Biotechnological approaches to fight fruit flies of agricultural importance
Biotechnologische Ansätze zur Fruchfliegen landwirtschaftlicher Bedeutung zu kämpfen
von Christian Ejikeme Ogaugwu
Datum der mündl. Prüfung:2012-04-18
Erschienen:2012-10-08
Betreuer:Prof. Dr. Ernst A. Wimmer
Gutachter:Prof. Dr. Ernst A. Wimmer
Gutachter:Prof. Dr. Gregor Bucher
Gutachter:Prof. Dr. Martin Göpfert
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Format:PDF
Zusammenfassung
Englisch
Tephritid fruit flies destroy fruits and vegetables, causing tremendous economic losses and bringing a barrier to trade in fruits, vegetables and their associated products. The Sterile Insect Technique (SIT), a target-specific and environment-friendly pest control method, has been used to combat several insect pests for over five decades and has proven to be quite effective against tephritids. Basically, SIT requires mass-production and mass-release of sterile insects to reduce the wild population of the same species. Sex separation prior to release is important in SIT for many insects as male-only release has been shown to achieve a more effective population control. Post release, the wild population and their released sterile counterparts need to be effectively monitored to ascertain the success of the programme. While SIT has achieved great success, improvements to the various technical aspects are constantly made as that will shape the method into a highly efficient, safer and cheaper programme to execute. Biotechnology has a great potential to bring desired improvements to SIT in ways that may be difficult to achieve by other means. This study aimed at an improvement of SIT using molecular biotechnological approaches. An early-acting sex separation system based on female-specific embryonic lethality was developed as a transgenic sex separation alternative for SIT in the Mediterranean fruit fly Ceratitis capitata using a sex-specifically spliced intron in a proapoptotic gene driven by a conditional heterologous transactivator under the control of a blastoderm-specific promoter. Transgene modification by site-specific recombination in the sexing effector line was further performed and subsequent stabilization of the transgene by transposase-induced partial removal of transposon inverted terminal repeat (ITR) achieved to make the line safer for application in operational SIT programmes. The strategy used for transgene stabilization also provides an avenue to combine other transgenic systems with the early-acting sexing system and to improve the efficiency of this site-specific recombination strategy in medfly, the upstream region of the maternal-effect and primordial germ cell gene nanos was isolated following characterization of the gene. The regulatory elements of this gene will be highly beneficial in constructing a more efficient site-specific recombination system, which should make it easier to achieve various desired transgenic system combinations and generate composite strains of medfly for a better SIT.
Keywords: Tephritids; pest management; Sterile Insect Technique; transgenesis; female-specific embryonic lethality; site-specific recombination; Ceratitis nanos gene
Weitere Sprachen
Fruchtfliegen der Familie Tephritidae
zerstören Obst und Gemüse, was zu enormen wirtschaftlichen
Verlusten führt, da der Handel mit Obst, Gemüse und daraus
resultierenden Produkten verhindert wird. Die Sterile Insekten
Technik (SIT), eine zielgenaue und umweltfreundliche
Schädlingsbekämpfung welche in den vergangen fünf Jahrzehnten zur
Bekämpfung verschiedener Schadinsekten genutzt wurde und sich als
sehr wirksam gegen Tephritiden herausgestellt hat. Grundsätzlich
erfordert SIT Massenproduktion und Massen-Freilassung von sterilen
Insekten, um die wilde Population der gleichen Spezies zu
reduzieren. Geschlechter Trennung vor der Freilassung ist wichtig
da durch die Freilassung ausschließlich männlichen Insekten eine
viel effektivere Populationkontrolle erreicht wird. Nach der
Freilassung muss die wilde Population und ihre freigesetzen sterile
Artgenossen effektiv überwacht werden, um den Erfolg des Programms
zu ermitteln. Während SIT große Erfolge erzielt hat, wurden stetig
Verbesserungen an den verschiedenen technischen Aspekten gemacht,
um die Methode effizienter, sicherer und billiger zu machen. Die
Biotechnologie hat ein großes Potenzial, um SIT in einer Weise zu
verbessern, die mit anderen Mitteln nur schwer zu erreichen wäre.
Ziel dieser Arbeit ist eine Verbesserung der SIT mittels
molekular-biotechnologischer Methoden. Eine bereits im Embryo
wirkende Alternative zur Geschlechtertrennung wurde in der
mediterranen Fruchtfliege Ceratitis capitata entwickelt. Hierzu
wurde ein reprimierbares, weibchen- und embryospezifisches
Letalitätssystems entwickelt. Um dies zu erreichen wurde ein
geschlechts-spezifisch gespleißtes Intron in ein proapoptotischen
Gen eingebracht und durch einen konditionalen heterologen
Transaktivator getrieben, welcher unter der Kontrolle eines
Blastoderm-spezifischen Promotors steht. Die genetische Veränderung
wurde mittels ortspezifischer Rekombination in die
Geschlechtsbestimmungs-Effektor Linie eingebracht und durch
teilweises Entfernen der invertierten terminalen
Wiederholungssequenz mittels Transposase stabilisiert, um diese
Linie sicherer für die Anwendung in den operativen SIT Programmen
zu machen. Diese Stabilisierungstrategie ermöglicht es andere
transgene Systeme mit dem früh wirkenden Geschlechtsbestimmungs
System zu kombinieren und damit die Effizienz der SIT zu steigern.
Um die Effizienz der ortspezifischen Rekombination in Ceratitis zu
erhöhen wurde der Bereich vor dem Maternaleffekt- und primordialen
Keimzell-Gens Nanos isoliert nach die Characterizierung dieses Gen.
Die regulatorischen Elemente dieses Gens werden helfen die
Konstruktion eines effizienteren ortspezifischen
Rekombinationssystems zu erreichen. Dadurch wird es einfacher
verschiedene transgene Systeme zu kombinieren um die SIT in der
mediterranen Fruchtfliege zu verbesseren.
Schlagwörter: Tephritids; Schädlingsbekämpfung; Sterile Insekten Technik; Transgenese; weibchen-spezifische embryonale Letalität; ortspezifische Rekombination; Ceratitis nanos Gen