Физиология на безгръбначните

Редактиран от
Пен Хе

Университет Гуйджоу, Китай

Прегледан от
Ралф Хайнрих

Университет в Гьотинген, Германия

Я-Нан Джанг

Нормален университет Хуабей, Китай

Принадлежностите на редактора и рецензенти са най-новите, предоставени в техните профили за проучване на Loop и може да не отразяват тяхното положение по време на прегледа.

когато

  • Изтеглете статия
    • Изтеглете PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Допълнителни
      Материал
  • Цитат за износ
    • EndNote
    • Референтен мениджър
    • Прост ТЕКСТ файл
    • BibTex
СПОДЕЛИ НА

Оригинални изследвания СТАТИЯ

  • 1 Катедра по ентомология и нематология, Университетът на Флорида, Гейнсвил, Флорида, САЩ
  • 2 Катедра по биология, Университетът на Северна Флорида, Джаксънвил, Флорида, САЩ

Въведение

Много мъжки репродуктивни дисплеи изискват скъпи сигнали (Soulsbury, 2019). Скъпите сигнали могат да варират от разработване на предразвъдни орнаменти до машини за производство на феромони до енергийно гориво за поведенчески прояви. Аминокиселините се използват за изграждане на сексуални орнаменти и биохимични машини, необходими за поведенчески и химически прояви (например протеини, използвани за изграждане и поддържане на мъжки орнаменти или ензими, необходими за производството на мъжки феромони). Съхранението на аминокиселини преди лекиране или производство на орнаменти може да бъде изгодно. При някои птици и раци-скривалища орнаментите могат да попречат на търсенето на храна, така че мъжете могат да се възползват от съхранението на аминокиселини, докато не придобият ресурсите, необходими за завършване на растежа на орнаментите (Moller et al., 1995; Allen and Levinton, 2007). Други видове използват системи за чифтосване на лек, при които мъжете се събират на места, които са отделени от ресурсите и извършват конкурентни репродуктивни прояви, за да привлекат сексуално селективни жени (Shelly, 2018). Много плодови мухи от тефритид използват системи за чифтосване на лек и имат интензивни аминокиселинни дисплеи, които са физически отделени от аминокиселинните източници, така че тези мъже могат да се възползват от съхранението на аминокиселини, преди да пътуват до местата за лекиране и да започнат своите конкурентни прояви (Warburg и Yuval, 1997; Yuval et al., 1998; Benelli et al., 2014).

Мъжете трябва да забавят или да се откажат от репродуктивното развитие в полза на допълнителна храна, ако нямат достатъчно запаси от аминокиселини, за да се възпроизведат успешно. Въпреки че запасите от мазнини са свързани с размножителното поведение при някои гръбначни животни (Pérez-Barberia et al., 1998; Wells, 2001; Welbergen, 2011), значението на запасите от аминокиселини за репродуктивните прояви остава до голяма степен непроучено. Гръбначните животни могат да се подложат на хистолиза на мускулите, когато приемът на аминокиселини е недостатъчен, за да отговори на нуждите от преход в историята на живота като разплод (Brosnan, 2003; Parker et al., 2009), но гръбначните животни нямат специален склад за аминокиселини, така че разбирането на ролята на запасите от протеин в гръбначните животни могат да бъдат предизвикателни.

Материали и методи

Fly вземане на проби и анализ на сексуален дисплей

Количествено определяне на lsp-2 Изобилие от стенограми

За генериране на cDNA пробите се хомогенизират и РНК пелети се екстрахират с помощта на TRIreagent ® (Invitrogen, Carlsbad, CA, United States) съгласно инструкциите на производителя, с изключение на 1-бромо-3-хлоропропан (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, САЩ) се използва вместо хлороформ за фазово разделяне. Качеството на РНК се проверява чрез подбор на всяка 24-та екстракция на РНК и използване на 5 μg РНК за електрофореза с избелващ гел (допълнителна фигура 2; Aranda et al., 2012). За генериране на кДНК от РНК е използван комплектът SuperScript ® SSOAdvanced First-Strand Synthesis Reagents (Invitrogen, Carlsbad, CA, United States) съгласно инструкциите на производителя, използвайки 1 μg обща РНК на 20 μl реакция и олиго (dT) 20 като буква за обратна транскрипция.

За да намерите lsp-2 преписи при възрастни мъже, lsp-2 изобилието от транскрипти е изследвано в главата, краката и корема на мъже, хранени с протеини и лишени от протеин 4 дни след еклозия при възрастни (извлечена РНК и синтезирана cDNA, както е описано по-горе). Главите, краката и корема се обединяват в групи тъкани от пет отделни мухи (30 крака/басейн), всеки басейн се репликира четири пъти (н = 12). lsp-2 транскриптите ясно присъстват както в главата, така и в корема (допълнителна фигура 3), потвърждавайки, че използването на цели трупове за екстракция на РНК и протеини е подходящо за оценка lsp-2 изобилие от преписи между мъже, хранени с протеини и лишени от протеин. За оценка бяха използвани цели тела lsp-2 изобилие от преписи за всички възрасти и диетични лечения.

Да се ​​тества за ефекти на хранителните протеини върху lsp-2 изобилие от транскрипти, проведохме qRT-PCR върху проби, описани по-горе, които бяха събрани през първите 3 дни от живота на възрастни, както и мъже до 9 дни след еклозия на възрастни, които бяха фенотипирани за поведение на сексуално показване. Пробите бяха рандомизирани през qRT-PCR плаки и течеха заедно с 3 концентрации на вътрешен стандарт, съставен от смесени cDNA от произволно избрани проби. ° Сq стойностите са изчислени с помощта на софтуера CFX Manager TM (Bio-Rad, Hercules, CA, САЩ). lsp-2 ° Сq е разделен от домакинския ген rp18 ° Сq да се изчисли относително lsp-2 изобилие от преписи, използвайки 2 –ΔΔ CT метод (Livak и Schmittgen, 2001). rp18 изобилието на транскриптите не е повлияно значително от възрастта, диетата или лечението с RNAi в нито един експеримент (LMM, започвайки с модела 2 - rp18Ct Диета ∗ Възраст, включително кохорта като случаен фактор и намаляване чрез AIC стъпка назад, стр > 0,244 за всеки модел, пълен или намален, н = 207).

Количествено определяне на изобилието от LSP-2 протеини

Статистически анализи

маса 1. Резултати от статистически линейни модели.

Резултати

Хранените с протеини мъже проявяват сексуално поведение по-рано и по-често

Паолучи, М., Роко, М. и Варикио, Е. (2001). Присъствие на лептин в плазмата, черния дроб и мастните тела в гущера Podarcis sicula: колебания през репродуктивния цикъл. Life Sci. 69, 2399–2408. doi: 10.1016/s0024-3205 (01) 01326-1

Parker, K. L., Barboza, P. S., и Gillingham, M. P. (2009). Храненето интегрира екологичните реакции на копитните животни. Функция. Екол. 23, 57–69. doi: 10.1111/j.1365-2435.2009.01528.x

Pérez-Barberia, F. J., Mutuberria, G. и Nores, C. (1998). Репродуктивни параметри, индекс на мастна тъкан в бъбреците и взаимоотношения на пасищната активност между половете в Кантабрийска дива коза Rupicapra pyrenaica парва. Акта Териол. 43, 311–324. doi: 10.4098/at.arch.98-26

Екип на R Core (2018). R: Език и среда за статистически изчисления. Виена: Фондация R за статистически изчисления.

Rahman, M. M., Kim, E. и Lim, U. T. (2018). Сезонно възпроизводително представяне и състояние на чифтосване на женските преди диапаузата Riptortus pedestris (Hemiptera: Alydidae), събрани на полета. J. Econ. Ентомол. 111, 1202–1209. doi: 10.1093/jee/toy101

Rajan, A., и Perrimon, N. (2012). Дрозофила цитокин несдвоен 2 регулира физиологичната хомеостаза чрез дистанционно управление на секрецията на инсулин. Клетка 151, 123–137. doi: 10.1016/j.cell.2012.08.019

Ридифорд, Л. М. (2012). Как младежкият хормон контролира метаморфозата и размножаването на насекомите? Gen. Comp. Endocr. 179, 477–484. doi: 10.1016/j.ygcen.2012.06.001

Робъртс, Д., Улф, Дж. И Акам, М. (1977). Профили на развитие на 2 основни хемолимфни протеина от Drosophila melanogaster. J. Насекомо физиол. 23, 871–878. doi: 10.1016/0022-1910 (77) 90013-0

Sandberg, R. и Moore, F. R. (1996). Запаси от мазнини и пристигане на местата за размножаване: репродуктивни последици за мигрантите от възрастни хора. Ойкос 77, 577–581.

Scharf, M. E., Buckspan, C. E., Grzymala, T. L. и Zhou, X. (2007). Регулиране на диференциацията на полифеничните касти в термита Reticulitermes flavipes чрез взаимодействие на вътрешни и външни фактори. J. Exp. Biol. 210, 4390–4398. doi: 10.1242/jeb.010876

Segura, D. F., Belliard, S. A., Vera, M. T., Bachmann, G. E., Ruiz, M. J., Jofre-Barud, F., et al. (2018). Растителни химикали и сексуалното поведение на плодовите мухи от тефритид. Ан. Ентомол. Soc. Am. 111, 239–264. doi: 10.1093/aesa/say024

Шели, Т. Е. (2018). Сексуален подбор на течове: грунд за плодова муха. J. Insect Sci. 18: 9.

Shelly, T. E., и Kennelly, S. S. (2003). Гладуване и успех на чифтосване на диви мъжки средиземноморски плодови мухи (Diptera: Tephritidae). J. Насекомо Behav. 16, 171–179.

Sieber, M. H. и Spradling, A. C. (2015). Стероидната сигнализация установява женско метаболитно състояние и регулира SREBP за контрол на натрупването на лиопиди на ооцитите. Curr. Biol. 25, 993–1004. doi: 10.1016/j.cub.2015.02.019

Simmons, L. W. и Parker, G. A. (1989). Брачно хранене при насекоми: усилие за чифтосване спрямо инвестиция по бащина линия. Етология 81, 332–343. doi: 10.1111/j.1439-0310.1989.tb00778.x

Smith, J. T. и Spencer, S. J. (2012). Предварителното прехранване и недохранването променят началото на пубертета при плъховете, без да се засяга kisspeptin. Biol. Reprod. 86, 135–141.

Soulsbury, C. D. (2019). Размножаване на доходите и капитала при мъжете: енергийни и физиологични ограничения на мъжките стратегии за чифтосване. J. Exp. Biol. 222: jeb184895. doi: 10.1242/jeb.184895

Sousa-Nunes, R., Yee, L. L. и Gould, A. P. (2011). Мастните клетки реактивират неподвижни невробласти чрез TOR и глиални инсулинови релета Дрозофила. Природата 471, 508–512. doi: 10.1038/nature09867

Tawfik, A. I., Kellner, R., Hoffmann, K. H. и Lorenz, M. W. (2006). Пречистване, характеризиране и титър на хемолимфните ювенилни хормонално-свързващи протеини от Schistocerca gregaria и Gryllus bimaculatus. J. Насекомо физиол. 52, 255–268. doi: 10.1016/j.jinsphys.2005.11.005

Teal, P. E., Pereira, R., Segura, D. F., Haq, I., Gómez-Simuta, Y., Robinson, A. S., et al. (2013). Метопреновите и протеинови добавки ускоряват репродуктивното развитие и подобряват успеха при чифтосване на мъжки тефритидни мухи. J. Appl. Ентомол. 137, 91–98. doi: 10.1111/j.1439-0418.2010.01606.x

Teets, N. M., Dias, V. S., Pierce, B. K., Schetelig, M. F., Handler, A. M., и Hahn, D. A. (2019). Свръхекспресията на антиоксидантен ензим подобрява производителността на мъжки чифтосване след стрес при лекуваща плодова муха. Proc. R. Soc. Б. 286: 20190531. doi: 10.1098/rspb.2019.0531

Terwilliger, N. B., Dangott, L. и Ryan, M. (1999). Криптоцианин, ракообразен линещ протеин: еволюционна връзка с членестоноги хемоцианини и насекоми хексамерини. Proc. Natl. Акад. Sci. САЩ. 96, 2013–2018. doi: 10.1073/pnas.96.5.2013

Tokar, D. R., Veleta, K. A., Canzano, J., Hahn, D. A. и Hatle, J. D. (2014). Vitellogenin RNAi спира растежа на яйчниците и отклонява репродуктивните протеини и липиди при младите скакалци. Am. Zool. 54, 931–941. doi: 10.1093/icb/icu068

Tsakas, S., Katsoris, P. G., Bourtzis, K. и Marmaras, V. J. (1991). Включване на арилфорини (LSP-1) и LSP-2 подобен протеин в обвивката на Ceratitis capitata по време на учене. Насекомо Biochem. 21, 507–515. doi: 10.1016/0020-1790 (91) 90104-m

Ubukata, H. (1984). Избор на местоположение на яйцеклетки и избягване на допълнително чифтосване от женски на водното конче, Cordulia aenea amurensis Selys (Corduliidae). Рез. Попул. Екол. 26, 285–301. doi: 10.1007/bf02515495

Warburg, M. S. и Yuval, B. (1997). Ефекти на енергийните резерви върху поведенческите модели на средиземноморските плодови мухи (Diptera: Tephritidae). Oecologia 112, 314–319. doi: 10.1007/s004420050314

Warner, R. R. (1987). Женски избор на места срещу партньори в коралов риф, Thalassoma bifasciatum. Anim. Behav. 35, 1470–1478. doi: 10.1016/s0003-3472 (87) 80019-2

Welbergen, J. A. (2011). Подходящи жени и дебели полигинозни мъже: сезонни промени в телесната маса при сивоглавата летяща лисица. Oecologia 165, 629–637. doi: 10.1007/s00442-010-1856-1

Уелс, К. Д. (2001). „Енергията на призоваването на жаби“, в Anuran комуникация, изд. М. Дж. Райън (Вашингтон, окръг Колумбия: Smithsonian Institution Press), 45–60.

Wheeler, D. E. и Buck, N. A. (1996). Роля за съхранение на протеини в автогенното размножаване през Aedes atropalpus. J. Насекомо физиол. 42, 961–966. doi: 10.1016/0022-1910 (96) 00049-2

Wheeler, D. E., Tuchinskaya, I., Buck, N. A. и Tabashnik, B. E. (2000). Хексамерни протеини за съхранение по време на метаморфоза и производство на яйца в диамантения молец, Plutella xylostella (Lepidoptera). J. Насекомо физиол. 46, 951–958. doi: 10.1016/s0022-1910 (99) 00202-4

Wijesekera, T. P., Saurabh, S. и Dauwalder, B. (2016). Ювенилният хормон се изисква при възрастни мъже за Дрозофила ухажване. PLoS One 11: e0151912. doi: 10.1371/journal.pone.0151912

Woods, S. C., Seeley, R. J., Porte, D. и Schwartz, M. W. (1998). Сигнали, които регулират приема на храна и енергийната хомеостаза. Наука 280, 1378–1383. doi: 10.1126/science.280.5368.1378

Xie, W. и Luan, Y. X. (2014). Еволюционни последици от диплуран хексамерините. Насекомо Biochem. Мол. 46, 17–24. doi: 10.1016/j.ibmb.2014.01.003

Yin, C. M., Qin, W. H., и Stoffolano, J. G. Jr. (1999). Регулиране на поведението на чифтосване чрез хранене и corpus allatum както при мъжете, така и при жените Phormia regina (Майген). J. Насекомо физиол. 45, 815–822. doi: 10.1016/s0022-1910 (99) 00047-5

Yuval, B. и Bouskila, A. (1993). Времева динамика на чифтосване и хищничество в рояци от комари. Oecologia 95, 65–69. doi: 10.1007/bf00649508

Yuval, B., Kaspi, R. O. Y., Shloush, S. и Warburg, M. S. (1998). Хранителните резерви регулират участието на мъжете в средиземноморските плодови мухи. Екол. Ентомол. 23, 211–215. doi: 10.1046/j.1365-2311.1998.00118.x

Zhang, J. и Gong, M. (2018). Преглед на ролята на лептина в регулирането на репродуктивната функция на мъжете. Андрология 50: e12965. doi: 10.1111/и.12965

Zhou, X., Oi, F. M. и Scharf, M. E. (2006). Социална експлоатация на хексамерин: RNAi разкрива основен кастов регулаторен фактор при термитите. Proc. Natl. Акад. Sci. САЩ. 103, 4499–4504. doi: 10.1073/pnas.0508866103

Ключови думи: поведенческа регулация, lsp-2, ухажване от мъжки пол, съхранение на хранителни вещества, тефридити, хексамерини, сигнал, получен от мазнини и тяло, отглеждане на капитали

Цитиране: Кратко CA, Hatle JD и Hahn DA (2020) Магазините за протеини регулират, когато започват репродуктивни дисплеи в мъжката карибска плодова муха. Отпред. Физиол. 11: 991. doi: 10.3389/fphys.2020.00991

Получено: 03 април 2020 г .; Приет: 20 юли 2020 г .;
Публикувано: 06 август 2020 г.

Пен Хе, Университет Гуйджоу, Китай

Ралф Хайнрих, Университет в Гьотинген, Германия
Ya-Nan Zhang, Хуайбей Нормален университет, Китай