научная статья по теме ЭНДОСИМБИОТИЧЕСКАЯ БАКТЕРИЯ WOLBACHIA ПОВЫШАЕТ НЕСПЕЦИФИЧЕСКУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ К ЭНТОМОПАТОГЕНАМ И ИЗМЕНЯЕТ ПОВЕДЕНИЕ DROSOPHILA MELANOGASTRER Биология

Текст научной статьи на тему «ЭНДОСИМБИОТИЧЕСКАЯ БАКТЕРИЯ WOLBACHIA ПОВЫШАЕТ НЕСПЕЦИФИЧЕСКУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ К ЭНТОМОПАТОГЕНАМ И ИЗМЕНЯЕТ ПОВЕДЕНИЕ DROSOPHILA MELANOGASTRER»

ГЕНЕТИКА, 2007, том 43, № 9, с. 1277-1280

КРАТКИЕ ^^^^^^^^^^^^^^ СООБЩЕНИЯ

УДК 576.6.581557

ЭНДОСИМБИОТИЧЕСКАЯ БАКТЕРИЯ Wolbachia ПОВЫШАЕТ НЕСПЕЦИФИЧЕСКУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ К ЭНТОМОПАТОГЕНАМ И ИЗМЕНЯЕТ ПОВЕДЕНИЕ

Drosophila melanogastrer

© 2007 г. Д. Ю. Пантелеев1, И. И. Горячева1, Б. В. Андрианов1, Н. Л. Резник1, О. Е. Лазебный2, А. М. Куликов2

1 Институт общей генетики им. НИ. Вавилова Российской академии наук, Москва 119991; факс: (495) 132-89-62; e-mail: iigoryacheva@mail.ru 2 Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова Российской академии наук, Москва 117334;

факс: (495) 135-80-12 Поступила в редакцию 24.01.2007 г.

Для выявления биологически значимых эффектов цитоплазматического эндосимбионта бактерии Wolbachia проведено сравнительное изучение двух сублиний одной линии Drosophila melanogaster. содержащей Wolbachia и излеченной от бактерии обработкой тетрациклином. У самок, инфицированных Wolbachia, обнаружены более высокая устойчивость к энтомопатогенному грибу Beauveria bassiana, чем у самок неинфицированной сублинии, и изменение предпочтений к типу корма при откладке яиц. У самцов, инфицированных бактерией, обнаружена более высокая конкурентоспособность по сравнению с неинфицированными самцами. Обсуждается возможное участие Wolbachia в формировании альтернативных экологических стратегий вида.

Облигатная внутриклеточная цитоплазмати-ческая бактерия Wolbachia инфицирует множество видов членистоногих и в некоторых случаях вызывает изменения в репродуктивной стратегии хозяина [1], определяя в том числе цитоплазмати-ческую несовместимость, партеногенез, феминизацию генетических самцов и андроцид (бессам-цовость) [2]. Многолетние наблюдения свидетельствуют о том, что Wolbachia стабильно поддерживается в естественных и лабораторных популяциях хозяина [3], хотя особенности наследования бактерии - через цитоплазму яйцеклетки -сопровождаются ее спонтанной потерей и должны приводить к элиминации Wolbachia. Одной из возможных причин сохранения микроорганизма является его горизонтальная передача эктопаразитами хозяина [4, 5] от зараженных индивидуумов незараженным. Второй причиной могут оказаться биологические преимущества, приобретаемые хозяином в результате инфицирования и обеспечивающие его более высокую приспособленность и жизнеспособность по сравнению с не-зараженными особями, а значит, и сохранение симбионта. Проведенные ранее исследования не позволяют получить целостную картину взаимоотношения Wolbachia с организмом хозяина. Эффекты вольбахии на компоненты жизнеспособности хозяина, как правило, слабы и разнонаправле-ны [6]. Они могут быть как мутуалистическими, так и негативными. В исследованиях отмечались изменения размеров тела, плодовитости, выжива-

емости взрослых индивидуумов, изменение конкурентоспособности личинок [7-10]. В некоторых случаях отмечалось влияние вольбахии на репродуктивное поведение, в частности, на фер-тильность самцов [11]. В настоящей работе приводятся данные о влиянии симбиотической бактерии на устойчивость к энтомопатогенным грибам и поведение Drosophila melanogaster.

В экспериментах использовалась лабораторная линия мух № 95 генотипа C(1)RM, yv f//Ybb-/wsn, инфицированная Wolbachia и излеченная от нее обработкой тетрациклином (получена от доктора биол. наук И.Д. Александрова, ОИЯИ, г. Дубна). Сублинии, содержащие и не содержащие Wolbachia , обозначены Wb(+) и Wb(-) соответственно.

ДНК выделяли из имаго методом фенол-хлороформной экстракции [12]. В реакцию амплификации брали по 0.1 мкг тотальной ДНК. ПЦР проводили с праймерами wsp81F и wsp691R, специфичными к участку гена wsp Wolbachia [13], на термоциклере Applied Biosystems в следующих условиях: первичная денатурация - 5 мин при 94°С; 35 циклов: денатурация при 94°С - 30 с, отжиг при 55°С - 30 с, синтез при 72°С - 45 с; завершающий синтез при 72°С - 10 мин. Продукты амплификации разделяли методом электрофореза в 1%-ном агарозном геле.

В результате ПЦР с праймерами, специфичными к гену wsp, был получен фрагмент специфического размера около 570 пн, характерный для

Таблица 1. Устойчивость самок сублиний 95-й линии D. melanogaster к действию B. bassiana

Wb(-) Wb(+)

Число живых самок через 2 сут 112 169

после заражения

Число живых самок через 7 сут 13 53

после заражения

Доля выживших 0.12 0.31

Примечание. t¿ = 4.04 > tst = {1.6; 2.0; 2.6; 3.3} при числе степеней свободы Vd = 279.

Таблица 2. Оценка конкурентоспособности самцов дрозофилы Wb(+) и Wb(-)

¿Wb(+) ¿Wb(-) Всего

Наблюдаемое число спариваний 127 74 201

2 2 х2 = 14.58, что больше xst = {3.84; 6.64; 10.83} при числе

степеней свободы V = 1.

бактерии рода Wolbachia в исходной сублинии, зараженной бактерией. В ДНК, выделенной из мух вылеченной сублинии, фрагмента специфического размера получено не было.

Оценка сравнительной устойчивости Wb(+)

и Wb(-) сублиний D. melanogaster к энтомопатогенному грибу Bauveria bassiana

Одним из факторов, снижающих численность особей в популяциях некоторых отрядов насекомых в природе, являются вызванные энтомопато-генными грибами эпизоотии, в результате которых гибнет до 90% состава популяции, поэтому устойчивость к патогенным грибам может служить показателем жизнеспособности насекомых. Bauveria bassiana - широко распространенный эн-томопатогенный аскомицет, поражающий различные виды насекомых, в том числе и представителей отряда Díptera. В настоящем эксперименте для исследования сравнительной устойчивости Wb(+) и Wb(-) сублиний D. melanogaster использовали штамм B. bassiana НС-СЛО3, полученный из коллекции энтомопатогенных аскомицетов ООО "Нива". Культура гриба поддерживалась на среде Сабуро. Для синхронного спороношения развитый мицелий охлаждали до 15°С на 24 ч. Конидии смывали струей дистиллированной воды с добавлением тритон X-100 в концентрации 0.1%, трижды отмывали избытком дистиллированной воды и подсчитывали концентрацию конидий в гемоцитомет-ре. Предварительно наркотизированных одно-возрастных молодых мух из обеих сублиний погружали в приготовленную суспензию спор с

концентрацией конидий 5 х 107 в 1 мл, затем помещали на чистую фильтровальную бумагу и после удаления избытка жидкости с поверхности тела живых особей переносили в пробирку с кормом. Затем пробирки с контрольной и опытной группой мух помещали во влажную камеру. Через 2 сут прекращалась гибель мух, вызванная случайными причинами, в том числе намоканием. Тогда мух извлекали из камеры, усыпляли эфиром и подсчитывали живых особей. Гибель дрозофил от грибной инфекции начиналась на 3-5-й день после подсчета. После завершения периода массовой гибели мух в контрольной и опытной группах повторно производили подсчет выживших особей. Результаты эксперимента представлены в табл. 1.

Согласно критерию Стьюдента, линии достоверно различаются по устойчивости к В. bassiana, что указывает на положительное влияние Жо!Ьа-сЫа на жизнеспособность самок мух из зараженной сублинии.

Оценка влияния Wolbachia на конкурентоспособность самцов В. melanogaster

Конкурентоспособность инфицированных и вылеченных от Wolbachia самцов оценивали по их преимуществу в спаривании. Для эксперимента были отобраны мухи 5-дневного возраста. В пробирку ссаживали одну неинфицированную девственную самку 95-й линии и двух самцов, один из которых был из Wb(+), а другой - из Wb(-) сублинии. Самцов помечали небольшими отверстиями на крыльях: инфицированным делали отверстие на правом крыле, неинфицированным - на левом. В момент спаривания проводилась идентификация спаривающегося самца. Результаты наблюдений суммированы в табл. 2.

Согласно критерию %2, конкурентоспособность самцов Wb(+) данной линии достоверно повышена.

Оценка предпочтений к разным субстратам у зараженных и незараженных мух при откладке яиц

Для оценки предпочтений Wb(+) и Wb(-) сублиний В. melanogaster к разным субстратам был проведен тест, в котором мухам предлагалось два типа субстратов для откладки яиц. Равное число родительских пар обеих сублиний, выращенных на стандартном корме на основе пшеничной крупы, помещали в камеры, в которых находилось два вида корма на основе пшеничной либо овсяной крупы, приготовленного по общепринятой методике. Через 10 ч родителей удаляли, отложенные ими яйца подсчитывали и оставляли развиваться до вылупления имаго. Вылупившихся имаго подсчитывали (табл. 3).

ГЕНЕТИКА том 43 < 9 2007

ЭНДОСИМБИОТИЧЕСКАЯ БАКТЕРИЯ Wolbachia

1279

Результаты показывают, что для мух, инфицированных вольбахией, значение X2 составляет

0.36, что меньше %st = {3.84; 6.64; 10.83} при числе степеней свободы v = 1. Следовательно, у мух Wb(+) нет предпочтения к корму при откладке яиц.

X2 для Wb(-) = 51.2, что больше X2 = {3.84; 6.64; 10.83} при числе степеней свободы v = 1. Мухи Wb(-) явно предпочитают корм на основе пшеничной крупы.

Необходимо отметить, что число отложенных яиц соответствовало числу вылупившихся имаго, т.е. не наблюдалась гибель мух в процессе развития.

Было показано, что мухи без Wolbachia предпочитают откладывать яйца на корм, приготовленный из пшеничной крупы, в то время как инфицированные мухи откладывают одинаковое количество яиц на оба субстрата. Такие результаты могли быть получены либо в случае нарушения вкусовой чувствительности у инфицированных мух, либо из-за повреждения механизма запоминания качеств(а) субстрата. Для того чтобы исключить возможность нарушения вкусовой чувствительности, был проведен еще один эксперимент. Самок каждой из линий помещали в камеру, где находились стаканчики со стандартным кормом и кормом, смоченным для большей привлекательности яблочным соком. Через 10 ч самок удаляли и подсчитывали число отложенных яиц (табл. 4).

Для Wb(+) X2 = 113.28, что больше x2t = {3.84; 6.64; 10.83} при числе степеней свободы v = 1. Для Wb(-) X2 = 63.66, что больше x2t = {3.84; 6.64; 10.83} при числе степеней свободы v = 1. Согласно критерию X2, наблюдается достоверное предпочтение улучшенного корма мухами обеих линий, что свидетельствует о сохранении у зараженной сублинии вкусовой и/или обонятельной чувствительности. Таким образом, в ходе эксперимента было показано, что отсутствие пред

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком