Различия в плодовитости между двумя линиями Drosophila melanogaster дикого типа коррелируют с различиями в экспрессии гена Jheh, кодирующего фермент деградации ювенильного гормона
https://doi.org/10.18699/vjgb-24-22
Аннотация
Ювенильный гормон играет у личинок Drosophila melanogaster роль “status quo” гормона, препятствуя преждевременному наступлению метаморфоза, а у имаго выполняет гонадотропную функцию, обеспечивая подготовку яичников к вителлогенезу. При снижении уровня ювенильного гормона у самок D. melanogaster наблюдаются нарушения репродукции, выражающиеся в задержке начала откладки яиц и снижении плодовитости. Еще одним фактором, способным повлиять на репродуктивную функцию насекомых, является инфицирование матерински наследуемой симбиотической α-протеобактерией Wolbachia. Настоящее исследование посвящено анализу экспрессии двух генов метаболизма ювенильного гормона, кодирующих ферменты его синтеза и деградации – кислую О-метилтрансферазу ювенильного гормона (jhamt) и эпоксидгидразу ювенильного гормона (Jheh1) соответственно, у четырех линий D. melanogaster дикого типа, две из которых инфицированы Wolbachia. Линии w153 и Bi90 происходят от отдельных самок, отловленных в дикой природе, и инфицированы Wolbachia, а линии w153T и Bi90T получены на их основе посредством тетрациклиновой обработки и характеризуются отсутствием инфекции. Известно, что линия Bi90 инфицирована штаммом Wolbachia генотипа wMel, а линия w153 – штаммом Wolbachia wMelPlus, относящимся к генотипу wMelCS. Обнаружено, что инфицирование как одним, так и другим штаммом Wolbachia не влияет на экспрессию исследованных генов. В то же время показано, что обе линии с ядерным генотипом w153 отличаются от линий с генотипом Bi90 повышенным уровнем экспрессии гена Jheh1 и не различаются по уровню экспрессии гена jhamt. Уровень плодовитости не зависел от инфицирования Wolbachia, но у линий с ядерным генотипом w153 он оказался существенно ниже, чем у линий с ядерным генотипом Bi90. Полученные данные позволяют сделать обоснованное предположение о том, что межлинейный полиморфизм D. melanogaster по метаболизму ювенильного гормона коррелирует с уровнем плодовитости и определяется деградацией гормона, а не его синтезом.
Ключевые слова
Drosophila melanogaster,
Wolbachia,
jhamt,
Jheh1,
экспрессия генов,
плодовитость,
метаболизм ювенильного гормона
Об авторах
О. В. Андреенкова
Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Россия
Новосибирск
Н. В. Адоньева
Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Россия
Новосибирск
В. М. Ефимов
Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Россия
Новосибирск
Н. Е. Грунтенко
Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Россия
Новосибирск
Список литературы
1. Adonyeva N.V., Menshanov P.N., Gruntenko N. A link between atmospheric pressure and fertility of Drosophila laboratory strains. Insects. 2021;12(10):947. DOI 10.3390/insects12100947
2. Altaratz M., Applebaum Sh.W., Richard D.S., Gilbert L.I., Segal D. Regulation of juvenile hormone synthethis in wild-type and apterous mutant Drosophila. Mol. Cell. Endocrinol. 1991; 81(1-3):205-216. DOI 10.1016/0303-7207(91)90219-i
3. Berger E.M., Dubrovsky E.B. Juvenile hormone molecular actions and interactions during develop ment of Drosophila melanogaster. Vitam. Horm. 2005;73:175-215. DOI 10.1016/S0083-6729(05)73006-5
4. Burdina E.V., Gruntenko N.E. Physiological aspects of Wolbachia pipientis–Drosophila melanogaster relationship. J. Evol. Biochem. Phys. 2022;58(2):303-317. DOI 10.1134/S002209 3022020016
5. Detcharoen M., Schilling M.P., Arthofer W., Schlick-Steiner B.C., Steiner F.M. Differential gene expression in Drosophila melanogaster and D. nigrosparsa infected with the same Wolbachia strain. Sci. Rep. 2021;11(1):11336. DOI 10.1038/s41598-021-90857-5
6. Flatt T., Tu M.P., Tatar M. Hormonal pleiotropy and the juvenile hormone regulation of Droso phila development and life history. Bio-Essays. 2005;27(10):999-1010. DOI 10.1002/bies.20290
7. Gruntenko N.E., Rauschenbach I.Y. Interplay of JH, 20E and biogenic amines under normal and stress conditions and its effects on reproduction. J. Insect Physiol. 2008;54(6):902-908. DOI 10.1016/j.jinsphys.2008.04.004
8. Gruntenko N.E., Khlebodarova T.M., Vasenkova I.A., Sukhanova M.J., Wilson T.G., Rauschenbach I.Y. Stress-reactivity of a Drosophila melanogaster strain with impaired juvenile hormone action. J. Insect Physiol. 2000;46(4):451-456. DOI 10.1016/s0022-1910(99)00131-6
9. Gruntenko N.E., Bownes M., Terashima J., Sukhanova M.Zh., Raushenbach I.Y. Heat stress affects oogenesis differently in wild-type Drosophila virilis and a mutant with altered juvenile hormone and 20-hydroxyecdysone levels. Insect. Mol. Biol. 2003a;12(4):393-404. DOI 10.1046/j.1365-2583.2003.00424.x
10. Gruntenko N.E., Chentsova N.A., Andreenkova E.V., Bownes M., Segal D., Adonyeva N.V., Rauschenbach I.Y. Stress response in a juvenile hormone-deficient Drosophila melanogaster mutant apterous56f. Insect Mol. Biol. 2003b;12(4):353-363. DOI 10.1046/j.1365-2583.2003.00419.x
11. Gruntenko N.E., Karpova E.K., Adonyeva N.V., Andreenkova O.V., Burdina E.V., Ilinsky Y.Y., Bykov R.A., Menshanov P.N., Rauschenbach I.Y. Drosophila female fertility and juvenile hormone metabolism depends on the type of Wolbachia infection. J. Exp. Biol. 2019; 222(Pt. 4):jeb195347. DOI 10.1242/jeb.195347
12. Guio L., Barron M.G., Gonzalez J. The transposable element Bari-Jheh mediates oxidative stress response in Drosophila. Mol. Ecol. 2014; 23(8):2020-2030. DOI 10.1111/mec.12711
13. Ilinsky Y.Y. Coevolution of Drosophila melanogaster mtDNA and Wolbachia genotypes. PLoS One. 2013;8(1):e54373. DOI 10.1371/journal.pone.0054373
14. Jindra M., Bellés X., Shinoda T. Molecular basis of juvenile hormone signaling. Curr. Opin. Insect Sci. 2015;11:39-46. DOI 10.1016/j.cois.2015.08.004
15. Kendall M.G., Stuart A. The Advanced Theory of Statistics. Vol. 2. Inference and Relationship. London: Charles Griffin, 1961
16. Korenskaia A.E., Shishkina O.D., Klimenko A.I., Andreenkova O.V., Bobrovskikh M.A., Shatskaya N.V., Vasiliev G.V., Gruntenko N.E. New Wolbachia pipientis genotype increasing heat stress resistance of Drosophila melanogaster host is char-acterized by a large chromosomal inversion. Int. J. Mol. Sci. 2022;23(24):16212. DOI 10.3390/ijms232416212
17. Lindsey A.R.I., Bhattacharya T., Hardy R.W., Newton I.L.G. Wolbachia and virus alter the host transcriptome at the interface of nucleotide metabolism pathways. mBio. 2021;12(1):e03472-20. DOI 10.1128/mBio.03472-20
18. Livak K.J., Schmittgen T.D. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2−ΔΔCT method. Methods. 2001;25(4):402-408. DOI 10.1006/meth.2001.1262
19. Luo W., Veeran S., Wang J., Li S., Li K., Liu S.N. Dual roles of juvenile hormone signaling during early oogenesis in Drosophila. Insect Sci. 2020;27(4):665-674. DOI 10.1111/1744-7917.12698
20. Meiselman M., Lee S.S., Tran R.T., Dai H., Ding Y., Rivera-Perez C., Wijesekera T.P., Dauwalder B., Noriega F.G., Adams M.E. Endocrine network essential for reproductive success in Drosophila melanogaster. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2017;114(19):E3849-E3858. DOI 10.1073/pnas.1620760114
21. Narkevich A.N., Vinogradov K.A., Grjibovski A.M. Multiple comparisons in biomedical research: the problem and its solutions. Ekologiya Cheloveka = Human Ecology. 2020;27(10):55-64. DOI 10.33396/1728-0869-2020-10-55-64 (in Russian)
22. Niwa R., Niimi T., Honda N., Yoshiyama M., Itoyama K., Kataoka H., Shinoda T. Juvenile hormone acid O-methyltransferase in Drosophila melanogaster. Insect Biochem. Mol. Biol. 2008;38(7):714-720. DOI 10.1016/j.ibmb.2008.04.003
23. Qu Z., Bendena W.G., Nong W., Siggens K.W., Noriega F.G., Kai Z.P., Zang Y.Y., Koon A.C., Chan H.Y.E., Chan T.F., Chu K.H., Lam H.M., Akam M., Tobe S.S., Lam Hui J.H. MicroRNAs regulate the sesquiterpenoid hormonal pathway in Drosophila and other arthropods. Proc. Biol. Sci. 2017;284(1869):20171827. DOI 10.1098/rspb.2017.1827
24. Richard D.S., Jones J.M., Barbarito M.R., Cerula S., Detweiler J.P., Fisher S.J., Brannigan D.M., Scheswohl D.M. Vitellogenesis in diapausing and mutant Drosophila melanogaster: further evidence for the relative roles of ecdysteroids and juvenile hormones. J. Insect Physiol. 2001;47(8):905-913. DOI 10.1016/S0022-1910(01)00063-4
25. Roy S., Saha T.T., Zou Z., Raikhel A.S. Regulatory pathways controlling female insect reproduction. Annu. Rev. Entomol. 2018;63:489511. DOI 10.1146/annurev-ento-020117-043258
26. Terashima J., Takaki K., Sakurai S., Bownes M. Nutritional status affects 20-hydroxyecdysone concentration and progression of oogenesis in Drosophila melanogaster. J. Endocrinol. 2005;187(1):69-79. DOI 10.1677/joe.1.06220
27. Truman J.W., Riddiford L.M. The morphostatic actions of juvenile hormone. Insect Biochem. Mol. Biol. 2007;37(8):761-770. DOI 10.1016/j.ibmb.2007.05.011
28. Werren J.H., Baldo L., Clarkm M.E. Wolbachia: master manipulators of invertebrate biology. Nat. Rev. Microbiol. 2008;6(10):741-751. DOI 10.1038/nrmicro1969
29. Wu Z., Yang L., He Q., Zhou S. Regulatory mechanisms of vitellogenesis in insects. Front. Cell Dev. Biol. 2021;8:593613. DOI 10.3389/fcell.2020.593613
30. Yamamoto R., Bai H., Dolezal A.G., Amdam G., Tatar M. Juvenile hormone regulation of Drosophila aging. BMC Biol. 2013;11:85. DOI 10.1186/1741-7007-11-85
Рецензия
Просмотров:
425
Послать статью по эл. почте 