Сравнительный анализ приспособленности линий Drosophila virilis, контрастных по реакции на стрессирующее воздействие

Одним из важнейших элементов, способствующих адаптации организмов к неблагоприятным условиям среды, является стресс­реакция. Особый интерес представляет изучение генетического контроля стресс­реакции насекомых и ее роли в адаптации к неблагоприятным условиям. Ювенильный гормон (ЮГ) выполняет функцию гонадотропного гормона у имаго насекомых, Drosophila в том числе, контролируя развитие яичников, вителлогенез и откладку яиц, и играет ключевую роль в стресс­реакции и регуляции размножения насекомых в условиях стресса. Показано, что снижение деградации ЮГ у особей, реагирующих на неблагоприятные воздействия стресс­реакцией (R­особей), вызывает задержку в откладке яиц и, по­видимому, позволяет популяции «переждать» неблагоприятные условия, способствуя тем самым адаптации на популяционном уровне. Однако при проведении мониторинга природных популяций D. melanogaster по способности развивать стресс­реакцию было обнаружено, что в них с высокой частотой встречаются особи, не способные к ее развитию (NR­особи). Изучение репродуктивных характеристик R­ и NR­особей показало, что в нормальных условиях преимущество в оставлении потомства имеют первые. В неблагоприятных условиях, если стрессор достаточно интенсивен, NR­особи погибают, но если его интенсивность невелика, то они, в отличие от R­особей, продолжают оставлять потомство. На основании этих данных была выдвинута гипотеза о том, что сбалансированность популяций по R­ и NR­аллелям обеспечивает их адаптацию при существовании популяции в условиях частых стрессирующих воздействий невысокой интенсивности. Целью данной работы являлась проверка этой гипотезы экспериментальным путем. Для этого проводились исследования характеристик приспособленности (продолжительности жизни, плодовитости) R­ и NR­линий D. virilis в нормальных условиях и при регулярном тепловом стрессировании различной периодичности.

Drosophila virilis, нейроэндокринная стрессреакция, ювенильный гормон, приспособленность, плодовитость, продолжительность жизни

1. Раушенбах И.Ю. Стресс-реакция насекомых: механизм, генетический контроль, роль в адаптации. Генетика. 1997;33(8):1110-1118.

2. Раушенбах И.Ю., Шумная Л.В. Биогенные амины в реакции стресса у насекомых. Успехи соврем. биологии. 1993;113:327-335.

3. Apfeld J., O’Connor G., McDonagh T., DiStefano P.S., Curtis R. The AMP-activated protein kinase AAK-2 links energy levels and insulinlike signals to lifespan in C. elegans. Genes Dev. 2004;18(24):3004- 3009. https://doi.org/10.1101/gad.1255404.

4. Chernysh S.I. Neuroendocrine system in insect stress. In: Ivanovic J., Jankovic-Hladni M. (Eds.). Hormones and Metabolism in Insect Stress. Boca Raton: CRC Press, 1991;69-98.

5. Djawаdan M., Chippindale A.K., Rose M.R., Bradley T.J. Metabolic reserves and evolved stress resistance in Drosophila melanogaster. Physiol. Zool. 1998;71(5):584-594.

6. Force A.G., Staples T., Soliman S., Arking R.A. Comparative and evolved stress analysis of genetically selected Drosophila strains with different longevities. Dev. Genet. 1995:17(4):340-351.

7. Goodman W.G., Granger N.A. The Juvenile Hormones. In: Comprehensive Molecular Insect Science. Vol. 3. Oxford: Elsevier, 2005; 319-408.

8. Gruntenko N.E., Bogomolova E.V., Adonyeva N.V., Karpova E.K., Menshanov P.N., Alekseev A.A., Romanova I.V., Li S., Rauschenbach I.Y. Decrease in juvenile hormone level as a result of genetic ablation of the corpus allatum cells affects the synthesis and metabolism of stress related hormones in Drosophila. J. Insect Physiol. 2012;58:49-55. https://doi.org/10.1016/j.jinsphys.2011.09.015.

9. Gruntenko N.E., Rauschenbach I.Yu. Interplay of JH, 20E and biogenic amines under normal and stress conditions and its effect on reproduction. J. Insect Physiol. 2008;54:902-908.

10. Hanna M.E., Bednárová A., Rakshit K., Chaudhuri A., O’Donnell J.M., Krishnan N. Perturbations in dopamine synthesis lead to discrete physiological effects and impact oxidative stress response in Drosophila. J. Insect Physiol. 2015;73:11-19. https://doi.org/10.1016/j.jinsphys.2015.01.001.

11. Harshman L.G., Moore K.M., Sty M.A., Magwire M.M. Stress resistance and longevity in selected lines of Drosophila melanogaster. Neurobiol. Aging. 1999;20:521-529.

12. Hercus M.J., Loeschcke V., Rattan S.I.S. Lifespan extension of Drosophila melanogaster through hormesis by repeated mild heat stress. Biogerontology. 2003;4:149-156.

13. Hirashima A., Sukhanova M.Jh., Rauschenbach I.Yu. Biogenic amines in Drosophila virilis under stress conditions. Biosci. Biotech. Biochem. 2000;64:2625-2630.

14. Hsu A.L., Murphy C.T., Kenyon C. Regulation of aging and age-related disease by DAF-16 and heat-shock factor. Science. 2003;300:1142- 1145.

15. Kenyon C. The plasticity of aging: insights from long-lived mutants. Cell. 2005;120(4):449-460.

16. Krebs R.A., Loeschcke V. A genetic analysis of the relationship between life-history variation and heat-shock tolerance in Drosophila buzzatii. Heredity (Edinb). 1999;83:46-53.

17. Lithgow G.J., White T.M., Melov S., Johnson T.E. Thermotolerance and extended life-span conferred by single-gene mutations and induced by thermal stress. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1995;92:7540- 7544.

18. Luckinbill L.S. Selection for longevity confers resistence to low-temperature stress in Drosophila melanogaster. J. Gerontol. 1998;53: 147-153.

19. Morley J.F., Morimoto R.I. Regulation of longevity in Caenorhabditis elegans by heat shock factor and molecular chaperones. Mol. Biol. Cell. 2004;15(2):657-664.

20. Moskalev A., Zhikrivetskaya S., Krasnov G., Shaposhnikov M., Proshkina E., Borisoglebsky D., Danilov A., Peregudova D., Sharapova I., Dobrovolskaya E., Solovev I., Zemskaya N., Shilova L., Snezhkina A., Kudryavtseva A. A comparison of the transcriptome of Drosophila melanogaster in response to entomopathogenic fungus, ionizing, starvation and cold shock. BMC Genomics. 2015; 16(Suppl.13):S8. https://doi.org/10.1186/1471-2164-16-S13-S8.

21. Partridge L., Gems D., Withers D.J. Sex and death: what is the connection? Cell. 2005;120:461-472.

22. Rauschenbach I.Yu., Gruntenko N.E., Khlebodarova T.M., Mazurov M.M., Grenback L.G., Sukhanova M.Jh., Shumnaja L.V., Zakharov I.K., Hammock B.D. The role of the degradation system of the juvenile hormone in the reproduction of Drosophila under stress. J. Insect Physiol. 1996;42:735-742.

23. Rose M.R. Laboratory evolution of postponed senescence in Drosophila melanogaster. Evolution. 1984;38:1004-1010.

24. Salmon A.B., Marx D.B., Harshman L.G. A cost of reproduction in Drosophila melanogaster: stress susceptibility. Evolution. 2001;55(8): 1600-1608.

25. Sarup P., Sørensen P., Loeschcke V. The long-term effects of a life-prolonging heat treatment on the Drosophila melanogaster transcriptome suggest that heat shock proteins extend lifespan. Exp. Gerontol. 2014;50:34-39. https://doi.org/10.1016/j.exger.2013.11.017.

26. Service P.M., Hutchinson E.W., Mackinley M.D., Rose M.R. Resistance to environmental stress in Drosophila melanogaster selected for postpone senescence. Physiol. Zool. 1985;58:380-389.

27. Śwęidrych A., Lorene-Kukuła K., Skirycz A., Szopa J. The catecholamine biosynthesis route in potato is affected by stress. Plant Physiol. Biochem. 2004;42:593-600.

28. Tower J. Aging mechanisms in fruit flies. Bioessay.1996;18(10):799-807.

29. Zwaan B., Bijsma R., Hoekstra R.A. Direct selection on life span in Drosophila melanogaster. Evolution. 1995;49:649-659.