ГЕНЕТИКА, 2007, том 43, № 10, с. 1372-1378
^=ОБЩАЯ
ГЕНЕТИКА
УДК 576.6:581.557
УДАЛЕНИЕ ЭНДОСИМБИОНТА Wolbachia СПЕЦИФИЧЕСКИ СНИЖАЕТ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТЬ И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ САМОК И КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТЬ МУХ ЛАБОРАТОРНОЙ ЛИНИИ Drosophila melanogaster
© 2007 г. И. Д. Александров1, 2, М. В. Александрова1, 2, И. И. Горячева1, Н. В. Рощина3, Е. В. Шайкевич1, И. А. Захаров1
1 Институт общей генетики им. НИ. Вавилова Российской академии наук, Москва 119991;
факс: (495) 132-89-62; e-mail: iaz@vigg.ru 2 Объединенный институт ядерных исследований, Дубна Московской области 141980; e-mail: igdon@jinr.ru 3 Институт молекулярной генетики Российской академии наук, Москва 123182
Поступила в редакцию 28.12.2006 г.
Для понимания специфических симбиотических взаимоотношений, ведущих к стабильному существованию бактерии Wolbachia в лабораторных линиях Drosophila melanogaster, были изучены продолжительность жизни, скорость старения имаго, а также конкурентоспособность как компоненты приспособленности у самок из следующих лабораторных линий: 1) инбредной линии № 95, инфицированной Wolbachia; 2) двух генетически подобных первой, но не инфицированных линий, полученных в результате обработки тетрациклином; и 3) двух контрольных неинфицированных лабораторных линий дикого типа, взятых для того, чтобы выявить возможные эффекты антибиотика на изучаемые признаки в отсутствие Wolbachia. Согласно полученным результатам, инфицированные самки обладают значительно большей продолжительностью жизни и конкурентоспособностью по сравнению с самками того же генотипа без Wolbachia. Скорость нарастания процессов старения и гибели с возрастом у первых была также ниже, чем у вторых. Существенно, что тетрациклин не модифицирует продолжительность жизни у самок из двух неинфицированных контрольных диких линий, что свидетельствует тем самым о том, что антибиотик не является причиной тех благоприятных модификаций приспособленности, которые наблюдаются у инфицированных самок. Полученные результаты являются первым прямым свидетельством скорее мутуалистических, чем паразитических взаимоотношений в симбиотической системе Wolbachia-D. melanogaster, по крайней мере, в микропопуляциях, адаптированных к условиям лабораторного культивирования.
Среди эволюционно близких, как об этом свидетельствует молекулярная филогения [1-3], паразитических микроорганизмов семейства Ricket-tsiaceae (подкласс а - Proteobacteria) цитоплазма-тические эндосимбионты группы Wolbachia занимают несомненно лидирующее положение по распространенности среди беспозвоночных (артроподы, нематоды), инфицируя, в частности, миллионы видов насекомых [4-6].
Этому широкому расселению Wolbachia благоприятствуют и сам "стиль жизни" бактерии как матроклинно наследуемого репродуктивного паразита, и его контроль над репродукцией хозяина, т.е. те важные для ее вертикального переноса преимущества, которые Wolbachia получает, инициируя специфические нарушения в физиологии его размножения, среди которых описаны партеногенез, феминизация генетических самцов, их селективная гибель и цитоплазматическая несовместимость (см., например, обзоры [7, 8]).
В то же время у некоторых Díptera, в частности у плодовой мушки D. melanogaster, природные и
лабораторные популяции которой также достаточно широко инвазированы Wolbachia [9, 10], этот эндосимбионт имеет относительно низкий инфекционный уровень и не вызывает столь выраженных негативных сдвигов в физиологии размножения хозяина [11, 12], что дало основание рассматривать Wolbachia в данной симбиотической системе как "расчетливого" репродуктивного паразита, а не как комменсала [13]. В этом контексте чрезвычайная вирулентность для D. melanogaster особого штамма Wolbachia popcorn [14] становится, по-видимому, редким исключением из общего правила.
Однако в последнее время, с ростом интереса исследователей к симбиотической системе Wolbachia-D. melanogaster, получены новые экспериментальные данные, позволяющие предполагать существование и мутуалистических отношений в названной системе, следствием которых, как полагают, и является наблюдаемая в этих работах более высокая приспособленность инфицированных самок по сравнению с неинфицированными по таким изученным ее компонентам, как плодо-
витость, выживаемость от яйца до имаго, продолжительность жизни имаго [15-17]. Правда, как отмечают сами авторы этих работ, наблюдаемые позитивные эффекты Wolbachia довольно вариабельны и заметно зависят от генотипа хозяина и некоторых параметров среды.
Учитывая эту вариабельность и отсутствие каких-либо указаний на позитивный вклад Wolbachia в конкурентоспособность хозяина в условиях "борьбы за выживаемость", нами изучены продолжительность жизни, скорость процессов старения и гибели имаго и индекс конкуренции на примере инбредной лабораторной линии D. mela-nogaster, инфицированной Wolbachia, и двух производных от нее сублиний, свободных от бактерии после обработки антибиотиком. Одновременно, чтобы изучить возможное действие самого антибиотика на изучаемые компоненты приспособленности, принципиальная возможность которого серьезно обсуждается в литературе [17, 18], нами также проведены эксперименты по оценке продолжительности жизни потомства от самок из двух инбредных лабораторных линий D. melano-gaster без Wolbachia, прошедших цикл развития на среде без и с антибиотиком.
Согласно полученным результатам, Wolbachia заметно повышает приспособленность хозяина по изученным компонентам, существенно удлиняя продолжительность жизни инфицированных самок, замедляя при этом процесс их старения и повышая конкурентоспособность зараженных мух, что в целом свидетельствует о мутуалистиче-ском взаимодействии бактерии и хозяина, по крайней мере у изученной нами, адаптированной к лабораторным условиям развития, инбредной линии D. melanogaster.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Линии D. melanogaster. Во всех опытах по оценке приспособленности использовали одну и ту же лабораторную линию № 95 генотипа C(1)RM, y vf/Ybb-/w sn с многолетней историей (сотни поколений) тесного инбридинга в условиях лабораторной микропопуляции из 2-3 пробирочных культур (200-300 особей). Самки этой линии имеют матроклинно наследуемые сцепленные Х-хро-мосомы, маркированные рецессивными мутациями генов y, v, f (желтое тело и щетинки, алые глаза, сломанные щетинки), а самцы - патроклинно наследуемую Х-хромосому с мутациями генов w и sn (белые глаза и завитые щетинки). Зараженность этой линии Wolbachia установлена при ПЦР-скрининге нескольких десятков других лабораторных линий с использованием праймеров к гену wsp (Wolbachia surface protein) как одному из высоко экспрессируемых у бактерии и широко используемых при ее генотипировании [19]. Гено-типически идентичные линии 95/6 и 95/8 без Wol-
bachia получены из линии № 95 после ее обработки антибиотиком тетрациклином (см. ниже).
В качестве контроля к опытам с линиями № 95, 95/6 и 95/8 при оценке продолжительности жизни имаго использовали две дикие лабораторные линии: Oregon-R (Ог) и S1b Если первая из них давно и широко используется многими исследователями в качестве одного из стандартов дикого генотипа, то вторая получена нами из дикой сейшельской линии [20] как одна из высокоин-бредных сублиний, прошедших около 300 поколений тесного (брат х сестра) инбридинга и поддерживаемых в настоящее время, как и Ог, в виде лабораторных микропопуляций из двух пробирочных культур (150-200 особей), скрещиваемых т mass.
Для оценки конкурентоспособности линий № 95, 95/6, 95/8 использовали лабораторную тестер-линию С(2Ц) RM, dp; С^) RM, px со сцепленными левыми и правыми плечами второй хромосомы, маркированными рецессивными мутациями генов dp (косо обрезанные крылья) и px (дополнительные жилки на крыльях) соответственно.
Освобождение линии № 95 от Wolbachia. Для получения линий 95/6 и 95/8, свободных от Wolba-chia, и для обработки двух контрольных диких линий (Ог и S) антибиотиком в еще жидкую теплую стандартную среду для дрозофилы (пекарские дрожжи, манная крупа, изюм, сахар, агар, вода, пропионовая кислота как ингибитор плесени) добавляли тетрациклин в концентрации 0.1 мг/мл среды, который предварительно растворяли в 50%-ном этаноле. Примененная нами концентрация антибиотика является промежуточной между значениями, используемыми другими авторами [17, 21]. Для получения потомства в пробирки с 5 мл такой застывшей и смоченной дрожжевой суспензией среды помещали на сутки 25-30 родительских пар соответствующего генотипа, по истечении которых родителей удаляли. После завершения цикла развития мух (при 25°С) и начала вылета имаго из зараженной линии № 95 был случайным образом проведен отбор двух групп из 10 самок F1 с разным (2-е и 7-е сут) сроком вылета. Отобранные самки были скрещены с самцами-сибсами для получения отдельных индивидуальных культур. Из 10 культур от самок первой группы (2-е сут отбора) три оказались стерильными, тогда как все 10 самок второй (7-е сут отбора) группы были плодовиты. В итоге из каждой из 17 индивидуальных культур второго поколения были отобраны самки для выделения тотальной ДНК и проведения ПЦР-анализа для выявления Wolbachia.
Согласно результатам этого анализа, из семи сублиний первой группы самок, выросших на тетрациклине, лишь одна (95/6) оказалась свободной
от Жо!Ьаск1а, тогда как все шесть изученных сублиний от самок второй группы не содержали бактерии. Для дальнейших экспериментов сублинии 95/6 (из первой группы самок) и 95/8 (из второй группы) были размножены как генотипически идентичные между собой и относительно линии № 95, но без Жо!ЬасЫа. Аналогичный протокол обработки тетрациклином был использован для двух контрольных диких лабораторных линий Ог и £ без Жо!ЬасЫа. В результате для каждой линии получены по две группы из четырех сублиний второго поколения от двух независимых групп самок F1, выросших на среде с тетрациклином, а именно сублинии 01.2, 01.3, 01.5, 01.7 и 02.1, 02.2, 02.3, 02.4 для линии Ог и 81.1, Б1.4, Б1.5, Б1.9 и S2.2, 82.3, 82.6, 82.10 для линии 8.
Оценка продолжительности жизни имаго. Через 8-10 поколений после получения линий без Жо!ЬасЫа
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.