Зв’язок між частотою інфікування Wolbachia та різними фенотипами в природних популяціях Drosophila melanogaster з радіоактивно забруднених та чистих територій України

  • Н. В. Гора Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна, 01601, Київ, вул. Володимирська, 60
  • С. В. Серга Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна, 01601, Київ, вул. Володимирська, 60
  • О. М. Майстренко Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна, 01601, Київ, вул. Володимирська, 60European Molecular Biology LaboratoryGermany, 69117, Heidelberg, Meyerhofstrasse 1
  • О. В. Проценко Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна, 01601, Київ, вул. Володимирська, 60
  • И. А. Козерецька Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна, 01601, Київ, вул. Володимирська, 60
DOI: https://doi.org/10.7124/visnyk.utgis.16.2.1061

Анотація

Мета. Дослідити взаємозв’язок між частотами інфікування Wolbachia та змінених фенотипів Drosophila melanogaster з різних локалітетів України, включаючи Чорнобильську зону відчуження, протягом 2013–2014. Методи. Були започатковані ізосамкові лінії для популяцій Умані, Інкерману, Одеси, Варви, Києва, Дрогобичу, Янова та Чорнобильської зони відчуження (Поліське, Чорнобиль та Чорнобильська атомна електростанція). Також було проведено заміри фонового рівня радіації (мкЗв/год) в сайтах збору. Мухи утримувались в лабораторних умовах протягом двох поколінь. Для мух покоління F2 кожної ізосамкової лінії був проведений аналіз візуально помітних фенотипових відмінностей від дикого типу. Виявлені фенотипові зміни було розділено на три категорії: порушеннями поперечної жилки крила C2, помітні фенотипові зміни (які не успадковуються) та мутації (успадковуються). Для визначення присутності Wolbachia в ізосамкових лініях було проведено полімеразну ланцюгову реакцію (ПЛР) зі специфічними праймерами до генів 16S rRNA та wsp (Wolbachia surface protein) бактерії. Результати. Найвищий рівень мутантних фенотипів виявлено в популяціях з Чорнобильської зони відчуження, відповідно, було показано їхній зв’язок з фоновим рівнем радіації (p = 0.0241). Результат змішаної генералізованої регресії показав, що фенотипи з порушеннями C2 корелюють з присутністю ендосимбіонту (p = 0.03473) в популяціях з радіоактивно забруднених територій. Висновок. Частота інфікування Wolbachia не впливає на частоту фенотипових змін та мутацій у досліджуваних популяціях. Тим не менше, показаний зв’язок частоти інфікування бактерією з частотою порушень жилки С2 для популяцій з забруднених територій, хоча механізми такого зв’язку потребують подальших досліджень.
Ключові слова: Drosophila melanogaster, Wolbachia, ендосимбіонт, фонова радіація, мутація, фенотипова зміна, дальня поперечна жилка.

Посилання

Aljanabi S. Universal and rapid salt-extraction of high quality genomic DNA for PCR- based techniques. Nucleic acids research. 1997. Vol. 25(22). P. 4692–4693. doi: 10.1093/nar/25.22.4692

Babicki S., Arndt D., Marcu A., Liang Y., Grant J. R., Maciejewski A.,Wishart D. S. Heatmapper: web-enabled heat mapping for all. Nucleic acids research. 2016. Vol.44(W1). P. 147–153. doi: 10.1093/nar/gkw419

Brennan L. J., Haukedal J. A., Earle J. C., Keddie B., Harris H. L. Disruption of redox homeostasis leads to oxidative DNA damage in spermatocytes of Wolbachia-infected Drosophila simulans. Insect molecular biology. 2012. Vol.21(5). P. 510–520. doi: 10.1111/j.1365-2583.2012.01155.x

Clark R. I., Salazar A., Yamada R., Fitz-Gibbon S., Morselli M., Alcaraz J., Walker D. W. Distinct shifts in microbiota composition during Drosophila aging impair intestinal function and drive mortality. Cell reports. 2015. Vol.12(10). P. 1656–1667. doi: 10.1016/j.celrep.2015.08.004

Gora N. V., Kostenko N. D., Maistrenko O. M., Serga S. V., Kozeretska I. A. The lack of correlation between the level of radioactive contamination and infection with Wolbachia in natural populations of Drosophila melanogaster from Ukraine. The Journal of V.N.Karazin Kharkiv National University. Series "Biology". 2016. Vol. 26. P. 60-64.

Hunter C. M., Huang W., Mackay T. F., Singh N. D. The genetic architecture of natural variation in recombination rate in Drosophila melanogaster. PLoS genetics. 2016. Vol.12(4). doi: 10.1371/journal.pgen.1005951

Hussain M., Frentiu F. D., Moreira L. A., O'Neill S. L., Asgari S. Wolbachia uses host microRNAs to manipulate host gene expression and facilitate colonization of the dengue vector Aedes aegypti. Proceedings of the National Academy of SciencesProc. 2011. Vol.108(22). P. 9250–9255. doi: 10.1073/pnas.1105469108

Kozeretska I. A., Serga S. V., Kunda-Pron I., Protsenko O. V., Demydov S. V. A high frequency of heritable changes in natural populations of Drosophila melanogaster in Ukraine. Cytology and genetics. 2016. Vol.50(2). P. 106–109. doi: 10.3103/S0095452716020092

Newton I. G., Sheehan K. B. Passage of Wolbachia pipientis through mutant Drosophila melanogaster induces phenotypic and genomic changes. Appl. Environ. Microbiol. 2015. Vol.81(3). P. 1032–1037. doi:10.1128/AEM.02987-14

O'Neill S. L., Giordano R., Colbert A. M., Karr T. L., Robertson H. M. 16S rRNA phylogenetic analysis of the bacterial endosymbionts associated with cytoplasmic incompatibility in insects. Proceedings of the National Academy of Sciences. 1992. Vol.89(7). P. 2699–702. doi: 10.1073/pnas.89.7.2699

Roberts D.B. Drosophila: a practical approach. New York; Oxford University Press, 1998. 2nd ed. 389 p. doi: 10.1038/24550

Rosenberg E., Sharon G., Zilber-Rosenberg I. The hologenome theory of evolution contains Lamarckian aspects within a Darwinian framework. Environmental microbiology. 2009. Vol.11(12). P. 2959–2962. doi: 10.1111/j.1462-2920.2009.01995.x

Rutherford S.L., Lindquist S. Hsp90 as a capacitor for morphological evolution. Nature 1998. Vol. 396(6709). doi: 10.1038/24550

Schertel C., Rutishauser T., Förstemann K., Basler K. Functional characterization of Drosophila microRNAs by a novel in vivo library. Genetics. 2012. Vol.192(4). P. 1543– doi: 10.1534/genetics.112.145383.

Serga S. V, Demidov S. V, Kozeretska I.A. Infection with Wolbachia does not influence crossing over in Drosophila melanogaster. Cytology and genetics. 2010. Vol.44(4). P. 239–243. doi: 10.3103/S0095452710040092

Serga S. V., Kozeretska I. A. The puzzle of Wolbachia spreading out through natural populations of Drosophila melanogaster. Journal of General Biology. 2013. Vol. 74(2). P. 99-111. doi: 10.1134/S2079086414010058

Starr D.J., Cline T.W. A host–parasite interaction rescues Drosophila oogenesis defects. Nature. 2002. Vol.418(6893). P. 76–79. doi: 10.1038/nature00843

Team R. C. R: A language and environment for statistical computing. 2018

Teresa E. A. Effects of Environment and Genetic Background on Transposable Element Activity in Drosophila melanogaster: Doctoral dissertation. 2015.

Truitt A. M., Kapun M., Kaur R., Miller W. J. Wolbachia modifies thermal preference in Drosophila melanogaster. Environmental microbiology. 2018. doi: 10.1111/1462-2920.14347

Waddington C.H. Genetic Assimilation of an acquired character. Evolution. 1953. Vol.7(2). P. 118. doi: 10.1111/1462-2920.14347

Wang L., Zhou C., He Z., Wang Z. G., Wang J. L., Wang Y. F. Wolbachia infection decreased the resistance of Drosophila to lead. PloS One 2012. Vol.7(3). doi: 10.1371/journal.pone.0032643

Zakharov I. K., Vaulin O. V., Ilinsky Yu. Yu., Yurchenko N. N. Institute Sources of genetic variability in natural populations of Drosophila melanogaster. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2008. Vol. 12(1/2). P. 112–126.

Zheng Y., Wang J. L., Liu C., Wang C. P., Walker T., Wang Y. F. Differentially expressed profiles in the larval testes of Wolbachia infected and uninfected Drosophila. BMC Genomics. 2011. Vol.12(1). P. 595. doi: 10.1186/1471-2164-12-595

Zhou W., Neill S.O. Phylogeny and PCR-based classication of Wolbachia strains using wsp gene sequences. Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences. 1998. Vol. 265. P. 509-515. doi: 10.1098/rspb.1998.0324

Zug R., Hammerstein P. Wolbachia and the insect immune system: what reactive oxygen species can tell us about the mechanisms of Wolbachia–host interactions. Frontiers in microbiology. 2015. Vol.6. P. 1–16. doi: 10.3389/fmicb.2015.01201