vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RASvavilov-148Research ArticleСтатьиArticlesВЛИЯНИЕ ПОВЫШЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ВЫЖИВАЕМОСТЬ DROSOPHILA MELANOGASTER, ИНФИЦИРОВАННЫХ ПАТОГЕННЫМ ШТАММОМ БАКТЕРИЙ WOLBACHIAEFFECT OF ELEVATED TEMPERATURE ON THE SURVIVAL OF DROSOPHILA MELANOGASTER INFECTED WITH A PATHOGENIC WOLBACHIA STRAINСтруновА. А.StrunovA. A.strunov.anton@gmail.comИлинскийЮ. Ю.IlinskiiYu. Yu.strunov.anton@gmail.comЗахаровИ. К.ZakharovI. K.strunov.anton@gmail.comКиселеваЕ. В.KiselevaE. V.strunov.anton@gmail.comФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск, РоссияРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, RussiaRussian Federation201326122014172265276Copyright © Струнов А.А., Илинский Ю.Ю., Захаров И.К., Киселева Е.В., 20142014Струнов А.А., Илинский Ю.Ю., Захаров И.К., Киселева Е.В.Strunov A.A., Ilinskii Y.Y., Zakharov I.K., Kiseleva E.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/148

Патогенный штамм Wolbachia wMelPop обнаруживается в центральной нервной системе, мышцах и сетчатке Drosophila melanogaster и сокращает выживаемость своего хозяина в два раза. Это делает возможным его применение для борьбы с насекомыми–вредителями сельского хозяйства и переносчи ками различных заболеваний человека. Любая симбиотическая ассоциация в природе находится под действием различных стрессов, таких, как голодание, пониженная или повышенная температура и другие, которые существенно влияют на особенности взаимоотношения партнеров.

В настоящей работе исследовано действие пониженной (16 °С) и повышенной (29 °С) температур на выживаемость и продолжительность жизни самок D. melanogaster, инфицированных Wolbachia штамма wMelPop; а также проведен анализ ультраструктуры клеток мозга и распределения в них бактерий. Увеличение времени содержания вылетевших имаго при повышенной температуре снижает их продолжительность жизни, причем влияние температуры проявляется после трех дней экспозиции. На 7-й день содержания мух при повышенной температуре в клетках их мозга появляются электронно-плотные структуры, напоминающие деградирующие бактерии, количество которых резко возрастает к 13-му дню инкубации при 29 °С. На основании данных популяционного и электронно-микроскопического анализа нами выделен критический период воздействия повышенной температуры с 7-го по 13-й день после начала экспозиции, после которого происходит резкое снижение выживаемости D. melanogaster.

The pathogenic Wolbachia strain wMelPop is detected in the central nervous system, muscles, and retina of Drosophila melanogaster. It reduces the host lifetime twofold. This fact makes it promising for control of insect pests and transmitters of human diseases. Any symbiotic association is exposed to various stress factors: starvation, heat, cold, etc., which affect the symbiont interaction significantly. This study considers the action of cold (16 °C) and heat (29 °C) on the survival and lifetime of D. melanogaster females infected by the Wolbachia strain wMelPop. The ultrastructure of brain cells and the bacterium distribution in them were studied. Longer (starting from three days) exposure of imagoes to elevated temperature reduces their lifetime. On day 7 of exposure to heat, electron-dense bodies appear in brain cells of the flies. They look like degrading bacteria. Their amount increases dramatically by day 13 of incubation at 29 °C. On the grounds of populational and EM analysis, we recognized the critical time of heat action: days 7–13 after the start of exposure. After that, the survival of Drosophila melanogaster decreases abruptly.

Drosophila melanogasterпатогенный штамм Wolbachia wMelPopэлектронная микроскопияповышенная температураDrosophila melanogasterpathogenic Wolbachia strain wMelPopelectron microscopyelevated temperatureМ.В.Жукова, Президиум РАНReferencesВайсман Н.Я., Илинский Ю.Ю., Голубовский М.Д. Популяционно-генетический анализ продолжительности жизни Drosophila melanogaster: сходные эффекты эндосимбионта Wolbachia и онкосупрессора lgl в условиях температурного стресса // Журн. общ. биологии. 2009. Т. 70. № 5. С. 438–447.Вайсман Н.Я., Илинский Ю.Ю., Голубовский М.Д. Популяционно-генетический анализ продолжительности жизни Drosophila melanogaster: сходные эффекты эндосимбионта Wolbachia и онкосупрессора lgl в условиях температурного стресса // Журн. общ. биологии. 2009. Т. 70. № 5. С. 438–447.Кашнер Д. Жизнь микробов в экстремальных условиях. Л.: Мир, 1981. 522 с.Кашнер Д. Жизнь микробов в экстремальных условиях. Л.: Мир, 1981. 522 с.Жукова М.В., Воронин Д.А., Киселева Е.В. Изменение ультраструктуры симбиотических бактерий Wolbachia в яичниках и ранних эмбрионах Drosophila под влиянием повышенной температуры // Цитология. 2008. Т. 50. № 12. С. 1050–1060.Жукова М.В., Воронин Д.А., Киселева Е.В. Изменение ультраструктуры симбиотических бактерий Wolbachia в яичниках и ранних эмбрионах Drosophila под влиянием повышенной температуры // Цитология. 2008. Т. 50. № 12. С. 1050–1060.Bordenstein S.R., Bordenstein S.R. Temperature affects the tripartite interactions between bacteriophage WO, Wolbachia, and cytoplasmic incompatibility // PLoS One. 2011. V. 6. e29106.Bordenstein S.R., Bordenstein S.R. Temperature affects the tripartite interactions between bacteriophage WO, Wolbachia, and cytoplasmic incompatibility // PLoS One. 2011. V. 6. e29106.Chapman R.F., Page W.W. Factors affecting the mortality of the grasshopper, Zonocerus variegatus, in Southern Nigeria // J. Anim. Ecol. 1979. V. 48. P. 271–288.Chapman R.F., Page W.W. Factors affecting the mortality of the grasshopper, Zonocerus variegatus, in Southern Nigeria // J. Anim. Ecol. 1979. V. 48. P. 271–288.Clark M.E., Anderson C., Cande J., Karr T.L. Widespread prevalence of Wolbachia in laboratory stocks and the implications for Drosophila research // Genetics. 2005. V. 170. P. 1667–1675.Clark M.E., Anderson C., Cande J., Karr T.L. Widespread prevalence of Wolbachia in laboratory stocks and the implications for Drosophila research // Genetics. 2005. V. 170. P. 1667–1675.Cossins A., Bowler K. Temperature Biology of Animals. London: Chapman and Hall, 1987. 339 p.Cossins A., Bowler K. Temperature Biology of Animals. London: Chapman and Hall, 1987. 339 p.Dobson S.L., Bourtzis K., Braig H.R. et al. Wolbachia infections are distributed throughout insect somatic and germ line tissues // Insect. Biochem. Mol. Biol. 1999. V. 29. P. 153–160.Dobson S.L., Bourtzis K., Braig H.R. et al. Wolbachia infections are distributed throughout insect somatic and germ line tissues // Insect. Biochem. Mol. Biol. 1999. V. 29. P. 153–160.Hayes S.F., Burgdorfer W. Reactivation of Rickettsia rickettsii in Dermacentor andersoni ticks: an ultrastructural analysis // Infect. Immun. 1982. V. 37. P. 779–785.Hayes S.F., Burgdorfer W. Reactivation of Rickettsia rickettsii in Dermacentor andersoni ticks: an ultrastructural analysis // Infect. Immun. 1982. V. 37. P. 779–785.Kozek W.J. What is new in the Wolbachia/Dirofi laria interaction? // Vet. Parasitol. 2005. V. 133. P. 127–132.Kozek W.J. What is new in the Wolbachia/Dirofi laria interaction? // Vet. Parasitol. 2005. V. 133. P. 127–132.Loesel R., Nässel D.R., Strausfeld N.J. Common design in a unique midline neuropil in the brains of arthropods // Arthropod Struct. Dev. 2002. V. 31. P. 77–91.Loesel R., Nässel D.R., Strausfeld N.J. Common design in a unique midline neuropil in the brains of arthropods // Arthropod Struct. Dev. 2002. V. 31. P. 77–91.McGraw E.A., Merritt D.J., Droller J.N., O’Neill S.L. Wolbachia density and virulence attenuation after transfer into a novel host // Proc. Natl Acad. Sci. US. 2002. V. 99. P. 2918–2923.McGraw E.A., Merritt D.J., Droller J.N., O’Neill S.L. Wolbachia density and virulence attenuation after transfer into a novel host // Proc. Natl Acad. Sci. US. 2002. V. 99. P. 2918–2923.Min K.T., Benzer S. Wolbachia, normally a symbiont of Drosophila, can be virulent, causing degeneration and early death // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1997. V. 94. P. 10792–10796.Min K.T., Benzer S. Wolbachia, normally a symbiont of Drosophila, can be virulent, causing degeneration and early death // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1997. V. 94. P. 10792–10796.McMeniman C.J., Lane R.V., Cass B.N. et al. Stable introduction of a life-shortening Wolbachia infection into the mosquito Aedes aegypti // Science. 2009. V. 323. P. 141–144.McMeniman C.J., Lane R.V., Cass B.N. et al. Stable introduction of a life-shortening Wolbachia infection into the mosquito Aedes aegypti // Science. 2009. V. 323. P. 141–144.Moreira L.A., Iturbe-Ormaetxe I., Jeffery J.A. et al. A Wolbachia symbiont in Aedes aegypti limits infection with dengue, Chikungunya, and Plasmodium // Cell. 2009. V. 139. P. 1268–1278.Moreira L.A., Iturbe-Ormaetxe I., Jeffery J.A. et al. A Wolbachia symbiont in Aedes aegypti limits infection with dengue, Chikungunya, and Plasmodium // Cell. 2009. V. 139. P. 1268–1278.Petavy G., David J.R., Gilbert P., Moreteau B. Viability and rate of development at different temperatures in Drosophila: a comparison of constant and alternating thermal regimes // J. Therm. Biol. 2001. V. 26. P. 29–39.Petavy G., David J.R., Gilbert P., Moreteau B. Viability and rate of development at different temperatures in Drosophila: a comparison of constant and alternating thermal regimes // J. Therm. Biol. 2001. V. 26. P. 29–39.Pintureau B., Pizzol J., Bolland P. Effects of endosymbiotic Wolbachia on the diapause in Trichogramma hosts and effects of the diapause on Wolbachia // Entomol. Exp. Appl. 2003. V. 106. P. 193–200.Pintureau B., Pizzol J., Bolland P. Effects of endosymbiotic Wolbachia on the diapause in Trichogramma hosts and effects of the diapause on Wolbachia // Entomol. Exp. Appl. 2003. V. 106. P. 193–200.Precht H.J., Christophersen H., Hensel H., Larcher W. Temperature and Life. Berlin: Springer-Verlag, 1973. 514 p.Precht H.J., Christophersen H., Hensel H., Larcher W. Temperature and Life. Berlin: Springer-Verlag, 1973. 514 p.Rasgon J.L., Gamston C.E., Ren X. Survival of Wolbachia pipientis in cell-free medium // Appl. Environ. Microbiol. 2006. V. 72. P. 6934–6937.Rasgon J.L., Gamston C.E., Ren X. Survival of Wolbachia pipientis in cell-free medium // Appl. Environ. Microbiol. 2006. V. 72. P. 6934–6937.Reynolds E.S. The use of lead citrate at high pH as an electron-opaque stain for electron microscopy // J. Cell Biol. 1963. V. 17. P. 208–212.Reynolds E.S. The use of lead citrate at high pH as an electron-opaque stain for electron microscopy // J. Cell Biol. 1963. V. 17. P. 208–212.Serbus L.R., Casper-Lindley C., Landmann F., Sullivan W. The genetics and cell biology of Wolbachia-host interactions // Annu. Rev. Genet. 2008. V. 42. P. 683–707.Serbus L.R., Casper-Lindley C., Landmann F., Sullivan W. The genetics and cell biology of Wolbachia-host interactions // Annu. Rev. Genet. 2008. V. 42. P. 683–707.Terasaki M., Runft L.L., Hand A.R. Changes in organization of the endoplasmic reticulum during Xenopus oocyte maturation and activation // Mol. Biol. Cell. 2001. V. 12. P. 1103–1116.Terasaki M., Runft L.L., Hand A.R. Changes in organization of the endoplasmic reticulum during Xenopus oocyte maturation and activation // Mol. Biol. Cell. 2001. V. 12. P. 1103–1116.Thomas M.B., Blanford S. Thermal biology in insect-parasite interactions // Trends Ecol. Evol. 2003. V. 18. No. 7. P. 344–350.Thomas M.B., Blanford S. Thermal biology in insect-parasite interactions // Trends Ecol. Evol. 2003. V. 18. No. 7. P. 344–350.van Opijnen T.V., Breeuwer J.A.J. High temperatures eliminate Wolbachia, a cytoplasmic incompatibility inducing endosymbiont, from the two-spotted spider mite // Exp. Appl. Acarol. 1999. V. 23. P. 871–881.van Opijnen T.V., Breeuwer J.A.J. High temperatures eliminate Wolbachia, a cytoplasmic incompatibility inducing endosymbiont, from the two-spotted spider mite // Exp. Appl. Acarol. 1999. V. 23. P. 871–881.Wiwatanaratanabutr I., Kittayapong P. Effects of crowding and temperature on Wolbachia infection density among life cycle stages of Aedes albopictus // J. Invertebr. Pathol. 2009. V. 102. P. 220–224.Wiwatanaratanabutr I., Kittayapong P. Effects of crowding and temperature on Wolbachia infection density among life cycle stages of Aedes albopictus // J. Invertebr. Pathol. 2009. V. 102. P. 220–224.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.