Роль інсулінової сигналізації в опосередкуванні тканинної специфічної харчової пластичності та стійкості в
Анотація
1. Вступ
Коли швидкість росту різних ознак змінюється у відповідь на один і той же градієнт поживності, особини, що складаються з різнорідних чутливих ознак, зростатимуть не просто до різних загальних розмірів тіла, але також розвиватимуться різні загальні фігури. Це робить вивчення залежності від харчування зростання центральним для нашого розуміння регуляції розвитку та еволюційної диверсифікації форми. Реакції пластику на харчування та їх вплив на масштабування та форму можна дослідити шляхом вивчення статичних алометрій. Статичні алометрії дозволяють кількісно оцінювати розміри органів щодо розмірів тіла у особин тієї самої популяції [11], і численні дослідження тепер ілюструють, як диференційоване масштабування ознак всередині видів та еволюційні зміни в масштабних відносинах між видами відігравали вирішальну роль у генезі морфологічного різноманіття (наприклад, крила комах [12] та роги жуків [13]). Однак менш добре зрозумілі механізми розвитку, які регулюють точні, специфічні для органу реакції росту в межах харчових градієнтів: як організми регулюють екстремальні реакції росту деяких ознак, захищаючи інші від коливань навколишнього середовища?
Телець Онтофага це гнойовий жук, поширений у Середземному морі, а вдруге інтродукований у Північній Америці та Австралії. Самці цього виду розвиваються, як це характерно для багатьох представників цього роду, у дві альтернативні морфи залежно від живлення личинок: високе живлення личинок призводить до розвитку великих, рогатих, майор самці, які покладаються на агресивну бойову поведінку, щоб захистити самок, тоді як низькі харчові умови призводять до розвитку маленьких, безрогих, неповнолітній чоловіки, які покладаються на неагресивну поведінку, що крадеться, та конкуренцію сперми, щоб забезпечити можливості спарювання. Отримана в результаті алометрія довжини рогу - розмір тіла є сильно сигмовидною, а безрогі та рогаті морфи розділені різким порогом розміру тіла. Проміжні морфології існують у природних популяціях, але порівняно надзвичайно рідкісні [20].
Недавні дослідження в цій системі показали, що принаймні два шляхи є критичними регуляторами розміру тіла та залежності від харчування рогів. Doublesex (Dsx), основний член соматичного шляху визначення статі, сприяє зростанню рогів у великих чоловіків з високим харчуванням [21], і DSX RNAi усуває ріг рогів у великих чоловіків, що відповідає харчуванню. На противагу цьому, сигнальний шлях Їжака (Hh), найбільш широко вивчений за його роллю у формуванні візерунків передньої/задньої полярності, активно пригнічує ріг рогу у дрібних самців з низьким харчуванням та збиття згладжений (смо), ключовий активатор сигналізації Hh, індукує роги у личинок самців, інакше їм судилося перерости в безрогих неповнолітніх самців [22]. У сукупності ці дослідження продемонстрували, що як сигнали Dsx, так і Hh є критично важливими для індукції чи репресії рогів відповідно до розміру тіла, а також для належного формування порогового розміру тіла, що розділяє альтернативні чоловічі морфи. Однак, як дія будь-якого із шляхів координується у світлі стану харчування даної людини, залишається незрозумілою. Зокрема, чи пов'язані сигнали Dsx або Hh (або обидва) з компонентами сигналізації IIS, і, отже, харчування ще не вивчено.
У цьому дослідженні ми зупинились на двох паралогах рецепторів інсуліну, загальних для більшості комах, InR1 і InR2, так само, як Фоксо, для оцінки можливих функцій різноманітних членів шляху IIS у регулюванні чутливості та надійності харчування. Ми протиставили розвиток рогів, особливо чутливих до харчування, ознак чоловічих статевих органів (зокрема, едегу), нечутливих до харчування ознак. Крім того, ми перевірили, чи може сигналізація IIS діяти вище сигналів Dsx або Hh, або обох, забезпечуючи тим самим один або обидва шляхи інформацією щодо переважаючих харчових умов під час розвитку жуків.
2. Матеріал і методи
(а) Господарство жуків
Телець-онтофаг жуків збирали поблизу Блумінгтона, штат Індонезія, та Чапел-Гілл, штат Північна Кароліна, і вирощували та утримували в лабораторних колоніях, як описано раніше [23].
(b) Фоксо, InR1 і InR2 клонування та нокдаун RNAi
Грунтовки були розроблені проти О. Телець Фоксо, InR1 і InR2, і відповідні фрагменти клонували та секвенували для підтвердження ідентичності. Дволанцюгова РНК (dsRNA) для ін’єкцій RNAi була створена, як описано раніше [21]. Контрольну дРНК генерували за тією ж процедурою, використовуючи векторну послідовність. Були використані наступні концентрації дсРНК (розчинені в ін'єкційному буфері): контрольні ін'єкції та Фоксо РНКi (1 мкг дсРНК); InR1 RNAi (0,5, 1, 3, 6 або 9 мкг); InR2 РНКi (0,25, 1 мкг) та InR1+2 РНКi (0,5 мкг). У деяких випадках концентрація змінювалася, намагаючись поліпшити проникнення та знизити смертність. Всі ін'єкції були зроблені протягом останнього (= третього) періоду личинки.
(c) Кількісна ланцюгова реакція полімерази в режимі реального часу
(d) Алометричні вимірювання та аналізи
3. Результати
(а) Фоксо RNAi лінеаризує сигмоїдну розмірність тіла - алометрію розміру тіла
Нагадаємо, що розвиток рогу у самця О. Телець надзвичайно чутливий до харчування, в результаті чого утворюються дві альтернативні рогаті та безрогі морфи, розділені чітко визначеним порогом розміру тіла. Дослідити роль Фоксо у цьому чоловічому поліфенізмі з харчовою ознакою ми використовували виснаження транскриптів, опосередковане РНК-інтерференцією Фоксо після чого проводяться морфометричні оцінки довжини рогу щодо розміру тіла. Фоксо RNAi глибоко змінив цей нормально сильно сигмоподібний масштабний взаємозв'язок, індукуючи відносно довші роги у маленьких чоловіків з низьким харчуванням, одночасно поступово зменшуючи довжину рогів у кількох великих чоловіків з високим харчуванням, порівняно з особами, яким вводили ін'єкцію (рис. 1).a,). Підгонка алометричних (сигмоїдальних) моделей до Фоксо РНК і особи, яким вводили контроль, виявили значну різницю у трьох з аналізованих параметрів: зменшення амплітуди (стор = 0,014), зміщення точки перегину до більших розмірів тіла (стор = 0,019) і висотою р-перехоплювати (стор
Рисунок 1. Ефект Фоксо RNAi на високочутливому до харчування, сигмовидному масштабному відношенні між розміром тіла та довжиною рогу. Фоксо РНК-індукований ріг рогу при низькому харчуванні, як правило, самці без рогів (a,), в той час як поступово зменшує ріст рогів у деяких людей з високим харчуванням, як правило, повністю рогаті самці (,c). Порівняння осіб, яким вводили контроль (сірий) та нокдаун (червоний), використовуючи незалежно встановлені рівняння Хілла з чотирма параметрами, за якими слідували формула Уелча т-тести для порівняння оцінок параметрів виявили значну різницю в амплітуді, точці перегину, р-перехоплення, але не нахил. Порівнюючи AIC та Р. 2 значення між сигмоїдальною та лінійною моделями для обох груп лікування виявили велику різницю у придатності для осіб, яким вводили контрольну групу, вказуючи на те, що сигмовидна модель найбільш точно фіксує масштабну залежність між розміром тіла та довжиною рогу. Навпаки, пристосування сигмовидної моделі до Фоксо Особи з RNAi лише незначно покращують придатність порівняно з простою лінійною регресією, припускаючи це Фоксо RNAi частково перетворює алометрію розміру тіла - довжини рогу від сильно сигмоїдної до більш лінійної залежності. (Інтернет-версія у кольорі.)