Die meisten Tiere pflanzen sich sexuell fort. Eine Eizelle des Weibchens wird dabei von Spemien des Männchens befruchtet. Bei manchen Arten können sich jedoch auch aus unbefruchteten Eiern Nachkommen entwickeln. Ein klassisches Beispiel für diese sogenannte Parthenogenese oder Jungfernzeugung sind Honigbienen, bei denen die männlichen Drohnen aus unbefruchteten Eiern schlüpfen. Bei anderen Insektenarten entwickeln sich aus unbefruchteten Eiern ausschließlich Weibchen. Während bei manchen Tierarten die Jungfernzeugung obligatorisch ist, gehen andere nur dazu über, wenn zu wenige Männchen zur Verfügung stehen. Auch bei manchen Fischen, Vögeln und Reptilien wurden bereits Fälle von Jungfernzeugung beobachtet, insbesondere in Zoos, wenn Weibchen dauerhaft von Männchen getrennt leben.
Relevante Enzyme identifiziert
Doch wie sind manche Tierarten in der Lage, bei Bedarf zur Jungfernzeugung zu wechseln? Dieser Frage ist ein Team um Alexis Sperling von der University of Cambridge in Großbritannien mit Hilfe von Fruchtfliegen nachgegangen. Bei der Art Drosophila mercatorum pflanzen sich manche Populationen natürlicherweise ungeschlechtlich fort, andere dagegen geschlechtlich. In einem ersten Schritt sequenzierten Sperling und ihr Team das Genom von Individuen aus einer Population mit ungeschlechtlicher und einer mit geschlechtlicher Fortpflanzung und verglichen zusätzlich, welche Gene jeweils in den heranreifenden Eiern abgelesen werden.
Dabei stellten sie fest, dass in den jungfräulich gezeugten Eiern zahlreiche Gene stärker oder schwächer abgelesen wurden als in geschlechtlich gezeugten. Unter anderem wurde ein Gen verstärkt abgelesen, das das Enzym Proteinkinase PLK1 codiert. Dieses Enzym spielt eine wichtige Rolle bei der Aufteilung des Erbguts auf Tochterzellen. Ein anderes Enzym, die sogenannte Desaturase, die unter anderem die Struktur der Zellmembran beeinflusst, wurde dagegen in den parthenogenetischen Eiern weniger hergestellt.
Genmanipulation ermöglicht ungeschlechtliche Fortpflanzung
Um herauszufinden, inwieweit diese Gene bestimmen, ob sich das aus dem jeweiligen Ei schlüpfende Individuum geschlechtlich oder ungeschlechtlich fortpflanzt, griffen die Forschenden auf eine andere Art von Fruchtfliegen zurück, Drosophila melanogaster. Diese als Modellorganismus bekannte Fruchtfliegenart pflanzt sich von Natur aus nur geschlechtlich fort. Mit gentechnischen Methoden veränderte das Forschungsteam die D. melanogaster-Gene nach dem Vorbild des parthenogenetischen D. mercatorum-Stamms – und veränderte damit die Fortpflanzung der Fliegen: „Zwei zusätzliche Kopien von Proteinkinase PLK1 in Verbindung mit einer verminderten Desaturase-Expression reichen aus, um die Embryogenese in unbefruchteten D. melanogaster-Eiern einzuleiten“, berichtet das Team. Aus den unbefruchteten, genetisch manipulierten Eiern entwickelten sich Weibchen, die fortan in der Lage waren, sich ohne Männchen fortzupflanzen.
