Drosophila-Paarungslied löst die Expression von Immunabwehrgenen aus • Barbara Vedenina • Wissenschaftsnachrichten zu "Elementen" • Entomologie, Immunologie, Ethologie

Drosophila-Paarungslied löst die Expression von Immunabwehrgenen aus

Bei der Pflege einer Frau, eines Mannes Drosophila melanogaster gibt ein akustisches Signal ab, schiebt einen Flügel zur Seite und vibriert sie. Bilder von fatimaclotho.xanga.com und wwwuser.gwdg.de/~neuro

Welche genetischen Veränderungen treten im Körper der Frau auf, wenn sie dem Liebeslied des Männchens zuhört? Englische Biologen haben das Niveau der Genaktivität in Drosophila-Weibchen verglichen, die ihre eigenen und die Lieder anderer Leute angehört haben, und Gruppen von Genen mit erhöhter Expression identifiziert. Zu diesen Genen gehören Gene des Immunschutzes, deren Funktionen im Zusammenhang mit dem Paarungsverhalten diskutiert werden.

Es ist kein Geheimnis, dass die Erforschung von Modellorganismen es ermöglicht, die genetischen Grundlagen vieler komplexer Prozesse zu untersuchen, für die zweifellos auch das Verhalten gilt. Zum Beispiel wurde kürzlich gezeigt, wie sich die Transkription (Synthese von RNA aus der Matrizen-DNA) bestimmter Gene während der sozialen Interaktionen von Männchen in einer Fruchtfliege verändert Drosophila melanogaster (Siehe: Ellis, Carney, 2011. Sozial-Responsive Genexpression in Male Drosophila melanogaster Wird durch das Geschlecht des interagierenden Partners beeinflusst). Eine weitere Studie wurde an Aquarienfischen, Schwertträgern, durchgeführt, bei denen Veränderungen der Genexpression bei visueller Präsentation des Männchens zum Männchen mit bevorzugter Färbung aufgezeichnet wurden (siehe: Cummings et al., 2008). ).Biologen der Universität St. Andrews (Schottland) stellten die Aufgabe, zu untersuchen, wie sich die Genexpression in der Drosophila-Frau ändert, wenn das Männchen für sie sorgt.

Balzverhalten D. Melanogaster relativ gut erforscht. Pflege umfasst die chemischen, akustischen, visuellen und taktilen Signale, die das Männchen erzeugt, und die Reihenfolge dieser Signale ist ziemlich stereotyp. Akustisches Signal wird als Schlüssel angesehen D. Melanogaster, da es gezeigt wird, dass es die erfolgreiche Paarung wesentlich beeinflusst. Akustische Signale D. Melanogaster und andere nahe verwandte Arten unterscheiden sich im Intervall zwischen den Impulsen, und dieser Parameter ist oft der Schlüssel zum Erkennen von Individuen ihrer Spezies. Seit mehr als 40 Jahren werden akustische Signale verschiedener Drosophila-Arten untersucht, aber gleichzeitig ist erstaunlich wenig über die genetische Grundlage der weiblichen Reaktion auf ein akustisches Signal bekannt.

Vor der Durchführung der genetischen Forschung bestätigten britische Biologen experimentell die Tatsache, dass die Fliegenlinie verwendet wurde D. Melanogaster unterscheidet das Signal seiner Art von eng verwandten D. simulans. Diese zwei Arten von Liedern sind in der Struktur ähnlich, aber im Lied D. Melanogaster das Intervall zwischen den Impulsen beträgt 35 ms, und D. simulans – 55 ms. Jungfrauenweibchen, die 5 Tage vom Tag der Häutung auf der Imago entfernt waren, wurden zusammen mit den Männchen gepflanzt, die ihre Flügel abgeschnitten hatten, und gleichzeitig das synthetisierte Signal durch den Sprecher gespielt. Rüden ohne Flügel wurden recht erfolgreich umworben und gepaart. Allerdings Frauen D. Melanogaster für ein Lied ihrer eigenen Art deutlich mehr mit Männchen gepaart als für ein Lied D. simulans (Abb. 1).

Abb. 1. Anteil der gepaarten Weibchen D. Melanogaster (Mittel und Standardfehler) bei der Wiedergabe eines Lieds seiner Art (Becher) und Lieder D. Simulaner (Quadrate). Bild aus dem Artikel in der Diskussion Proceedings der Royal Society B

Um herauszufinden, welche Gene in Abwesenheit und wann das Signal gespielt wird, ein Weibchen D. Melanogaster spielte ein Signal seiner Art, andere – ein Signal D. simulansund das dritte ist weißes Rauschen als Kontrolle. Im Verlauf des Experiments wurden Weibchen von Männchen isoliert, so dass alle anderen Balzsignale (chemisch, visuell etc.) ausgeschlossen wurden und die Genexpression nicht beeinflussten. Um Veränderungen der Genexpression zu untersuchen, verwendeten die Autoren die bemerkenswerte Methode der DNA-Microarrays, bei denen es sich um Platten mit DNA-Stücken handelt.Die RNA des untersuchten Organismus wird auf den Chip aufgebracht, und wenn sich DNA-Stücke mit einer komplementären Nukleotidsequenz auf dem Chip befinden, "haften" RNA-Moleküle an ihnen. Durch die Anzahl solcher "festsitzender" RNA-Moleküle wird das Niveau der Genaktivität beurteilt.

Die Autoren fanden 412 Gene mit unterschiedlichem Aktivitätsgrad bei Weibchen, die durch ein Artlied (ein Lied dieser Art) und weißes Rauschen stimuliert wurden. Aber der Unterschied im Ausdruck von Frauen, die auf ihr eigenes Lied und das Lied eines anderen hörten, war kleiner – nur 222 Gene. Der Unterschied in der Expression war signifikant für mehrere Cluster von Genen, die für die Aktivität von Hormonen, Neuropeptiden, die Bindung von Pheromonen und Pheromonrezeptoren verantwortlich sind, aber auch die Gene für die Immunabwehr und die Reaktion auf Stress. Von den fünf Immunabwehrgenen, die nach dem Spielen eigener und anderer Lieder unterschiedliche Aktivität zeigten, gehören vier zur Genfamilie Turandot. Die Aufmerksamkeit der Autoren zog genau diese Familie von Genen an, und deshalb untersuchten sie genauer die Veränderung der Genexpression von zwei von ihnen, TotM und TotCmit Echtzeit-PCR.

Genexpression TotM und TotC gemessen nach 5- und 15-minütiger Wiedergabe seiner und anderer Songs.Das Spielen für 5 Minuten führte zu keinen signifikanten Veränderungen des Aktivitätsniveaus beider Gene (Fig. 2a). Das Spielen für 15 Minuten ergab jedoch signifikante Veränderungen in der Expression beider Gene (Fig. 2b).

Abb. 2 Veränderungen der Genexpression TotC (a) und TotM (b) nach 5- und 15-Minuten-Wiedergabe für Frauen D. Melanogaster Lieder seiner Art (artspezifisches Lied), Lieder D. Simulaner (heterospezifisches Lied) und weißes Rauschen in der Qualitätskontrolle. Durchschnittswerte und 95 Prozent Konfidenzintervalle werden angezeigt. Bild aus dem Artikel in der Diskussion Proceedings der Royal Society B

Wie erklären die Autoren den Anstieg der Aktivität von Genen der Immunabwehr nach dem Spielen Ihres Songs? Wie bereits erwähnt, das Lied D. Melanogaster dient als Schlüsselfaktor für die Erkennung des Sexualpartners und kann daher zu einer schnellen Kopulation führen. Es wurde zuvor gezeigt, dass unmittelbar vor und während der Kopulation die Expression vieler Immunabwehrgene in Drosophil-Weibchen erhöht ist. Die Autoren vermuten, dass dies mit einem Schutz gegen das Eindringen einer bakteriellen Infektion während der Kopulation sowie mit einem Schutz gegen spezifische Spermienproteine, die sogenannten Sexpeptide, verbunden sein kann. Diese spezifischen Proteine, die im Samen vieler Tierarten vorkommen, tragen zu einer Abnahme der sexuellen Aktivität des Weibchens bei.Warum brauchst du es? Dies ist eine Garantie dafür, dass das Weibchen sich nicht bald mit einem anderen Männchen paart, sondern weil eine große Anzahl ihrer Eier mit dem Sperma dieses bestimmten Männchens befruchtet wird. Da Weibchen jedoch weniger anfällig für Promiskuität sind als Männchen (siehe z. B. das Buch von O. Judson, "Jede Kreatur ist ein Paar"), versuchen Weibchen, ihre Immunabwehr zu stärken, um die Aktivität von Spermaproteinen zu unterdrücken.

Zusätzlich zu diesen vernünftigen Erklärungen für die erhöhte Aktivität der Immunabwehrgene, die die Autoren gegeben haben, möchte ich zum einen noch eins hinzufügen. Im Jahr 2006 schlugen A. V. Markov und A. M. Kulikov die Hypothese der "immunologischen Testung" von Ehepartnern vor (siehe Speziation ist eine persönliche Angelegenheit für jeden, "Elemente", 15. Februar 2006). Es ist bekannt, dass viele Tiere nicht zu nahe, aber nicht zu weit entfernte Verwandte als Ehepartner wählen, um Inzucht und ferne Hybridisierung zu vermeiden. Die Hypothese von Markov und Kulikov beruht auf dem einfachen Grund, dass es für die angebliche Testung eines Partners auf dem Prinzip der "eigenen oder fremden" Organismen sehr nützlich wäre, ihr kraftvolles Mittel zu nutzen, auf biochemischer Ebene zwischen dem eigenen und dem eines anderen zu unterscheiden – dem Immunsystem.Sie können den Grad der Verwandtschaft eines Partners bestimmen, zum Beispiel durch die Stärke der immunologischen Reaktion auf seinen Geruch: je stärker er ist, desto geringer ist der wahrscheinliche Grad der Verwandtschaft. Dies wird bestätigt: Zum Beispiel erkennt bei vielen Vertebraten ein bestimmtes Organ des sexuellen Geruchs, das Vomeronasalorgan, Proteine ​​des Haupthistokompatibilitätskomplexes, die einen einzigartigen "persönlichen Geruch" bilden. Laut Experimenten erhalten Säugetiere detaillierte Informationen über ihre Verwandten über ihre Verwandten, einschließlich des Grades ihrer Verwandtschaft oder genetischen Verwandtschaft. Wenn Sie zu den Fruchtfliegen zurückkehren, trägt das Lied natürlich auch Informationen über genetische Nähe. Und die Tatsache, dass es das Immunsystem auslösen kann, dient meiner Meinung nach als überzeugende Bestätigung der immunologischen Testhypothese. Es ist bemerkenswert, dass es nun Hinweise gibt, dass nicht nur chemische, sondern auch ein akustisches Signal diesen Test auslösen kann.

Quelle: E. Immonen, M. G. Ritchie. Die genomische Antwort auf Balz Lied Stimulation bei Frauen Drosophila melanogaster // Proceedings der Royal Society B. 2012. V. 279. Nr. 1732. Pp. 1359-1365.

Varvara Vedenina


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