Temperature Dependent Sex Determination In Zebrafish (Danio rerio)

Abstract

Zusammenfassung In den letzten Jahrzenten sind zebrafische (Danio rerio) sind ein wichtiges Modell für das Verständnis der Entwicklung von Wirbeltieren geworden, dennoch ist ihre Geschlechtsentwicklung bis heute nicht geklärt. Bislang konnten zum Beispiel keine Geschlechtschromosomen identifiziert werden, es werden eher eine Reihe von Genen mit der Geschlechtsentwicklung und -Ausprägung in Verbindung gebracht. Darüber hinaus haben Umweltfaktoren wie Wasser, Temperatur oder der pH-Wert ebenfalls einen Einfluss auf die Geschlechtsentwicklung. Bislang wurden nur wenige Studien über temperaturabhängige Geschlechtsbestimmung beim zebrafisch durchgeführt. Die Zielsetzungen dieser Arbeit sind daher zum einen die Erforschung des Einflusses einer erhöhten Aufzuchttemperatur von 35°C auf die Geschlechtsausprägung zum Zeitpunkt der Embryogenese und zum anderen die Geschlechtsausprägung während der Larvenentwicklung.Im ersten Versuch wurde der Effekt eines frühen Hitzeschocks (35°C) während der Embryogenese auf das phänotypische Geschlecht bei zebrafischen (Danio rerio) untersucht. Dazu wurden Eier von drei goldfarbenen Rognern mit einem mitotisch gynogenetischen Milchner gekreuzt. Die befruchteten Eier wurden anschließend für eine Dauer von 5-10 hpf, 5-24 hpf und 5-48 hpf bei einer Haltungstemperatur von 35°C anstelle von 28.5°C erbrütet. Die gewählten unterschiedlichen Zeiträume entsprechen der Embryonalentwicklung, hierbei werden folgende Phasen unterschieden, zunächst die Gastrulaphase (5-10 hpf) anschließend folgt die Gastrula-und Segmentierungsphase (5-24 hpf) sowie die Pharyngulaphase (5-48 hpf), die an die vorausgegangenen Phasen anschließt.Im zweiten Experiment wurde der Effekt einer erhöhten Haltungstemperatur (35°C) über einen Zeitraum von 10 Tagen (20-30 dpf oder 25-35 dpf) auf die phänotypische Geschlechtsdifferenzierung der Larven untersucht. Für den ersten Versuchszeitraum wurden die Larven aus Verpaarungen zwischen vier normalen goldenen Weibchen und einem normalen Männchen (NM) generiert. Im zweiten Versuchszeitraum wurden Larven aus einer Kreuzung aus sechs normalen goldenen Weibchen und einem mitotisch gynogenetischen Männchen (Gyn.) verwendet. Alle Larven wurden bis zum Beginn der Temperaturbehandlung bei 28.5°C gehalten. Die Versuchsgruppen setzten sich aus zwei Behandlungsgruppen 20-30 dpf und 25-35 dpf bei jeweils 35°C sowie den entsprechenden Kontrollgruppen (28.5°C) zusammen.Aus der vorliegenden Untersuchung lassen sich folgende Ergebnisse entnehmen zum einen: - dass die Wassertemperatur eine starke Wirkung auf die Festlegung des Geschlechts zum Zeitpunkt der frühen Embryonalphase (Gastrulaphase) hat und später während des Larvenstadiums einen erheblichen Einfluss auf die Geschlechtsdifferenzierung (25-35 dpf) besitzt. - zum anderen besteht die Möglichkeit die Geschlechtsausprägung in der frühen Embryonalentwicklung durch eine erhöhte Haltungstemperatur (35°C) zu ändern. Mit Hilfe eines Hitzeschocks (35°C) zum Zeitpunkt der Gastrulaphase (5-10 hpf) kann das phänotypische Geschlecht verändert werden. - temperaturabhängige Geschlechtsausprägung beim Zebrafisch ist beeinflusst von beiden Elterntieren, einer Interaktion der Genotypen sowie von den vorherrschenden Umweltfaktoren. - vor allem ein phänotypisches Geschlecht scheint bei Zebrafischen besonders anfällig gegenüber einer Temperaturbehandlung (Zeitfenster von 25-35 dpf) zu sein, da ein Anteil der phänotypischen Varianz durch Interaktionen zwischen dem Genotyp und der Umwelt verursacht werden.