Glucoza alimentară reglează consumul de drojdie la bărbații adulți Drosophila
Sébastien Lebreton
1 unitate de ecologie chimică, Departamentul de biologie fitosanitară, Universitatea suedeză de științe agricole, Alnarp, Suedia
Peter Witzgall
1 unitate de ecologie chimică, Departamentul de biologie fitosanitară, Universitatea suedeză de științe agricole, Alnarp, Suedia
Marie Olsson
2 Unitate de calitate a produselor vegetale, Departamentul de Creștere a Plantelor, Universitatea Suedeză de Științe Agricole, Alnarp, Suedia
Paul G. Becher
1 unitate de ecologie chimică, Departamentul de biologie fitosanitară, Universitatea suedeză de științe agricole, Alnarp, Suedia
Abstract
Ajustarea comportamentului de hrănire ca răspuns la foame și sațietate contribuie la reglarea homeostatică la animale. Musca fructului Drosophila melanogaster se hrănește cu drojdii care cresc din fructe prea coapte, oferind nutrienți necesari supraviețuirii adulților, reproducerii și creșterii larvelor. Aici, vă prezentăm date despre modul în care valoarea nutrițională a alimentelor afectează consumul ulterior de drojdie la bărbații adulți Drosophila. După o perioadă de foame, muștele au prezentat un consum intensiv de drojdie. În comparație, muștele au încetat să se hrănească după ce au avut acces la o dietă nutritivă din făină de porumb. Interesant este că glucoza alimentară a fost la fel de eficientă ca și dieta complexă din făină de porumb. În schimb, muștele hrănite cu sucraloză, un îndulcitor nemetabolizabil, s-au comportat de parcă ar fi murit de foame. Hormonul adipokinetic și peptidele asemănătoare insulinei reglează procesele metabolice la insecte. Nu am găsit niciun efect al căii hormonului adipokinetic asupra acestei modulații. În schimb, calea insulinei a fost implicată în aceste modificări. Muștele lipsit de receptorul de insulină (InR) nu a răspuns la privarea de nutrienți prin creșterea consumului de drojdie. Împreună, aceste rezultate arată importanța insulinei în reglarea consumului de drojdie ca răspuns la foamete la bărbații adulți D. melanogaster.
Introducere
Mecanismele care controlează aportul de alimente și homeostazia energetică sunt destul de bine conservate la speciile animale, cu o bună omologie între vertebrate și nevertebrate. După o masă bogată în substanțe nutritive, aportul de calorii este detectat și induce un feedback care declanșează sațietatea și suprimă consumul de alimente prin căi hormonale. La insecte, calea peptidei de tip insulină/hormon adipokinetic (ILP/AKH), omologă cu calea insulină/glucagon a mamiferelor, joacă un rol central în reglarea hranei (Lee și Park, 2004; Bharucha și colab., 2008; Root și colab. al. al., 2011).
În Drosophila melanogaster, consumul de alimente promovează eliberarea Unpaired 2 (Upd2) din corpul gras, o proteină considerată omologă cu leptina mamiferelor (Rajan și Perrimon, 2012). Upd2 stimulează eliberarea ILP-urilor (Rajan și Perrimon, 2012) care acționează asupra neuronilor olfactivi prin inhibarea căii neuropeptidice scurte F (sNPF, un omolog al neuropeptidei Y), rezultând o scădere a sensibilității la mirosurile alimentare (Root et. al., 2011). Spre deosebire de hrănire, foamea crește sensibilitatea fiziologică și induce aportul de alimente la insecte (Farhadian și colab., 2012; Farhan și colab., 2013). Creșterea hrănirii se datorează cel puțin parțial activității neuronilor dopaminergici din ganglionul subesofagian, centrul gustului primar (Inagaki și colab., 2012; Marella și colab., 2012). Eliberarea dopaminei acționează asupra neuronilor gustativi responsabili de sensibilitatea la zahăr, care exprimă și receptori AKH (Bharucha și colab., 2008).
Privarea alimentară și compoziția macronutrienților din dietă afectează atât fiziologia, cât și comportamentul în larvele D. melanogaster (Anagnostou și colab., 2010; Andersen și colab., 2010; Bjordal și colab., 2014) și adulți (Skorupa și colab., 2008; Becher și colab. al., 2010; Lushchak și colab., 2011; Lebreton și colab., 2012). Proteinele dietetice activează atât căile ILP, cât și căile AKH, în timp ce zaharurile dietetice activează calea ILP, dar inhibă calea AKH (Buch și colab., 2008). ILP și AKH nu sunt implicate doar în reglarea hrănirii, ci și în mai multe trăsături comportamentale și fiziologice dependente de foame/sațietate la adulți, cum ar fi mobilizarea și stocarea energiei, absorbția nutrienților în intestinul mediu, fecunditatea și reproducerea sau comportamentul sexual și Park, 2004; Bharucha și colab., 2008; Liu și colab., 2009; Wigby și colab., 2011; Kodrík și colab., 2012). Efectul unei diete bogate în proteine asupra acestor căi hormonale este bine descris (Buch și colab., 2008). Drojdiile joacă un rol esențial în nutriția și ecologia mustei (Begon, 1982; Becher și colab., 2012) pentru care sunt o sursă esențială de proteine (Skorupa și colab., 2008) și, de asemenea, lipide (Bos și colab., 1976 ).). În consecință, ne putem aștepta ca muștele hrănite cu o dietă lipsită de acești nutrienți să fie atrase de drojdii chiar dacă dieta lor anterioară a avut o valoare calorică ridicată.
În ciuda importanței ecologice a drojdiei, se știe puțin despre factorii fiziologici care reglementează comportamentul de hrănire a drojdiei la D. melanogaster adult. În acest studiu, am investigat dacă lipsa nutrienților esențiali într-o dietă ar afecta comportamentul ulterior de hrănire a drojdiei la bărbații D. melanogaster. Glucoza din dietă a fost suficientă pentru a modula apetitul și, prin urmare, am investigat mecanismele fiziologice și hormonale care stau la baza efectului zahărului din dietă asupra consumului suplimentar de drojdie, cu accent pe calea ILP/AKH.
Materiale și metode
Tulpini de zbor și creștere
Prezentare generală a proiectului experimental. Asteriscurile indică când s-a măsurat consumul de alimente.
Cultura drojdiei
Saccharomyces cerevisiae (S288c) a fost crescut pe un mediu minim sintetic (Merico și colab., 2007), în baloane de 100 ml la 25 ° C pe un agitator rotativ timp de 21 ore. Suspensia celulară a fost împărțită în porțiuni și menținută la -80 ° C până la aplicarea în testul de alimentare.
Test de hrănire pentru consumul de drojdie
Consumul de drojdie a fost analizat cu o versiune modificată a testului CAFE (Ja și colab., 2007; Farhadian și colab., 2012). Masculii individuali au fost izolați și așezați într-o ceașcă de plastic de 30 ml. Paharul de plastic a fost plasat pe partea superioară a unei sticle de 250 ml sticlă umplută cu 20 ml apă distilată. Fundul cupei a fost străpuns pentru a oferi umiditate. Soluția de drojdie a fost furnizată din partea de sus într-un microcapilar de sticlă de 5 μL ținut de un vârf de pipetă tăiat. Consumul de drojdie a fost măsurat la fiecare oră în primele 7 ore și după 24 de ore (Figura (Figura 1). 1). Un experiment de control fără muște a fost efectuat în același timp pentru a măsura rata de evaporare a soluției de drojdie, care a fost utilizată pentru a corecta rata de consum în experimentele cu muște.
Pentru a verifica cantitatea de zahăr (glucoză, sucraloză) consumată de muște, același test a fost utilizat cu bărbați împerecheați înfometați în vârstă de 2 zile peste 24 de ore. Pentru fiecare test au fost folosite nouă până la unsprezece muște (Figura (Figura 1.1).
analize statistice
Pentru a testa diferențele dintre diferite diete (apă, făină de porumb, glucoză, sucraloză) la hrănirea cu drojdie peste 24 de ore, a fost efectuat un test de comparație multiplă (funcția glht, pachetul multcomp) pe modelul de efecte mixte cu indivizi și timpul ca aleatoriu efecte (funcția lme, pachetul nlme). Efectele factorilor au fost analizate cu un test F. Efectul AKHR și InR asupra consumului de drojdie a fost, de asemenea, analizat folosind un model de efecte mixte. Mortalitatea muștelor InR a fost testată folosind un GLM cu distribuție binomială (efectul dietei și genotipului). Un test de χ 2 a fost folosit pentru a compara muștele mutante și pentru a controla muștele pentru fiecare dietă. Analizele statistice au fost calculate folosind R (R 2.1.1, R Development Core Team, Free Software Foundation Boston, MA, SUA).