New molecular technologies to improve the Sterile Insect Technique for the Mediterranean fruitfly <i>Ceratitis capitata</i> (Diptera; Tephritidae)

Abstract

Schadinsekten verursachen enorme wirtschaftliche Verluste sowohl im Bereich der Viehzucht als auch in der Agarwirtschaft. Die Mittelmeerfruchtfliege Ceratitis capitata (Wiedemann Diptera: Tephritidae;) gehört zu den weltweit bedeutendsten und invasivsten Schädlingen, durch die Bauern jährlich mehrere Milliarden Dollar verlieren. Im letzten Jahrhundert wurden in großem Umfang Insektizide zur Schädlingsbekämpfung eingesetzt und sind auch heute noch gegen Ceratitis und andere Schadinsekten im Einsatz. Um den Einsatz von Insektiziden zu reduzieren und eine spezies-spezifischere Schädlingsbekämpfung zu gewährleisten, müssen existierende Methoden verbessert werden. In den letzten Jahrzehnten eröffneten biologische Ansätze neue Möglichkeiten zur Schädlingsbekämpfung. Von diesen hat sich die Sterile Insekten Technik (SIT) zu einer der ökologisch verträglichsten und erfolgreichsten Methoden zur flächendeckenden Populationskontrolle entwickelt. Sie beruht auf der Reduktion einer Schädlingspopulation durch wiederholte Massenfreisetzungen steriler Artgenossen, welche zu unfruchtbaren Paarungen führen und somit die Reduktion der Schädlingspopulation bewirken. Ceratitis SIT Programme sind am effektivsten, wenn ausschließlich sterile Männchen freigesetzt werden. Diese Programme bestehen aus Massenzucht, Geschlechtertrennung zur ausschließlichen Männchen-Freisetzung, Markierung zur Überwachung der Männchen nach der Freisetzung, Sterilisation, Freisetzung und Überwachung der Männchen. Obwohl die SIT schon heute erfolgreich zur Bekämpfung von Ceratitis eingesetzt wird, sind Verbesserungen in allen genannten Schritten nötig, um die Effizienz zu optimieren und damit die Kosten von Ceratitis SIT Programmen zu reduzieren. Diese Arbeit dokumentiert die Entwicklung von transgenen Systemen zur Verbesserung der Sterilisierung, Geschlechtertrennung, Markierung und Überwachung in Ceratitis SIT Programmen. Erstens wurden molekulare Arbeitsweisen zur Isolierung von entwicklungsspezifischen Genen in Tephritiden erfolgreich überprüft. Zweitens wurde ein transgenes Sterilisierungssystem zur Induktion von embryospezifischer Lethalität für Ceratitis etabliert und erfolgreich evaluiert, das ohne die Sterilisierung mittels Gammastrahlung auskommt. Drittens wurde dieses System modifiziert, um eine Weibchen-spezifische Lethalität zu generieren, welche die Geschlechtertrennung verbessern könnte. Viertens wurden zwei Spermien-Markierungssysteme für Ceratitis etabliert und erfolgreich evaluiert, um die Markierung und Überwachung der freigesetzten Männchen zu verbessern. Diese transgenen, Männchen-spezifisch fluoreszierenden Marker können die bisher verwendeten problematischen bunten Stäube zur Markierung ersetzen und werden das Wissen über das Fortpflanzungsverhalten der polyandrischen Mittelmeerfruchtfliege erweitern. Fünftens wurde ein System zur Kombination oder Modifizierung von transgenen Systemen an erfolgreich getesteten genomischen Positionen etabliert. Mit Hilfe dieses Systems können in Zukunft Transgene stabilisiert und transgene Systeme zur Bekämpfung von Ceratitis verbessert werden. Es ist davon auszugehen, dass die hier vorgestellten transgenen Systeme oder deren Kombinationen in Zukunft die Effizienz der umweltfreundlichen SIT verbessern werden.