Dėl reprodukcinio aktyvumo padidėja vyrų mirtingumas ir sutrumpėja gyvenimo trukmė: genetinę ir genų ekspresiją lemiantys veiksniai drosofiluose | paveldimumas

Dėl reprodukcinio aktyvumo padidėja vyrų mirtingumas ir sutrumpėja gyvenimo trukmė: genetinę ir genų ekspresiją lemiantys veiksniai drosofiluose | paveldimumas

Anonim

Dalykai

  • Evoliucinė genetika
  • Genetika

Anotacija

Reprodukcija ir senėjimas tapo glaudžiai susiję. Ankstyvojo reprodukcijos eksperimentinė atranka sąlygoja sumažėjusio ilgaamžiškumo vystymąsi Drosophila mieste, o eksperimentinė atranka dėl padidėjusio ilgaamžiškumo sukelia reprodukcijos pokyčius. Nors gyvenimo istorijos teorija siūlo hipotezes paaiškinti šiuos ryšius, genetinė architektūra ir molekuliniai mechanizmai, kuriais grindžiamos reprodukcijos ir ilgaamžiškumo asociacijos, išlieka diskusijų tema. Čia parodome, kad poravimasis sukelia spartesnį vyrų mirtingumą ir identifikuoja šimtus genų, kurie moduliuojami poravimosi metu vaisinėje muselėje Drosophila melanogaster . Tiriant genomo masto genų raišką nekaltų ir neseniai poravusių patinų tarpe, paaiškėjo nuoseklūs atsakymai, poravimosi metu vykstant padidintam (sėklidėms būdinga geno ekspresija) arba nuosekliai sureguliuotiems biologiniams procesams (metabolizmui ir su mitochondrijomis susijusioms funkcijoms). Be to, naudodamiesi Drosophila sintetinių populiacijos išteklių (DSPR) genotipų grupe, kaip natūraliai atsirandančio genetinio pasipiktinimo šaltiniu, atskleisime gausų genotipų ilgaamžiškumo ir reprodukcijos sukelto mirtingumo variantus. Genotipai parodė daugiau nei keturis kartus padidėjusį ilgaamžiškumą ir reprodukcijos sukeltą mirtingumą, kurį galima atsekti tam tikruose genomo segmentuose. Duomenys atskleidžia individualius reprodukcijos ir fiziologinių procesų jautrumo pokyčius, kurie sustiprėja ir slopinami poravimosi metu. Šie rezultatai leidžia tikėtis, kad ilgaamžiškumo ir su amžiumi susijusių bruožų pokyčiai gali būti atsekti procesuose, kurie koordinuoja lytinių takų ir somatinę funkciją.

Įvadas

Reprodukcija ir ilgaamžiškumas tapo glaudžiai susiję, o gyvenimo istorijos teorija pateikė hipotezes, paaiškinančias, kodėl tikimasi glaudaus reprodukcijos ir senėjimo greičio ryšio (Stearns, 1992; Falconer ir Mackay, 1996; Stearns ir kt., 2000). Laboratorinės evoliucijos tyrimai parodė, kad atranka pagal reprodukcijos amžių gali sukelti koreliuojamą atsaką per ilgaamžiškumą - tai pastebėjimas, kuris atitinka senėjimo evoliucijos teorijos prognozes (Rose ir Charlesworth, 1981; Stearns ir kt., 2000). . Panašiai, tiesiogiai pasirenkant padidintą ilgaamžiškumą, gali atsirasti koreliaciniai reprodukcijos pokyčiai (Rose ir Charlesworth, 1981; Stearns ir kt., 2000). Be to, eksperimentiniai tyrimai parodė, kad gemalinės linijos ląstelių pašalinimas iš nematodo Caenorhabditis elegans iš esmės prailgina gyvenimo trukmę ir identifikuoja genus kandidatus, moduliuojančius santykius (Hsin ir Kenyon, 1999; Arantes-Oliveira ir kt., 2002; Kenyon, 2010). Tačiau ilgaamžiškumas, atsirandantis dėl specifinių genų ar audinių trikdymo, gali nustebinti. Pavyzdžiui, sergant C. elegans , daf -2 genas koduoja panašų į insuliną augimo faktorių-1, o jo numušimo sunkumas gali susilpninti arba sustiprinti reprodukcijos poveikį senėjimui (Kenyon, 2010). Be to, kirminuose somatinės lytinės liaukos pašalinimas pašalina lytinę liniją (Kenyon, 2010). Žindukams įdėjus jaunų graužikų reprodukcinius audinius į vyresnes pateles, padidėja jų ilgaamžiškumas (Cargill ir kt., 2003; Mason ir kt., 2011).

Akivaizdu, kad suderintas reprodukcijos ir gyvenimo moduliavimas yra nepaprastai sudėtingas (Flatt ir kt., 2008; Ghazi ir kt., 2009; Tatar, 2010; Flatt, 2011; McCormick ir kt., 2011). Vyriškos ir moteriškos sąveikos įtakos mirtingumui ir ilgaamžiškumui mechanizmai yra įvairūs ir apima: (1) tiesioginį lytinių ląstelių vaidmenį somatiniame senėjime (Hsin ir Kenyon, 1999; Kirkwood and Austad, 2000; Arantes-Oliveira ir kt., 2002). ; Cargill ir kt., 2003; Ghazi ir kt., 2009; Austad, 2010; Kenyon, 2010; Tatar, 2010; Mason ir kt., 2011; McCormick ir kt., 2011; Gendron ir kt., 2014; Maures ir kt. al., 2014; Shi ir Murphy, 2014), (2) vyrų ir moterų kenkimas vienas kitam kopuliacijos metu (Chapman ir kt., 1995; Wolfner, 2009), (3) kamačių gamybos išlaidos (Sirot ir kt., 2011; Dowling ir Simmons, 2012) ir (4) difuzinių lytį žalojančių veiksnių, perduodamų tarp lyčių ir tarp tos pačios lyties asmenų, stebėjimai (Gendron ir kt., 2014; Maures ir kt., 2014; Shi ir Murphy, 2014). ). Šios išlaidos pačios gali būti keičiamos atsižvelgiant į amžių. Pavyzdžiui, moterų savybės ir vyrų amžius buvo susiję su spermos gamybos sąnaudų moduliavimu (Sirot ir kt., 2011; Dowling ir Simmons, 2012). Nepaisant to, natūraliai vyrams ir moterims vykstantys genetiniai pokyčiai gali apriboti tyrimų, kuriuose nagrinėjami vieno genotipo reprodukcijos ir ilgaamžiškumo molekuliniai mechanizmai, bendrumą. Taigi, nors ir padaryta didelė pažanga suprantant daigų ir somatinių audinių grįžtamąjį ryšį senėjimo metu, nenuostabu, kad nustatyti pagrindinius genetinius veiksnius ir molekulinius mechanizmus, kurie tarpininkauja santykiams, vis dar buvo iššūkis (Kirkwood ir Austad, 2000; Austad, 2010; Kenyon, 2010; Tatar, 2010).

Natūrali genetinė variacija yra gausus pasipiktinimo šaltinis, keičiantis bruožų ekspresyvumą ir skvarbumą. Pavyzdžiui, natūralus kitimas gali paveikti kanoninius kelius ir mutacijas, kurios buvo gausiai ištirtos, kaip tai daroma Drosophila melanogaster mutacijos atveju (Dworkin ir kt., 2009; Chari ir Dworkin, 2013). Įvairovės grupės, tokios kaip Drosophila genetinių tyrimų grupė (DGRP) ir Drosophila sintetinis populiacijos šaltinis (DSPR), panaudojo natūraliai atsirandančią variaciją, kad nustatytų kandidatų segmentus, skatinančius fenotipus, tokius kaip badavimo stresas, kūno svoris ir atsparumas šaltajam stresui (Mackay et al., 2012), taip pat alkoholio dehidrogenazės aktyvumo modifikatoriai (King et al., 2012a, 2012b) ir genomo masto genų ekspresija (King et al., 2014). Be to, Drosophila dokumentais pagrįsti patinų sukeltų patelių poravimosi išlaidų skirtumai tarp gyventojų ir tarp jų (Fiumera ir kt., 2006; Reinhart ir kt., 2015; Filice ir Long, 2016). Taigi panašiai tikėtina, kad genetiškai skirtingų grupių populiacijose gausu natūralių reprodukcijos sukeltų vyrų mirtingumo ir senėjimo pokyčių.

Čia parodome, kad poravimasis sukelia Drosophila vyrų genomo ekspresijos reakcijas visame genome ir sukelia padidėjusį mirtingumą po reprodukcijos. Ištyrus genomo raiškos pavyzdžius nevedusiems ir neseniai poravusiems patinams, paaiškėjo genai, kurie moduliuojami poravimosi metu ir suteikia įžvalgos apie biologinius procesus, kuriuos sustiprina arba slopina poravimasis. Be to, naudodamiesi DSPR genotipų (kamienų) grupe kaip natūraliai atsirandančio genetinio pasipiktinimo šaltiniu (King et al., 2012a, 2012b), mes atskleisime gausų reprodukcijos sukeltų senėjimo variantų skirtumą tarp genotipų ir nustatome kandidatų genomo segmentus, turinčius lokusus. kurie greičiausiai tarpins reprodukcijos poveikį vyrų senėjimui. Mes darome išvadą, kad DSPR skydelio genotipai turi esminius vyrų ilgaamžiškumo ir reprodukcijos sukeltų senėjimo pokyčius, kuriuos galima panaudoti atliekant kiekybinių bruožų lokuso (QTL) analizę.

Rezultatai

Poravimasis skatina aukštesnį sėklidžių geno ekspresijos reguliavimą

Norėdami įgyti supratimo apie funkcinius atsakus į poravimąsi ir padėti nustatyti procesus, susijusius su pagreitėjusiu mirtingumu po reprodukcinės veiklos, mes sukūrėme viso genomo genų ekspresiją iškart po reprodukcijos impulso. Tuo tikslu mes nustatėme genotipą, kuris pasižymi ilgaamžiškumu kaip mergelės (~ 74% išgyvenamumo sulaukęs 33 metų) ir ūmus atsakas į 48 valandų poravimosi gydymą, trigubai didesnis mirtingumas gydymo grupėje, palyginti su kontrole. Mergelių 33 dienų amžiaus vyrai buvo veikiami patelių 48 valandas, o greitai užšaldomi 35 dieną; negyvi patinai buvo išbraukti iš kontrolinės ir gydomosios grupės prieš užšaldymą. Stebėtas ūmus genų ekspresijos atsakas į gydymą 681 genu, sukeltą poravimosi metu (Bajeso užpakalinė tikimybė> 0, 95, klaidingo atradimo dažnis <10%). Pakartotinai sureguliuoti genai yra žymiai praturtinti, kai taikiniai rodo specifinę sėklidės išraišką (1 ir 2a paveikslai; P = 0, 001, Fišerio tikslus testas; šansų santykis = 1, 48; 95% pasikliautinasis intervalas = 1, 16–1, 86), tuo tarpu po poravimosi ekranų sumažintas genų rinkinys rodo sėklidėms būdingų genų deficitas ( P = 2, 2e – 16, Fišerio tikslus testas; šansų santykis = 0, 16; 95% pasikliautinasis intervalas = 0, 08–0, 28). Į atnaujintų genų rinkinį taip pat įeina stiprus chaperonino turinčio T-komplekso (GO: 0005832; 7 genai, P = 3.40e − 7) praturtinimas - kompleksas, kuris, kaip žinoma, svarbus spermatogenezei (Soues ir kt., 2003). ; Dun ir kt., 2011). Pavyzdžiui, šiai kategorijai priskiriami genai T-cp1zeta, T-komplekso chaperoninas 5, sara ir CCT-γ , kurie dalyvauja mejozėje ir išsiskleidžia į baltymus. KEGG (Kyoto genų ir genomų enciklopedijos) / Reactome duomenų bazių, skirtų sureguliuotų genų rinkiniui, analizė dar labiau sustiprina modelį, žymiai praturtinantį kelią „tubulino lankstymo tarpinių junginių formavimas CCT / TriC“ (12 genų; P = 2, 10e). −12). Pakoreguotas rinkinys taip pat rodo reikšmingą praturtėjimą klasėse „atsakas į dirgiklį“ (175 genai, P = 0, 8, 10 e – 4), „atsakas į biotinį stimulą“ (35 genai, P = 0, 001) ir „atsakas į stresą“ ( GO: 0006850, 78 genai, P = 0, 002).

Image

Poravimasis skatina sėklidėms būdingų genų padidėjimą ir plačiai išreikštų metabolinių genų reguliavimą. Skirtingai išreikštų genų, kurie kiekvienoje kategorijoje yra reguliuojami aukštyn (geltona) ir žemai sureguliuoti (mėlyna), skaičius. Reguliuojamų ar sureguliuotų genų perteklius yra reikšmingas visoms kategorijoms ( P <0, 001, test 2 testai kiekvienoje kategorijoje). Spalvotą šio paveikslėlio versiją galite rasti „ Heredity“ žurnale internete.

Visas dydis

Image

Šilumos žemėlapiai su diferencijuotai išreikštais atrinktų kategorijų genais, moduliuoti neseniai poruotiems patinams. a ) Sėklidėms būdingi genai. b ) Genai, kurių baltymų produktai lokalizuojasi mitochondrijose. Kontrastas tarp dviejų gydymo būdų: nekaltų ir neseniai poruotų vyrų. Skalė atspindi raukšlės kitimo reikšmes, palyginti su 1. Kiekvieno geno ekspresija, gydant žemesne raiška, buvo lygi 1. Pilną spalvotą šio paveikslo versiją galite rasti tinklalapyje „ Heredity“ .

Visas dydis

Poravimasis skatina medžiagų apykaitos procesų sumažėjimą

Kita vertus, mes pastebėjome 688 genus, represuotus po poravimosi (Bajeso užpakalinė tikimybė> 0, 95, melagingų atradimų dažnis <10%). Genai, kurie sureguliuojami poravimosi metu, yra plačiai išreikšti ir pasižymi dideliu praturtėjimu kandidatuose, priklausančiuose „metaboliniams procesams“ (364 genai, P = 4, 85e – 10; GO: 0008152), įskaitant „ląstelių aminorūgščių metabolinio proceso praturtėjimą“ (32 genai)., P = 4, 07e – 5; GO: 0006520), „organinio azoto junginių metabolizmo procesas“ (65 genai, P = 0, 02; GO: 1901564) ir „oksidacijos-redukcijos procesas“ (90 genų, P = 2, 18e – 22; GO) : 0055114). Be to, genų kandidatai turi didelę lokalizaciją mitochondrijuose (56 genai, P = 4, 62e – 5; GO: 0005739) ir lipidų dalelėse (32 genai, P = 1, 32e – 6; GO: 0005811). Be to, remiantis šiais stebėjimais, baltymai, kurių mRNR pirmtakai yra nepakankamai sureguliuoti poravimosi metu, turi NAD (P) surišimo domeną (29 genai, P = 5, 43e-5, IPR016040). KEGG ir Reactome duomenų bazių analizė dar labiau sustiprina modelį, reikšmingai praturtindama „metabolizmo keliams“ priklausančius genus (112 genai, P = 1, 50e – 4) ir „aminorūgščių bei darinių metabolizmui“ ( P = 9, 48). e – 4), „riebalų rūgščių metabolizmas“ (13 genų, P = 2, 49 e – 5) ir „glikolizė“ (15 genų, P = 2, 87 e – 4). Galiausiai pastebėjome, kad tarp diferencijuotai išreikštų kandidatų, dalyvaujančių oksidacijos-redukcijos procesuose, aminorūgščių metabolizme ir lokalizuotų mitochondrijų bei lipidų dalelėse, yra daugiau žemai sureguliuotų nei sureguliuotų genų. Poslinkiai į represijas yra statistiškai reikšmingi kiekvienoje funkcinėje kategorijoje ( P <0, 01, Fišerio tikslus testas).

Reprodukcija pagreitina vyrų mirtingumą Drosophiloje

DSPR pB skydą sudaro rekombinantinės inbredinės linijos, sukurtos pagal 8 laukinio tipo įkūrėjų linijų apvalųjį robiną. Buvo surinktos 8 donorų linijos iš skirtingų vietovių, kad būtų užfiksuota daugybė natūralių alelių įvairovės. Naudodamiesi šiuo šaltiniu, pirmiausia išsiaiškinome DSPR grupės 71 genotipo (padermės) senėjimo greičio natūralių genetinių variacijų mastą. Duomenys atskleidė didelius genotipų ilgaamžiškumo skirtumus, nuo 21 iki 21 dienos miršta nuo 18 iki 97% (genotipo efekto P = 8, 22e – 08; ANOVA; 3a pav.). Šie rezultatai sutampa su neseniai atliktu tyrimu, atskleidusiu panašiai didelį ilgaamžiškumo kintamumą tarp 40 DGRP padermių (Mackay ir kt., 2012). Taigi, norėdami ištirti genetinius veiksnius, pagrindžiančius ryšį tarp reprodukcijos ir mirštamumo, mes ištyrėme, ar 48 valandų reprodukcijos impulsas ankstyvame iki vidutinio gyvenimo periodo (21–23 dienomis) gali sukelti spartesnį mirtingumą tarp DSPR skydelio genotipų. (3b pav.). Kaip ir tikėtasi, prieš pat patelę 21 dieną dieną, lyginant su moterimis, skirtumų tarp kontrolinės ir gydymo populiacijos nebuvo ( P = 0, 78, gydymo poveikis 21 dieną, ANOVA). Panašiai, tarp kiekvieno genotipo kontrolinės ir gydymo populiacijos vyrų mirtingumas nesiskyrė iškart po poravimosi ( P = 0, 13, gydymo poveikis 23 dieną, ANOVA). Tai rodo, kad eksperimentinės manipuliacijos nepadarė neproporcingo poveikio gydymui ar kontroliniams patinams ir kad patekimas į moteris nepadarė iš karto skirtumo tarp vyrų išgyvenimo. Nepaisant to, dėl sąlyčio su moterimis buvo nustatytas greitesnis vyrų mirtingumas, todėl reikšmingi išgyvenamumo kreivių skirtumai (3b ir 4 paveikslai; Cox pavojaus santykis = 2, 15, P = 0, 001; žurnalo laipsnio testo rezultatas = 11, 16, P = 0, 0008), o išgyvenamumas statistiškai reikšmingas. gydymo ir kontrolinės populiacijos skirtumai, pradedami ryškėti sulaukus 25 dienos ( P = 0, 015, ANOVA gydymo efektui 25 dieną; P = 0, 0568, Mannas – Whitney); skirtumas išlieka statistiškai reikšmingas viso eksperimento metu, o didžiausias - 49 dienas ( P <0, 0001, gydymo poveikis ANOVA 49 dieną; 19% gydymo ir kontrolinės populiacijos mirtingumo skirtumas tarp visų genotipų). Visi šie stebėjimai rodo esminius DSPR ilgaamžiškumo skirtumus ir rodo, kad dauginimasis sukelia pagreitintą įvairių genotipų mirtingumą.

Image

Neišnešiotų ir poruotų vyrų ilgaamžiškumo kitimas genetiškai įvairialypėje grupėje. a ) Didelės įvairovės nesusijusių vyrų ilgaamžiškumas pagal DSPR genotipus. Kiekviena eilutė žymi genotipą. ( b ) Didelės reprodukcijos sukeltų vyrų mirtingumo variacijos DSPR genotipuose. Kiekviena eilutė žymi genotipą. Mergelių patinai (21 dienos amžiaus) buvo paveikti patelių 48 valandas. Tiek kontroliniai ( a ), tiek b ) gydymo vyrai buvo gydomi vienodai, išskyrus tai, kad kontrolinės grupės buteliuose patelių nebuvo 48 val. Spalvotą šio paveikslėlio versiją galite rasti „ Heredity“ žurnale internete.

Visas dydis

Image

Poravimosi metu padidėja Drosophila vyriškų genotipų mirtingumas. Parodytos išgyvenimo kreivės ir 95% pasitikėjimo juostos. Juodoji linija žymi pradinių valdymo elementų ilgaamžiškumo profilius. Raudona linija parodo poruoto gydymo ilgaamžiškumo profilius. Pasitikėjimo juostos, įvertintos atsižvelgiant į genotipų kitimus. Gydymas susideda iš 48 valandas neveiklių vyrų (21–23 dienos). Spalvotą šio paveikslėlio versiją galite rasti „ Heredity“ žurnale internete.

Visas dydis

Ilgaamžiškumą lemiančių veiksnių ir reprodukcijos sukelto mirtingumo nustatymas

DSPR skydelyje būtų galima aptikti QTL, moduliuojančių vyrų senėjimą ir reprodukcijos sukeltą vyrų mirtingumą. Norėdami išnagrinėti galimybę, pirmą kartą atlikome QTL ilgaamžiškumo analizę DSPR (King et al., 2012a, 2012b), naudodami išgyvenamumą 21 dienos amžiaus kaip fenotipą ir R scenarijus su numatytaisiais parametrais. Analizė nustatė vieną smailę, kurios LOD balas yra didesnis nei 6. Šis 60 kb X-segmentas, turintis didesnę tikimybę, kad jame yra genetinių veiksnių, kurie prisideda prie genotipų senėjimo pokyčių (5 pav.), Turi 7 baltymus koduojančius genus. Vienas iš šių genų yra baltymas, koduojantis hemipterinį ( hep ), kuris koduoja baltymų kinazę, kuri, kaip seniai žinoma, daro įtaką senėjimui Drosophila (Seong ir kt., 2001; Wang ir kt., 2003, 2005; Paaby ir Schmidt, 2009; Omelyanchuk ir kt., 2015). Atsižvelgdami į šį pastebėjimą, mes pradėjome tirti ryšį tarp reprodukcijos sukeltų vyrų mirtingumo ir genetinės variacijos DSPR. Mes panaudojome skirtumą tarp nekontroliuojamų ir nekontroliuojamų vyrų, gavusių tą patį genotipą, fenotipo, palyginimo. Sutikdami su mūsų lūkesčiais, mes pastebėjome reikšmingus postprodukcinio mirštamumo skirtumus tarp genotipų. Norėdami iliustruoti, išmatuojome kiekvieno iš 71 genotipo išgyvenamumo skirtumą tarp kiekvieno iš 71 genotipo 49 dieną. Duomenys parodė 50 padermių, kurių išgyvenamumas gydant buvo mažesnis, palyginti su kontrolinėmis, 16 padermių, kurių abiejų grupių išgyvenamumas išliko panašus, ir 5 padermių su mažesnis išgyvenamumas kontrolinėje grupėje. Tai rodo reikšmingą genotipų, turinčių didesnį mirtingumą po reprodukcijos, palyginimą su grynųjų kontrolinių grupių mirtingumu ( P 40% didesnis reprodukcijos režime, palyginti su pirmojo spaudimo kontrolinėmis medžiagomis. Panašūs modeliai buvo pakartoti 33 dienų ir 35 dienų amžiaus metu.) stebėjimai rodo reprodukcijos sukeltos mirtingumo tarp genotipų pokyčius, kuriuos galima atsekti iki atskirų lokalių DSPR. Taigi QTL analizė dėl reprodukcijos sukeltų vyrų mirtingumo DSPR rodo kandidato genomo segmentus; kandidatas, kurio didžiausias LOD balas, yra šeši. baltymus koduojantys genai (6 paveikslas), būtent Apytikslis ( app ), CG32100 , Porfobilinogeno sintazė ( Pbgs ), CG4300 , CG10426 ir CG4328 ; tik vienas genas ( programa ) yra skirtingai ekspresuojamas neseniai surūgusiems vyrams. Kitas segmentas atsiranda su didesne tikimybe atitinkamas variantas yra 2R chromosomoje: tai yra platus 280 kb segmentas (nuo geno CG3045 iki geno CG10384 ), kuriame yra> 2 0 baltymus koduojančių genų ir jiems trūksta tiksliai apibrėžtos smailės. Aukščiausia intervalo smailė apibrėžė 20 kb intergeninį regioną tarp 12 kišenvagio ( ppk12 ) ir CG10384 genų . Antroji aukščiausia intervalo smailė nusako 20 kb segmentą, kuris sutampa su geno, kurio trūkumas įrodytas ( Dve ), 3 ′ galu.

Image

Genomo skenavimas siekiant nustatyti genetinius ilgaamžiškumo veiksnius. Ištirtas bruožas yra išgyvenamumo variacija 21 dienos amžiaus, naudojant 71 padermių iš DSPR pB, variacija. Chromosomos ir chromosomų vieta pavaizduoti išilgai x ašies. LOD įvertinama per 10 000 intervalų pagal Drosophila genomą. LOD eilutė nustatoma ties 6. Virš profilio rodomas segmentas su aukščiausiu LOD. Atliekant analizę nustatyta piko, kuriame yra hep genas, kandidatas, kuris, kaip žinoma, moduliuoja senėjimą Drosophila .

Visas dydis

Image

Genų skenavimas siekiant nustatyti genetinius reprodukcijos sukeltų vyrų mirtingumą. Analizuojamas bruožas yra išgyvenamumo skirtumų skirtumas tarp kontrolinės ir gydomų grupių 33 dienų amžiaus, naudojant 71 padermių iš DSPR pB, skirtumą. Chromosomos ir chromosomų vieta pavaizduoti išilgai x ašies. LOD įvertinama per 10 000 intervalų pagal Drosophila genomą. LOD eilutė nustatoma ties 6. Virš profilio rodomas segmentas su aukščiausiu LOD.

Visas dydis

Diskusija

Reprodukcijos ir lytinių ląstelių audinių padariniai organizmo ilgaamžiškumui evoliuciškai išsaugomi (Rose ir Charlesworth, 1981; Stearns, 1992; Hsin and Kenyon, 1999; Stearns ir kt., 2000; Flatt ir kt., 2008; Kenyon, 2010). Čia mes pastebėjome, kad reprodukcinis aktyvumas sukelia genų ekspresijos pokyčius Drosophila vyrams ir sukelia sumažintą pogimdyvinį ilgaamžiškumą. Tiksliau, mūsų pastebėjimai rodo, kad poravimasis skatina specifinių sėklidžių genų ekspresiją, tuo tarpu jis reprezentuoja plačiai ekspresuojamus genus, dalyvaujančius metabolizmo procesuose ir kurių baltymų produktai yra lokalizuoti mitochondrijose; genų ekspresijos pokyčius lydi pagreitėjęs vyrų mirtingumas po reprodukcijos. Be to, vyrų geografinių tipų ilgaamžiškumo ir reprodukcijos sukeltų mirčių analizė rodo, kad reprodukcijos ir ilgaamžiškumo ryšys nėra vienodai pasireiškiantis tarp visų genotipų. Stebėjimai rodo, kad genomo segmentai rodo didesnę genetinių veiksnių, lemiančių vyrų jautrumą reprodukcijai, tikimybę. Segmentuose yra baltymus koduojantys genai ir mikroRNR, kurie yra geriausi kandidatai į tolesnę analizę, siekiant tiksliai nustatyti fenotipą tarpinančių lokų tapatumą. Nors linijų ilgaamžiškumo variacijų analizė parodė segmentą, kuriame yra geno hep , žinomas faktorius, susijęs su senėjimu Drosophila (Seong ir kt., 2001; Wang ir kt., 2003, 2005; Paaby ir Schmidt, 2009; Omelyanchuk ir kt.). al., 2015), genai, esantys segmentuose, susijusiuose su pagreitėjusiu mirtingumu po reprodukcijos, yra mažiau pritaikomi funkciniams aiškinimams.

Vyro ir moters sąveika gali būti eksperimentiškai modeliuojama pasitelkiant keletą modelių, kurie patys prisideda prie kopuliacijos, mandagumo, difuzinių junginių, ejakuliato sudėties ir (arba) kitų požymių, daugiau ar mažiau pastebimų. Atitinkamai Viduržemio jūros musių, Ceratitis capitata , išlaidos vyrams dėl spermos gamybos ar poravimosi buvo didesnės nei reprodukcijos sukeltos išlaidos (Papadopoulos ir kt., 2010). Kita vertus, duomenys iš Drosophila ir kriketo rodo jų sugebėjimą modifikuoti ejakuliato sudėtį (Sirot et al., 2011; Dowling and Simmons, 2012) ir potencialiai pakeisti reprodukcinių išlaidų paskirstymą. Nepaisant to, lytinių ląstelių susidarymo išlaidų stebėjimą reikėtų suderinti su duomenimis apie kirminus, rodančius, kad somatinės lytinės liaukos pašalinimas pašalina gemalo liniją (Kenyon, 2010). Kompensacijos atsiradimo molekuliniai keliai išryškėjo signalizuojant apie insuliną ir steroidinius hormonus (Hsin ir Kenyon, 1999; Flatt ir kt., 2008; Yamawaki ir kt., 2010); stebėjimai išryškina fiziologinį sudėtingumą, o ne tik su lytinių ląstelių gamybos sąnaudomis. Iš tiesų, keli tyrimai sukėlė tikėjimą, kad Drosophila gali sąveikauti tarp amžiaus, reprodukcijos ir mitybos būklės (Sgro ir Partridge, 1999; Tu ir Tatar, 2003; Toivonen ir Partridge, 2009), o rezultatai rodo svarbiausią insulino vaidmenį. kelias moterims. Nepaisant to, buvo pasiūlyta, kad alternatyvūs keliai taip pat vaidina įtaką reprodukcijos ir ilgaamžiškumo santykiams. Pavyzdžiui, neseniai Drosophiloje atsirado baltymų kokybės kontrolės somatiniuose audiniuose ir kiaušiniuose kompromisų (Fredriksson ir kt., 2012). Neįmanoma įsivaizduoti, kad panašūs kompromisai taip pat gali vykti Drosophila vyrams, kai baltymų kokybės kontrolė gali būti būtina siekiant kruopščiai suorganizuotų įvykių, vykstančių spermatogenezės metu, progresavimo, praėjus daugumai genų transkripcijos. Taigi išsamus įvairių genomo požymių molekulinis apibūdinimas kartu su didesnėmis reprodukcijos sukeltų vyrų mirtingumo analizėmis, kartu įvertinančiomis dietos, amžiaus, reprodukcijos ir genotipo vaidmenį, galėtų duoti esminių pradinių duomenų.

Be to, čia pateikti duomenys ir ankstesni stebėjimai, siejantys reprodukciją ir ilgaamžiškumą, nurodo įvykius reprodukciniuose ir somatiniuose audiniuose, kai metabolinių genų ir genų, kurių baltymų produktai lokalizuojasi mitochondrijose, reguliavimas yra sumažėjęs. Šis pastebėjimas atitinka funkcines hipotezes apie metabolizmo (McCormick ir kt., 2011), signalizacijos apie insuliną (Flatt ir kt., 2008) ir steroidinių hormonų (Yamawaki et al., 2010) vaidmenį dėl reprodukcijos ir ilgaamžiškumo asociacijų. pagalba susiaurinant genus kandidatus ar procesus tolesnei analizei. Iš tiesų, mūsų pastebėjimai sutinka su teiginiais, kad gemalinių linijų pašalinimas iš dalies skatina ilgaamžiškumą, moduliuodamas signalizaciją insulinu ir lipidų apykaitą (Hansen ir kt., 2013), ir su lūkesčiais, kad natūraliai vykstantys mitochondrijų funkcijos ir metabolizmo pokyčiai konkrečiai veikia vyrų senėjimą (Zeh ir Zeh, 2005; Camus ir kt., 2012). Be to, mitochondrijų ir branduolio genetinė sąveika, susijusi su senėjimu, greičiausiai apima branduolio užkoduotus genus, susijusius su reprodukcijos sukeltu mirtingumu (Tanaka ir kt., 1998; De Benedictis ir kt., 1999; Rand ir kt., 2006; Clancy, 2008). ; Zhu et al., 2014). Neseniai atliktame tyrime nustatyta, kad genai, apimantys mitochondrinius ir branduolinius genomus, buvo susiję su vyrų reprodukcinio senėjimo komponentais dėl tiesioginio poveikio ejakuliacijos svoriui ir netiesioginio poveikio patelių kiaušinių dydžiui (Immonen ir kt., 2016). Įdomu tai, kad mitochondrijų DNR variacija Drosophiloje pirmiausia veikia genus, kurie yra išskirti tik sėklidėje (Innocenti et al., 2011). Tiriant inžinerinius genotipus, kurie skiriasi tik jų mitochondrijų DNR haplotipu, vyrai pasižymi žymiai didesniu genetiniu ilgaamžiškumo variantu nei moterys (Camus ir kt., 2012; Dowling, 2014; Wolff ir kt., 2014). Taip pat žinoma, kad Y-sujungto heterochromatino variacija moduliuoja genų, išimtinai transkribuojamų reprodukciniuose audiniuose, ir genų, susijusių su mitochondrijų funkcija Drosophila, raišką (Lemos ir kt., 2008, 2010). Be to, Y ryšys priklauso nuo genetinio fono (Chippindale ir Rice, 2001), skirtingai pasireiškiantis somatiniuose ir reprodukciniuose audiniuose (Branco et al., 2013) ir neseniai susijęs su senėjimu (Griffin et al., 2015). . Atsižvelgiant į tai, įdomi galimybė yra tai, kad genetiniai elementai, atspindintys lytį arba pernešantys lytį, pavyzdžiui, Y chromosoma ar mitochondrinė DNR, gali vystytis sąveikoms, prisidedančioms prie reprodukcijos sukelto mirtingumo moduliavimo.

Apibendrinant galima pasakyti, kad genomo analizė ir natūrali genetinė variacija gali būti naudojama kaip platforma nustatant vyrų reprodukcijos sukeltą molekulinį kelią. Nors natūraliai susidarančių alelių poveikis yra paprastai mažesnis nei mechaninių tyrimų metu naudojamų alelių (pvz., Dėl funkcijų praradimo mutacijų), tačiau duomenys pabrėžia genetinės kilmės svarbą reprodukcijos sukeltų vyrų mirtingumo ir ilgaamžiškumas. Tyrimai atskleidė padermes, kuriose vykstant didesniam ar mažesniam polinkiui, gali pasireikšti specifiniai reprodukcijos sukeltų vyrų mirtingumo mechanizmai. Nors didesnio skaičiaus padermių fenotipinis apibūdinimas reikalauja daug darbo (DSPR skydelyje yra> 1000 genotipų), pastangų privalumas yra agnostinis ir jas verta atlikti atsižvelgiant į lūkesčių dėl galimų lokusų, tarpininkaujančių asociacijai, funkcijas. tarp reprodukcijos ir ilgaamžiškumo. Kita vertus, analizė, naudojant tikslines funkcijų praradimo mutacijas ar nuoseklias delecijas kandidatų segmentuose, galėtų būti veiksminga iki nulio konkrečių genetinių elementų šiuose regionuose. Lieka nustatyti, ar genų ekspresijos reakcijos į poravimosi ir reprodukcijos sukeltą vyrų mirtingumą skiriasi senstant ar jų genotipas priklauso nuo amžiaus sąveikos. Bendrai vertinant, mūsų rezultatai dar labiau padidina tikimybę, kad ilgaamžiškumą ir su amžiumi susijusius fenotipus lemiantys faktoriai gali būti atsekti iki genetinio kitimo ir molekulinių procesų, turinčių įtakos lytinėms ląstelėms, ir galimai susikertantiems su keliais, kuriuos moduliuoja mitochondrijos ir Y chromosoma. Išmatuoti įvairius reguliavimo kontrolės sluoksnius, kurie, kaip tikimasi, išsivystė, kad būtų galima koordinuoti funkcinius procesus reprodukciniuose ir somatiniuose audiniuose senėjimo metu, greičiausiai išliks svarbiu iššūkiu daugelį metų.

Duomenų archyvavimas

Duomenys prieinami iš „Dryad“ skaitmeninio saugyklos: //dx.doi.org/10.5061/dryad.74940.