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Regulation mechanisms of pheromone release in males of the desert locust, Schistocerca gregaria

By Anke Kießling and Karsten Seidelmann

Abstract

Die Wüstenheuschrecke, Schistocerca gregaria, kommt in zwei Phasen vor, die sich morphologisch, physiologisch und ethologisch unterscheiden (UVAROV 1966, PENER & YERUSHALMI 1998). Während in der solitären Phase die Individuendichte sehr gering ist, bilden die Tiere in der gregären Phase riesige Schwärme mit mehreren Millionen Individuen. Unter den Bedingungen der stark erhöhten sexuellen Konkurrenz in der gregären Phase nutzen die Männchen zur chemischen Unterstützung der postkopulatorischen Partnerbewachung Phenylacetonitril (PAN, syn. Benzylcyanid) als Courtship Inhibiting Pheromone und zur Eigenmarkierung als Abstinon (SEIDELMANN & FERENZ 2002). PAN wird von Epidermis-Drüsenzellen hauptsächlich der Flügel und Sprungbeine produziert und nicht gespeichert (SEIDELMANN et al. 2003). Das Pheromon wird nur von geschlechtsreifen, gregären Männchen proportional zur Abundanz sexueller Konkurrenten abgegeben (DENG et al. 1996, SEIDELMANN et al. 2000). Als sensorische Eingänge zur Detektion einer Konkurrenz-Situation könnten neben optischen und olfaktorischen Kanälen auch die Chemorezeptoren der basiconischen Sensillen an den Sprungbein-Femoris dienen. Diese sind mit Mechanorezeptoren kombiniert (CHAPMAN 1982), welche den Wechsel von solitärem zu gregärem Verhalten induzieren (SIMPSON et al. 2001) und zur Wahrnehmung der Populationsdichte dienen. Die Bindung des Pheromons an die Geschlechtsreife (ca. 2 Wochen nach Adultschlupf) und die Anwesenheit von Paarungs-Konkurrenten deuten in Verbindung mit der fehlenden Speicherung des Pheromons auf eine Regulation der Biosynthese hin. In ersten Versuchen konnte gezeigt werden, dass die Synthese von PAN einer neurohormonalen Kontrolle durch ein PAN-Biosynthese-Aktivierendes-Neuropeptid (PAN-BAN) unterliegt (SEIDELMANN & FERENZ 2003). Die Struktur des Neuropeptids konnte bislang noch nicht aufgeklärt werden. Daher sollte durch die Verwendung von Rohextrakten folgenden Fragestellungen nachgegangen werden: (a) Welche sensorischen Eingänge induzieren eine PAN-BAN-Abgabe? (b) Wo wird PAN-BAN gebildet? (c) Wird die Kompetenz zur PAN-Abgabe durch die Reifung der Geschlechtsorgane oder durch den Titer des Reifungshormons der Insekten, Juvenilhormon (JH), gesteuert?Male desert locusts in the gregarious phase release phenylacetonitrile (PAN) when becoming sexually mature and turning yellow. The pheromone has repellent characteristics toward conspecifics. PAN is used by males in dense populations as a courtship inhibiting pheromone to chemically enhance mate guarding. Desert locust males produce PAN only when being grouped with other mature males. After physical isolation from sexual competitors PAN release drops to zero within a few days. Synthesis and release of PAN are under neurohormonal control by a PAN Biosynthesis Activating Neuropeptide (PAN-BAN). Here we report that PAN-BAN is produced in the oesophageal and suboesophageal ganglia and transported via the haemolymph to the epidermal pheromone gland cells. The release of PAN-BAN requires the perception of visual (complex eyes) or olfactory (antenna) stimuli from other mature males. Synchronism of sexual maturation and gland cell competence to produce PAN does not depend on a factor released by the testis or accessory glands. Instead Juvenile Hormone (JH) was found to be directly or indirectly involved in the regulation of PAN biosynthesis. Increasing the JH titre by transplanting corpora allata into juvenile gregarious males triggered the pheromone release within a couple of days. Whether JH stimulates directly the PAN-BAN receptor presence or the pheromone biosynthesis enzyme apparatus of the gland cells or indirectly by a still unknown factor remains to be investigated

Topics: ddc:590
Year: 2008
OAI identifier: oai:publikationen.ub.uni-frankfurt.de:19753

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