tyramin sind an der Steuerung der Arbeitsteilung maßgeblich beteiligt. Sie interagieren mit Zielzellen über die Bindung an G Protein gekoppelte Rezeptoren. A. mellifera besitzt fünf charakterisierte Octopaminrezeptoren (AmOctαR1, AmOctβR1-4), einen charakterisierten Tyraminrezeptor (AmTyr1) sowie einen weiteren putativen Tyraminrezeptor.
In der vorliegenden Arbeit wurde dieser putative Aminrezeptor als zweiter Tyraminrezeptor (AmTyr2) identifiziert, lokalisiert und pharmakologisch charakterisiert.
Die von der cDNA abgeleitete Aminosäuresequenz weist strukturelle Eigenschaften und konservierte Motive von G Protein gekoppelten Rezeptoren auf. Phylogenetisch ordnet sich der AmTyr2 Rezeptor bei den Tyramin 2 Rezeptoren anderer Insekten ein. Die funktionelle und pharmakologische Charakterisierung des putativen Tyraminrezeptors erfolgte in modifizierten HEK293 Zellen, die mit der Rezeptor cDNA transfiziert wurden. Die Applikation von Tyramin aktiviert Adenylylcyclasen in diesen Zellen und resultiert in einem Anstieg des intrazellulären cAMP Gehalts. Der AmTyr2 Rezeptor kann durch Tyramin in nanomolaren Konzentrationen halbmaximal aktiviert werden. Während es sich bei Octopamin um einen wirkungsvollen Agonisten des Rezeptors handelt, sind Mianserin und Yohimbin effektive Antagonisten. Für die Lokalisierung des Rezeptorproteins wurde ein polyklonaler Antikörper generiert. Eine AmTyr2-ähnliche Immunreaktivität zeigt sich im Gehirn in den optischen Loben, den Antennalloben, dem Zentralkomplex und in den Kenyon Zellen der Pilzkörper.
Des Weiteren wurde die Rolle der Octopamin- und Tyraminrezeptoren bei der Steuerung der altersabhängigen Arbeitsteilung analysiert.
Die Genexpression des AmOctαR1 in verschiedenen Gehirnteilen korreliert unabhängig vom Alter mit der sozialen Rolle, während sich die Genexpression von AmOctβR3/4 und den Tyraminrezeptoren AmTyr1 und AmTyr2 maximal mit dem Alter aber nicht der sozialen Rolle ändert. Sammlerinnen weisen einen höheren Octopamingehalt im Gesamtgehirn auf als Ammenbienen; bei Tyramin zeigen sich keine Unterschiede. Während Tyramin offensichtlich keine direkte Rolle spielt, werden durch Octopamin gesteuerte Prozesse der altersabhängigen Arbeitsteilung bei der Honigbiene vermutlich über den AmOctαR1 vermittelt.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen die wichtige Rolle von biogenen Aminen, insbesondere Octopamin bei der sozialen Organisation von Insektenstaaten.
The biogenic amine octopamine is an important neuromodulator, neurohormone and neurotransmitter in insects. We here investigate the role of octopamine signaling in honey bee phototaxis. Our results show that groups of bees differ naturally in their phototaxis. Pollen forgers display a lower light responsiveness than nectar foragers. The lower phototaxis of pollen foragers coincides with higher octopamine titers in the optic lobes but is independent of octopamine receptor gene expression. Increasing octopamine brain titers reduces responsiveness to light, while tyramine application enhances phototaxis. These findings suggest an involvement of octopamine signaling in honey bee phototaxis and possibly division of labor, which is hypothesized to be based on individual differences in sensory responsiveness.
In this BEEBOOK paper we present a set of established methods for quantifying honey bee behaviour. We start with general methods for preparing bees for behavioural assays. Then we introduce assays for quantifying sensory responsiveness to gustatory, visual and olfactory stimuli. Presentation of more complex behaviours like appetitive and aversive learning under controlled laboratory conditions and learning paradigms under free-flying conditions will allow the reader to investigate a large range of cognitive skills in honey bees. Honey bees are very sensitive to changing temperatures. We therefore present experiments which aim at analysing honey bee locomotion in temperature gradients. The complex flight behaviour of honey bees can be investigated under controlled conditions in the laboratory or with sophisticated technologies like harmonic radar or RFID in the field. These methods will be explained in detail in different sections. Honey bees are model organisms in behavioural biology for their complex yet plastic division of labour. To observe the daily behaviour of individual bees in a colony, classical observation hives are very useful. The setting up and use of typical observation hives will be the focus of another section. The honey bee dance language has important characteristics of a real language and has been the focus of numerous studies. We here discuss the background of the honey bee dance language and describe how it can be studied. Finally, the mating of a honey bee queen with drones is essential to survival of the entire colony. We here give detailed and structured information how the mating behaviour of drones and queens can be observed and experimentally manipulated.
The ultimate goal of this chapter is to provide the reader with a comprehensive set of experimental protocols for detailed studies on all aspects of honey bee behaviour including investigation of pesticide and insecticide effects.