Drosophila melanogaster, обитающие на севере европейской части России, заражены Wolbachia, негативно влияющей на их продолжительность жизни

Wolbachia – род бактерий, вызывающих внутриклеточную инфекцию и широко распространенных в природных популяциях Drosophila melanogaster на всех континентах. Вольбахии оказывают влияние на ряд признаков D. melanogaster, определяющих ее при­способленность, а также на поведение мух, их чувствительность к стрессу и вирусной инфекции. Влияние вольбахии на фенотип вида-хозяина могло способствовать расселению бактерии, что увеличивает интерес к дальнейшему изучению ее географиче­ского распространения, в частности на границах среды обитания D. melanogaster, в сочетании с воздействием на жизненно важные признаки вида-хозяина. В настоящей работе приведены данные об уровне зараженности вольбахией двух популяций D. melanogaster из северных регионов Европейской России. Мух собирали с 2010 по 2015 г. в частных яблоневых садах, расположенных в двух небольших деревнях без супермаркетов или фруктовых рынков, недалеко от городов Александров (56.41° с. ш., 38.72° в. д.) и Валдай (58.02° с. ш., 33.24° в. д.). Обе популяции были заражены вольбахией на сходном уровне. В среднем было заражено 69.7 % инбредных линий (ИЛ), полученных от индивидуальных самок, выловленных близ Александрова, и 68.4 % ИЛ, полученных от индивидуальных самок валдайской популяции. Уровень заражения менялся из года в год, демонстрируя тенденцию к снижению, при этом в среднем находился в пределах, ранее наблюдавшихся в других местообита­ниях. Сравнивалась продолжительность жизни в сублиниях одних и тех же ИЛ: одна сублиния оставалась зараженной вольбахией, а другая была вылечена тетрациклином. В четырех из пяти протестированных ИЛ продолжительность жизни как самцов, так и самок оказалась сильно сниженной в присутствии вольбахии; в разных ИЛ вольбахия сокращала продолжительность жизни в 1.8–5.4 раза у самцов и в 1.4–2.4 раза у самок. Полученные результаты под­тверждают, что, несмотря на широкое распространение, вольба­хия может негативно влиять на продолжительность жизни.                                                                                          

1. Alexandrov I.D., Alexandrova M.V., Goryacheva I.I., Rochina N.V., Shaikevich E.V., Zakharov I.A. Removing endosymbiotic Wolbachia specifically decreases lifespan of females and competitiveness in a laboratory strain of Drosophila melanogaster. Russ. J. Genet. 2007;43(10):1147-1152. DOI 10.1134/S1022795407100080.

2. Bi J., Sehgal A., Williams J.A., Wang Y.F. Wolbachia affects sleep behavior in Drosophila melanogaster. J. Insect Physiol. 2018;27:81-88. DOI 10.1016/j.jinsphys.2018.02.011.

3. Brownlie J.C., Cass B.N., Riegler M., Witsenburg J.J., Iturbe-Ormaetxe I., McGraw E.A., O’Neill S.L. Evidence for metabolic provisioning by a common invertebrate endosymbiont, Wolbachia pipientis, during periods of nutritional stress. PLoS Pathog. 2009;5(4): e1000368. DOI 10.1371/journal.ppat.1000368.

4. Brummel T., Ching A., Seroude L., Simon A.F., Benzer S. Drosophila lifespan enhancement by exogenous bacteria. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2004;101:12974-12979. DOI 10.1073/pnas.0405207101.

5. Bykov R.A., Ilinskii Yu.Yu., Voloshina M.A., Zakharov I.K. Prevalence and genotypic diversity of the symbiotic bacterium Wolbachia in the Drosophila melanogaster population of Nalchik. Vavilovskii Zhur-nal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2014;18(2):315-319. (in Russian)

6. Carey J.R. Longevity: The Biology and Demography of Life Span. Princeton, NT: Princeton Univ. Press, 2003.

7. Carrington L.B., Leslie J., Weeks A.R., Hoffmann A.A. The popcorn Wolbachia infection of Drosophila melanogaster: can selection alter Wolbachia longevity effects? Evolution. 2009;63(10):2648-2657. DOI 10.1111/j.1558-5646.2009.00745.x.

8. Falconer D.S., Mackay T.F.C. Introduction to Quantitative Genetics. 4th edn. Longman: Harlow, 1996.

9. Fry A.J., Palmer M.R., Rand D.M. Variable fitness effects of Wolbachia infection in Drosophila melanogaster. Heredity. 2004;93:379-389. DOI 10.1038/sj.hdy.6800514.

10. Grönke S., Clarke D.F., Broughton S., Andrews T.D., Partridge L. Molecular evolution and functional characterization of Drosophila insulin-like peptides. PLoS Genet. 2010;6(2):e1000857. DOI 10.1371/journal.pgen.1000857.

11. Hoffmann A.A., Clancy D.J., Merton E. Cytoplasmic incompatibility in Australian populations of Drosophila melanogaster. Genetics. 1994; 136:993-999.

12. Hoffmann A.A., Hercus M., Dagher H. Population dynamics of the Wolbachia infection causing cytoplasmic incompatibility in Drosophila melanogaster. Genetics. 1998;148:221-231.

13. Holden P.R., Jones P., Brookfield J.F. Evidence for a Wolbachia symbiont in Drosophila melanogaster. Genet. Res. 1993;62(1):23-29. DOI 10.1017/S0016672300031529.

14. Ikeya T., Broughton S., Alic N., Grandison R., Partridge L. The endosymbiont Wolbachia increases insulin/IGF-like signalling in Drosophila. Proc. R. Soc. B. 2009;276(1674):3799-3807. DOI 10.1098/rspb.2009.0778.

15. Ilinsky Y.Y., Zakharov I.K. The endosymbiont Wolbachia in Eurasian populations of Drosophila melanogaster. Russ. J. Genet. 2007; 43(7):748-756. DOI 10.1134/S102279540707006X.

16. Jeyaprakash A., Hoy M.A. Long PCR improves Wolbachia DNA amplification: wsp sequences found in 76 % of sixty-three arthropod species. Insect. Mol. Biol. 2000;9(4):393-405. DOI 10.1046/j.13652583.2000.00203.x.

17. Lindsey A.R.I., Bhattacharya T., Newton I.L.G., Hardy R.W. Conflict in the intracellular lives of endosymbionts and viruses: A mechanistic look at Wolbachia-mediated pathogen-blocking. Viruses. 2018; 10(4):141. DOI 10.3390/v10040141.

18. Maistrenko O.M., Serga S.V., Vaiserman A.M., Kozeretska I.A. Effect of Wolbachia Infection on Aging and Longevity-Associated Genes in Drosophila. In: Vaiserman A.M., Moskalev A.A., Pasyukova E.G. (Eds.) Life Extension: Lessons from Drosophila. Vol. 3. Healthy Ageing and Longevity. Springer Int. Publ., 2015.

19. Markov A.V., Lazebny O.E., Goryacheva I.I., Antipin M.I., Kulikov A.M. Symbiotic bacteria affect mating choice in Drosophila melanogaster. Anim. Behav. 2009;77(5):1011-1017. DOI 10.1016/j. anbehav.2009.01.011.

20. Martinez J., Ok S., Smith S., Snoeck K., Day J.P., Jiggins F.M. Should symbionts be nice or selfish? Antiviral effects of Wolbachia are costly but reproductive parasitism is not. PLoS Pathog. 2015;11(7): e1005021. DOI 10.1371/journal.ppat.1005021.

21. 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;94(20):10792-10796. DOI 10.1073/pnas.94.20.10792.

22. Olsen K., Reynolds K.T., Hoffmann A.A. A field cage test of the effects of the endosymbiont Wolbachia on Drosophila melanogaster. Heredity. 2001;86(6):731-737. DOI 10.1046/j.1365-2540.2001.t011-00892.

23. Richardson M.F., Weinert L.A., Welch J.J., Linheiro R.S., Magwire M.M., Jiggins F.M., Bergman C.M. Population genomics of the Wolbachia endosymbiont in Drosophila melanogaster. PLoS Genet. 2012;8(12):e1003129. DOI 10.1371/journal.pgen.1003129.

24. Riegler M., Sidhu M., Miller W.J., O’Neill S.L. Evidence for a global Wolbachia replacement in Drosophila melanogaster. Curr. Biol. 2005;15(15):1428-1433. DOI 10.1016/j.cub.2005.06.069.

25. Rohrscheib C.E., Bondy E., Josh P., Riegler M., Eyles D., van Swinderen B., Weible II M.W., Brownlie J.C. Wolbachia influences the production of octopamine and affects Drosophila male aggression. Appl. Environ. Microbiol. 2015;81(14):4573-4580. DOI 10.1128/AEM.00573-15.

26. Rohrscheib C.E., Frentiu F.D., Horn E., Ritchie F.K., van Swinderen B., Weible M.W., Brownlie J.C. Intensity of mutualism breakdown is determined by temperature not amplification of Wolbachia genes. PLOS Pathog. 2016;12(9):e1005888. DOI 10.1371/journal.ppat.1005888.

27. Roshina N.V., Symonenko A.V., Krementsova A.V., Trostnikov M.V., Pasyukova E.G. Embryonic expression of shuttle craft, a Drosophila gene involved in neuron development, is associated with adult lifespan. Aging (Albany NY). 2014;6(12):1076-1093. DOI 10.18632/aging.100712.

28. Serga S., Maistrenko O., Rozhok A., Mousseau T., Kozeretska I. Fecundity as one of possible factors contributing to the dominance of the wMel genotype of Wolbachia in natural populations of Drosophila melanogaster. Symbiosis. 2014;63(1):11-17. DOI 10.1007/s13199014-0283-1.

29. Sharon G., Segal D., Ringo J.M., Hefetz A., Zilber-Rosenberg I., Rosenberg E. Commensal bacteria play a role in mating preference of Drosophila melanogaster. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010; 107(46):20051-20056. DOI 10.1073/pnas.1009906107.

30. Solignac M., Vautrin D., Rousset F. Widespread occurrence of the pro¬teobacteria Wolbachia and partial cytoplasmic incompatibility in Drosophila melanogaster. C. R. Acad. Sci. III. 1994;317:461-470.

31. Teixeira L., Ferreira Á., Ashburner M. The bacterial symbiont Wolbachia induces resistance to RNA viral infections in Drosophila melanogaster. PLoS Biol. 2008;6(12):e1000002. DOI 10.1371/journal.pbio.1000002.

32. Toivenen J.M., Walker G.A., Martinez-Diaz P., Bjedov I., Driege Y., Jacobs H.T., Gems D., Partridge L. No influence of Indy on lifespan in Drosophila after correction for genetic and cytoplasmic back-ground effects. PLoS Genet. 2007;3(16):e95. DOI 10.1371/journal.pgen.0030095.

33. Ventura I.M., Martins A.B., Lyra M.L., Andrade C.A., Carvalho K.A., Klaczko L.B. Spiroplasma in Drosophila melanogaster populations: prevalence, male-killing, molecular identification, and no as-sociation with Wolbachia. Microb. Ecol. 2012;64(3):794-801. DOI 10.1007/s00248-012-0054-6.

34. Versace E., Nolte V., Pandey R.V., Tobler R., Schlötterer C. Experimental evolution reveals habitat-specific fitness dynamics among Wolbachia clades in Drosophila melanogaster. Mol. Ecol. 2014;23(4):802-814. DOI 10.1111/mec.12643.

35. Verspoor R.L., Haddrill P.R. Genetic diversity, population structure and Wolbachia infection status in a worldwide sample of Drosophila melanogaster and D. simulans populations. PLoS One. 2011;6:e26318. DOI 10.1371/journal.pone.0026318.

36. Werren J.H., Baldo L., Clark M.E. Wolbachia: master manipulators of invertebrate biology. Nat. Rev. Microbiol. 2008;6:741-751. DOI 10.1038/nrmicro1969.

37. Werren J.H., Guo L., Windsor D.W. Distribution of Wolbachia among neotropical arthropods. Proc. R. Soc. B. 1995;262:197-204. DOI 10.1098/rspb.1995.0196.

38. Werren J.H., Windsor D.M. Wolbachia infection frequencies in insects: evidence of a global equilibrium? Proc. R. Soc. B. 2000;267:1277-1285. DOI 10.1098/rspb.2000.1139.

39. Wilmoth J.R., Horiuchi S. Rectangularization revisited: variability of age at death within human populations. Demography. 1999;36:475-495. DOI 10.2307/2648085.

40. Zug R., Hammerstein P. Still a host of hosts for Wolbachia: Analysis of recent data suggests that 40 % of terrestrial arthropod species are infected. PLoS One. 2012;7(6):e38544. DOI 10.1371/journal.pone. 0038544.