Rolul semnalizării insulinei în medierea plasticității și robusteții nutriționale specifice țesuturilor în
Abstract
1. Introducere
Când rata de creștere a diferitelor trăsături variază ca răspuns la același gradient nutrițional, indivizii compuși din trăsături receptive diferențial vor crește nu doar la dimensiuni corporale diferite, ci vor dezvolta, de asemenea, diferite forme. Acest lucru face ca studiul creșterii dependente de nutriție să fie esențial pentru înțelegerea noastră asupra reglării dezvoltării și diversificării evolutive a formei. Răspunsurile plastice la nutriție și efectele lor asupra scalării și formei pot fi investigate prin studiul alometriilor statice. Alometriile statice permit evaluări cantitative ale dimensiunilor organelor în raport cu dimensiunile corpului la indivizi din aceeași populație [11], iar numeroase studii ilustrează acum modul în care diferențierea diferențială a trăsăturilor din specii și schimbările evolutive în relațiile de redimensionare dintre specii au jucat roluri critice în geneză. de diversitate morfologică (de ex. aripi de insecte [12] și coarne de gândac [13]). Ceea ce este mai puțin bine înțeles, totuși, sunt mecanismele de dezvoltare care reglează răspunsurile de creștere precise, specifice organelor de-a lungul gradienților nutriționali: cum reglează organismele răspunsurile extreme de creștere ale unor trăsături, protejându-le pe altele de fluctuațiile de mediu?
Onthophagus taurus este un gândac comunitar în Marea Mediterană și introdus secundar în America de Nord și Australia. Masculii acestei specii se dezvoltă, așa cum este obișnuit pentru mulți membri ai acestui gen, în două morfe alternative, în funcție de nutriția larvelor: nutriția larvelor ridicate are ca rezultat dezvoltarea unor coarne mari, cu coarne., major masculii care se bazează pe un comportament agresiv de luptă pentru a asigura femelele, în timp ce condițiile nutriționale scăzute duc la dezvoltarea de mici, fără corn, minor bărbații care se bazează pe comportamente furtive neagresive și pe competiția spermei pentru a asigura oportunități de împerechere. Alometria rezultată a lungimii cornului - dimensiunea corpului este puternic sigmoidală, iar morfele fără corn și corn sunt separate printr-un prag ascuțit al dimensiunii corpului. Morfologiile intermediare există în populațiile naturale, dar sunt comparativ extrem de rare [20].
Studii recente efectuate în acest sistem au arătat că cel puțin două căi sunt regulatori critici ai dimensiunii corpului și al formării coarnelor dependente de nutriție. Doublesex (Dsx), membrul cardinal al căii somatice de determinare a sexului, promovează creșterea cornului la bărbații mari, cu nutriție ridicată [21] și dsx ARNi elimină creșterea cornului care răspunde nutriției la bărbații mari. Prin contrast, calea de semnalizare Hedgehog (Hh), cea mai larg studiată pentru rolul său în modelarea polarității anterioare/posterioare, inhibă în mod activ creșterea cornului la bărbații mici, cu nutriție scăzută și eliminarea netezit (noi suntem), un activator cheie al semnalizării Hh, induce coarne în larvele masculine altfel destinate să se dezvolte în bărbați minori fără corn [22]. Combinate, aceste studii au demonstrat că atât semnalizarea Dsx, cât și Hh sunt critice pentru inducerea specifică a dimensiunii corpului sau, respectiv, pentru reprimarea coarnelor, și pentru formarea corectă a dimensiunii corpului prag care separă morfii masculi alternativi. in orice caz, Cum acțiunea oricărei căi este coordonată în lumina stării nutriționale a unui individ dat rămâne neclară. Mai exact, dacă semnalizarea Dsx sau Hh (sau ambele) sunt legate de componentele semnalizării IIS și, prin urmare, nutriția nu a fost încă examinată.
În acest studiu, ne-am concentrat asupra celor două paralogii ale receptorilor de insulină, comune celor mai multe insecte, InR1 și InR2, precum și Foxo, pentru a evalua funcțiile posibile ale diverselor membri ai căii IIS în reglarea sensibilității și robusteții nutriționale. Am comparat dezvoltarea coarnelor, o trăsătură extrem de sensibilă la nutriție, cu cea a organelor genitale masculine (în mod specific, aedeagus), o trăsătură insensibilă la nutriție. Mai mult, am testat dacă semnalizarea IIS ar putea acționa în amonte de semnalizarea Dsx sau Hh sau ambele, oferind astfel una sau ambele căi cu informații cu privire la condițiile nutriționale predominante în timpul dezvoltării gândacului.
2. Material și metode
(a) Creșterea gândacilor
Onthophagus taurus gândacii au fost colectați lângă Bloomington, IN și Chapel Hill, NC, și crescuți și întreținuți în coloniile de laborator, așa cum s-a descris anterior [23].
(b) Foxo, InR1 și InR2 clonarea și eliminarea RNAi
Grundele au fost concepute împotriva O. taurus Foxo, InR1 și InR2, iar fragmentele corespunzătoare au fost clonate și secvențiate pentru a verifica identitatea. ARN dublu catenar (dsARN) pentru injecții cu ARNi a fost generat așa cum s-a descris anterior [21]. ARNs de control a fost generat urmând aceeași procedură utilizând o secvență vectorială. Au fost utilizate următoarele concentrații de dsARN (dizolvate în tampon de injecție): injecții martor și Foxo ARNi (1 μg de dsARN); InR1 ARNi (0,5, 1, 3, 6 sau 9 μg); InR2 ARNi (0,25, 1 μg) și InR1+2 ARNi (0,5 ug). Concentrațiile au fost variate în unele cazuri, în încercarea de a îmbunătăți penetrarea și de a reduce mortalitatea. Toate injecțiile au fost executate în timpul ultimului (= al treilea) stadiu larvar.
(c) Reacție în lanț cantitativă în timp real a polimerazei
(d) Măsurători și analize alometrice
3. Rezultate
(A) Foxo ARNi liniază dimensiunea corpului sigmoidal - alometria mărimii cornului
Reamintim că dezvoltarea cornului la mascul O. taur este extrem de sensibil la nutriție, rezultând în formarea a două morf alternative cu coarne și fără corn, separate printr-un prag de dimensiune corporală clar definit. Pentru a investiga rolul Foxo în acest polifenism masculin nutrițional, am folosit epuizarea transcripției mediate de interferență ARN Foxo urmată de evaluări morfometrice ale lungimii cornului în raport cu mărimea corpului. Foxo ARNi a modificat profund această relație de scalare în mod normal puternic sigmoidală, inducând coarne relativ mai lungi la bărbații mici, cu nutriție redusă, în timp ce simultan reducea modest lungimea cornului la câțiva bărbați mari, cu nutriție ridicată, în comparație cu indivizii controlați (figura 1A,). Montarea modelelor alometrice (sigmoidale) la Foxo ARNi și indivizii injectați de control au relevat o diferență semnificativă în trei dintre parametrii analizați: o reducere a amplitudinii ( = 0,014), o trecere a punctului de inflexiune la dimensiuni mai mari ale corpului ( = 0,019) și o înălțime a y-interceptare (
Figura 1. Efectul Foxo ARNi pe relația de scalare sigmoidală extrem de sensibilă la nutriție între dimensiunea corpului și lungimea cornului. Foxo ARNi a indus creșterea cornului la o nutriție slabă, în mod normal bărbați fără corn (A,), în timp ce reducerea modestă a creșterii cornului în unele nutriții bogate, bărbații în mod normal cu corn complet,c). Compararea indivizilor injectați de control (gri) și indivizi (roșu) folosind ecuații Hill cu patru parametri montate independent, urmate de cele ale lui Welch t-testele pentru a compara estimările parametrilor au relevat o diferență semnificativă în amplitudine, punct de inflexiune, y-interceptare, dar nu panta. Comparând AIC și R 2 valori între modelele sigmoidale și liniare pentru ambele grupuri de tratament au evidențiat o diferență majoră de potrivire pentru indivizii controlați, indicând faptul că un model sigmoid surprinde cel mai exact relația de scalare între dimensiunea corpului și lungimea cornului. Prin contrast, potrivirea unui model sigmoid la Foxo Indivizii RNAi îmbunătățesc modest doar potrivirea în comparație cu o regresie liniară simplă, sugerând că Foxo ARNi transformă parțial alometria dimensiunii corpului - lungimea cornului de la puternic sigmoidal către o relație mai liniară. (Versiune online color.)