Mutațiile genei Neverland au transformat Drosophila pachea într-o specie specializată obligatorie
Michael Lang
1 CNRS UMR7592, Univ Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité, Institut Jacques Monod, 15 rue Hélène Brion, 75205 Paris cedex 13, France
Sophie Murat
1 CNRS UMR7592, Univ Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité, Institut Jacques Monod, 15 rue Hélène Brion, 75205 Paris cedex 13, France
2 UPMC, Univ Paris 06, CNRS, Bâtiment A, 7 quai Saint Bernard, 75005 Paris, Franța
Andrew G. Clark
3 Departamentul de Biologie Moleculară și Genetică, Universitatea Cornell, Ithaca, NY SUA
Géraldine Gouppil
1 CNRS UMR7592, Univ Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité, Institut Jacques Monod, 15 rue Hélène Brion, 75205 Paris cedex 13, France
Catherine Blais
2 UPMC, Univ Paris 06, CNRS, Bâtiment A, 7 quai Saint Bernard, 75005 Paris, Franța
Luciano M. Matzkin
4 Departamentul de Științe Biologice, Universitatea Alabama din Huntsville, 301 Sparkman Drive, Huntsville AL 35899, SUA
Emilie Guittard
2 UPMC, Univ Paris 06, CNRS, Bâtiment A, 7 quai Saint Bernard, 75005 Paris, Franța
Takuji Yoshiyama - Yanagawa
5 Absolvent School of Life and Environment Sciences, Universitatea din Tsukuba, Tennoudai 1-1-1, Tsukuba, Ibaraki 305-8572, Japonia
6 Departamentul de Biosștiințe Integrate, Școala Absolventă de Științe Frontiere, Universitatea din Tokyo, 5-1-5 Kashiwanoha, Kashiwa, Chiba 277-8562, Japonia
Hiroshi Kataoka
6 Departamentul de Biosștiințe Integrate, Școala Absolventă de Științe Frontiere, Universitatea din Tokyo, 5-1-5 Kashiwanoha, Kashiwa, Chiba 277-8562, Japonia
Ryusuke Niwa
5 Absolvent School of Life and Environment Sciences, Universitatea din Tsukuba, Tennoudai 1-1-1, Tsukuba, Ibaraki 305-8572, Japonia
René Lafont
2 UPMC, Univ Paris 06, CNRS, Bâtiment A, 7 quai Saint Bernard, 75005 Paris, Franța
Chantal Dauphin - Villemant
2 UPMC, Univ Paris 06, CNRS, Bâtiment A, 7 quai Saint Bernard, 75005 Paris, Franța
Virginie Orgogozo
1 CNRS UMR7592, Univ Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité, Institut Jacques Monod, 15 rue Hélène Brion, 75205 Paris cedex 13, France
2 UPMC, Univ Paris 06, CNRS, Bâtiment A, 7 quai Saint Bernard, 75005 Paris, Franța
Date asociate
Abstract
Majoritatea speciilor vii exploatează o gamă limitată de resurse. Cu toate acestea, se știe puțin despre modul în care se formează legături strânse în timpul evoluției între speciile specializate și gazdele pe care le utilizează. Am examinat dependența Drosophila pachea de gazda sa unică, cactusul senita. Mai multe modificări ale aminoacizilor din oxigenaza Neverland au făcut ca D. pachea să nu poată transforma colesterolul în 7-dehidrocolesterol (prima reacție în calea biosintetică a hormonului steroid la insecte) și astfel a făcut ca D. pachea să depindă de sterolii neobișnuiți ai plantei sale gazdă. Mutațiile Neverland cresc supraviețuirea pe steroli neobișnuiți ai cactusului și se află într-o regiune genomică care s-a confruntat cu o selecție pozitivă recentă. Acest studiu ilustrează cât de puține modificări genetice într-o singură genă pot restricționa nișa ecologică a unei specii.
60 de generații) fără defecte aparente (8).
Calea biosintetică presupusă a ecdysonei (A) și NVD în D. pachea. () Structura proteinei NVD. (C) Alinierea mai multor secvențe de proteine NVD. Cinci mutații (cutii) au fost testate in vitro. Pentru alinierea secvențelor proteice NVD complete cu specii de insecte suplimentare, vezi fig. S8.
Conversia colesterolului în 7DHC este catalizată de oxigenaza domeniului Rieske conservat evolutiv Neverland (NVD) la insecte și nematode (9, 10). Pentru a testa dacă mutația (mutările) din nvd sunt responsabile pentru dependența de D. pachea de cactusul său gazdă, am secvențiat regiunea de codificare nvd (8) din D. pachea și cele trei specii cele mai înrudite D. nannoptera, D. acanthoptera și D wassermani, care se hrănesc cu alți cactuși (11) (Tabelul S1-2, fig. S1). Nu s-au găsit codonii de oprire sau inserții/ștergeri în secvența D. pachea, dar raportul ratelor de substituție nesinonimă (dN) față de substituția sinonimă (dS) este semnificativ mai mare în ramura care duce la D. pachea (Tabelele S3, fig. S2). Am observat că mai mulți aminoacizi care prezintă o conservare ridicată între insecte și vertebrate sunt diferiți în D. pachea NVD (Fig. 1B - C). Am observat că la D. pachea larvele de a treia etapă, la fel ca la D. melanogaster (9) și D. acanthoptera, nvd este exprimat doar în glanda protoracică (fig. S3), un organ a cărui singură funcție cunoscută este producția de ecdisonă (12) . Prin urmare, concluzionăm că funcția NVD, dacă există, ar trebui să fie legată de producția de hormoni steroizi.