Geslachtsbepalend gen van de huisvlieg ontdekt

Ontwikkeling van milieuvriendelijke bestrijdingsmethoden van plaaginsecten kan gebaat zijn bij meer kennis over de genetica van hun geslachtsbepaling. Daarom is het van belang dat het tot dusver onbekende gen voor mannelijkheid bij de huisvlieg, de M-factor, nu is geïdentificeerd door prof. Leo Beukeboom en dr. Louis van de Zande van de Rijksuniversiteit Groningen in samenwerking met collega’s in Zürich en Göttingen. De onderzoekers rapporteren een doorbraak in het gerenommeerde wetenschappelijke tijdschrift Science van 12 mei 2017.

Bij veel soorten zit de geslachtsbepalingsfactor in de chromosomen, maar de genetische basis is heel verschillend tussen organismen. Om deze diversiteit te bestuderen in het laboratorium zijn insecten geschikte proefdieren. Bij mensen hebben vrouwen twee X-chromosomen en mannen één X- en één Y- chromosoom. Op het Y-chromosoom ligt het gen dat mannelijkheid bepaalt. Huisvliegen zijn bijzonder omdat ze verschillende manieren van geslachtsbepaling hebben, afhankelijk van de plaats waar ze leven: in warme of in koude gebieden.

M-factor geïdentificeerd

In Nederland hebben huisvliegen dezelfde geslachtsbepaling als de mens: vrouwtjes zijn XX en mannetjes XY. En ook bij de huisvlieg ligt het gen voor mannelijkheid op het Y-chromosoom. Dit is echter een heel ander gen dan het SRY-gen van de mens, dat ongeveer 150 miljoen jaar geleden is ontstaan in de evolutionaire lijn van de zoogdieren. Het gen voor mannelijkheid bij de huisvlieg, de M-factor, was tot dusver onbekend, maar is nu geïdentificeerd door Leo Beukeboom en Louis van de Zande van de RUG in samenwerking met collega’s in Zürich en Göttingen.

Ontstaan uit kopie gen

Het ontdekte gen is Mdmd gedoopt, voor ‘Musca domestica male determiner’. (Musca domestica is de wetenschappelijke naam voor de huisvlieg.) Het is een groot gen dat sterk lijkt op een ander gen, namelijk nucampholin of CWC22, dat voorkomt in veel insecten en zelfs in zoogdieren. Mdmd lijkt te zijn ontstaan als een kopie van nucampholin, waarna het een specifieke rol in geslachtsbepaling heeft gekregen. Bij insecten is het gen nucampholin betrokken bij de regulatie van een ‘alternatieve splicing proces’, waardoor het boodschapper-RNA van geslachtsbepalende genen anders is samengesteld in vrouwtjes dan in mannetjes. Omdat de regulering van geslachtsbepaling bij insecten ook via alternatieve splicing verloopt, is het misschien niet zo verassend dat een kopie van dit gen zich heeft ontwikkeld tot een gen dat mannelijkheid bepaalt.

Zuid-Europa

Huisvliegen in Zuid-Europa hebben geen Y chromosoom met een M-factor. Het gen voor mannelijkheid bevindt zich daar op één van de vijf andere chromosomen. Zo’n chromosoom wordt daarom neo-geslachtschromosoom genoemd, of ook wel ‘baby’- geslachtschromosoom, omdat het zeer recentelijk in de evolutie een rol in geslachtsbepaling heeft gekregen. In Groningen is nu dus ook aangetoond dat zulke nieuwe geslachtschromosomen kunnen ontstaan doordat het gen voor mannelijkheid overspringt van het Y chromosoom naar een ander chromosoom.

Snelle evolutionaire verandering

Toen Beukeboom en Van de Zande dit onderzoek begonnen was nog van geen enkel insect het gen voor mannelijke ontwikkeling bekend. Inmiddels is zo’n gen beschreven van twee muggensoorten. Het gen van de huisvlieg vertoont echter geen enkele overeenkomst met de muggengenen. Dit toont aan dat de wijze van geslachtsbepaling zelfs verschilt tussen insectensoorten en benadrukt hoe snel het genetisch programma voor de ontwikkeling tot vrouwtje of mannetje kan veranderen tijdens de evolutie. Waarom er zoveel variatie is in geslachtsbepalingsmechanismen, is een vraag die de onderzoekers in de toekomst hopen te beantwoorden

Milieuvriendelijke bestrijding plaaginsecten

Het onderzoek is niet alleen van belang om te begrijpen hoe geslachtsbepalings- mechanismen kunnen veranderen tijdens de evolutie. Dergelijke kennis over de genetica van geslachtsbepaling in de huisvlieg kan ook bijdragen aan het ontwikkelen van milieuvriendelijke bestrijdingsmethoden van plaaginsecten. Genetische kennis van geslachtsbepaling wordt bijvoorbeeld al gebruikt voor de Steriele Insect Techniek (SIT). Hierbij worden op industriële schaal steriele mannetjes geproduceerd van bijvoorbeeld schadelijke fruitvliegen en ZIKA-overdragende muggen, die vervolgens worden losgelaten om te concurreren met natuurlijke mannetjes voor bestrijding van de populaties.

Eerdere Science-publicatie

Na ontdekking van een nieuwe vorm van geslachtsbepaling in de sluipwesp Nasonia vitripennis, gepubliceerd in Science in 2010, is dit opnieuw een publicatie over een nieuw geslachtsbepalingsmechanisme in een insect van de onderzoeksgroep evolutionaire genetica van Beukeboom, hoogleraar aan het Groningen Institute for Evolutionary Life Sciences (GELIFES). Zo heeft jarenlange investering in fundamenteel wetenschappelijk onderzoek geleid tot nieuwe biologische kennis met een toegepast perspectief.

Meer informatie

• prof.dr. Leo Beukeboom
• Male sex in houseflies is determined by Mdmd, a paralog of the generic splice factor gene CWC22, Science, 12 mei 2017, Vol. 356, Issue 6338, pp. 642-645; DOI: 10.1126/science.aam549