Выявление различий в сперме конкурентоспособности на<em> Drosophila</em
Summary
Дифференциальный спермы конкурентоспособности среди<em> Drosophila</em> Мужчин с различными генотипами может быть установлено через двойную спаривания экспериментов. Каждый из этих экспериментов включает в себя один из самцов интерес и опорный мужчины. Легко идентифицируемые маркеров в потомстве позволяет вывод о доле лиц, родившихся от каждого мужчины.
Abstract
Конкуренция между конспецифичный мужчин для удобрения яйцеклетки является одним из механизмов полового отбора, т.е. выбор, который работает на максимизации количества успешных событий спаривание, а не на максимизацию выживание и жизнеспособность 1. Конкуренции спермы представляет конкуренция между мужчинами после совокупляется с тем же сука 2, в котором их спермой носят случайный характер во времени и пространстве. Это явление было сообщено в нескольких видов растений и животных 3. Например, пойманных D. MELANOGASTER самки обычно содержат сперму от 2-3 кобелей 4. Сперма хранится в специализированных органов с ограниченным объемом памяти, которая может привести к прямой конкуренции спермы от разных самцов 2,5.
Сравнение спермы конкурентоспособности разных самцов интереса (экспериментальные типы мужчин) была выполнена через контролируемом двойном спаривания экспериментальныеTS в лаборатории 6,7. Короче говоря, одна женщина подвергается воздействию двух разных самцов последовательно, одна экспериментальная мужчина и одна поперечная спаривания ссылкой мужчины. Та же схема спаривания затем следует использовать другие экспериментальные мужской типов облегчая тем самым косвенное сравнение конкурентоспособности их спермы через общий ссылки. Доля лиц, родившихся от экспериментальных и справочных мужчины идентифицируется с использованием маркеров, которая позволяет оценить конкурентоспособность спермы с помощью простых математических выражений 7,8. Кроме того, сперма конкурентоспособность может быть оценена в двух различных сценариев в зависимости от того экспериментальных самец второй или первый помощник (нападения и защиты анализа, соответственно) 9, в которой предполагается, что отражает различные атрибуты компетенции.
Здесь мы описываем подход, который помогает допросить роль различных генетических факторов, которые лежат в основе предположительно тОн явление спермы конкурентоспособности в D. MELANOGASTER.
Introduction
Так как Джефф Паркер отметил распространенность конкуренции спермы у насекомых и ее эволюционные последствия 2, всплеск исследований у дрозофилы и других видов пытались пролить свет на это явление на многих различных уровнях. Некоторые примеры областей, представляющих интерес был обзор его изменения в природных популяциях 9,10, его генетической архитектуры и значимости генетических факторов, лежащих в основе 11-14, и ее роль в продвижении коэволюции между полами 15,16. У D. MELANOGASTER женщин, ограниченных возможностей специализированных спермы хранения органов, пара сперматекой и семеприемником 6,17, способствует конкуренции спермы от разных самцов. Примерно 1500 сперму передаются во время спаривания, чтобы женщины, но только ~ 500 могут быть размещены в указанных органах 18,19. В лаборатории, контролируемом двойном спаривания экспериментных с участием мужской ссылки и одного или более самцов интерес широко используются для оценки спермы конкурентоспособность 7,8.
Сперма конкурентоспособность оценивается как доля потомства хряков экспериментальных мужчиной в двойном спаривания эксперименты над общей потомства, то есть как с экспериментальной, и справочные мужчины. Сперма конкурентоспособность включает два компонента, каждый из которых оценивали в отдельном тесте. В нарушение анализа, способность экспериментальной мужской спермы сместить спермы из первых мужчин, т.е. опорный мужчин, оценивается. С другой стороны, в оборонной анализа, способность экспериментальной мужской спермы сопротивляться смещению или уменьшить оплодотворения успех спермы мужской ссылкой оценивается. В зависимости от типа анализа, обороны или правонарушение, сперма конкурентоспособность оценивается путем оценки P 1 или P 2 соответственно. P1 и Р 2 может принимать значения от 0 до 1. Промежуточные значения, которые обычно трактуются как косвенное свидетельство смешивания спермы, что предполагает физиологические сценария с прямой конкуренции спермы. Следуя той же обоснование, экстремальные значения можно интерпретировать как доказательство сильных дифференциальных спермы конкурентоспособность. Ранние исследования показали, что P 2 в D. MELANOGASTER составляет более 0,8 растет, так как время, прошедшее между двумя вязки удлиняет 7. Этот же эксперимента были использованы в других видов Drosophila, Р 2 является широко используется статистический в исследования для оценки спермы конкурентоспособность 20. Для большинства видов, P 2 значений штаммов выше 0,6 21. Тем не менее, ряд других механизмов, не связанных с прямой конкуренции между спермой разных самцов могут давать одинаковые оценки (см. обсуждение).
Реопознавательные потомства хряков первого или второго мужчины можно с помощью легко узнаваемых маркеров. В начале исследования, одно из самцов облучали в сублетальных дозах, например, рентгеновские лучи таким образом, что практически все яйца оплодотворенные облученных спермиев не в люк 7. Впоследствии мутаций, изменяющих пигментации глаз или форму крыла были наиболее часто используемых маркеров. Примерами первого являются мутации м.т. (коричневый) 9, сп (киноварь) и 22 Вт (белый) 23, в то время как мутация Су (завитые) 24 соответствует второму типу фенотипы, некоторые из этих мутаций были объединены в же человек, например, CN BW. В меньшей степени, аллозимы 25 и микроспутников 26,27 с известной модели наследования были также использованы.
Схема эксперимента для проверки на различия всперма конкурентоспособности описанные здесь следует, что по существу Кларка и др.. 9. Результаты, полученные из этих экспериментов дают информацию только о дифференциальных отцовства экспериментальных типов мужчин в центре внимания. Анализы, которые также делают учет после оплодотворения различия в фитнес-14,28 и спермы методы визуализации 24 включите различия в P 1 (или P 2) забивает гол должно интерпретироваться как различия в сперме компетенции.
На рисунке 1 приводится обоснование как преступления и обороны анализов. Для иллюстрации логистику процесса, преступление эксперимента, проведенного в D. MELANOGASTER 14 будет объяснено более подробно. Данный анализ преступления был использован для тестирования для измеримого эффекта мультигенного семейства спермы конкретных динеин промежуточного звена (SDIC) на сперму конкурентоспособность. Все членыс этой мультигенные семьи проживают в тандеме на Х-хромосоме. Нокаут мужчины были получены путем удаления SDIC кластера. Поскольку удален сегмент также включены основного гена коротким крылом (SW) и цель исследования заключалась в оценке актуальности SDIC, самцами, несущими SDIC-SW удаления были спасены трансгенной копией SW (символизируется P {Ю} , которая также проводится мини-белого гена-репортера) на хромосоме 2. Цвет глаз был использован в качестве маркера для видимого отцовства идентификации. Все мухи в белом фоне мутант за исключением тех из штамма, Oregon-R, которые использовались в качестве ссылки мужчин.
Protocol
Representative Results
Discussion
Мы описали эксперимента для оценки различий в относительном вкладе генетически различных D. MELANOGASTER мужчин к потомству в контролируемом двойном спаривания эксперименты 7,8. Это было сделано в контексте генетического фактора предположили влиять на сперму конкурентоспособнос…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы благодарят NSF (MCB-1157876) для финансирования. Мы также благодарим Альберто Чиветты, Джон Roote, и два анонимных рецензентов за их комментарии.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
| Amber latex tubing | VWR | 62996-473 | 1/4 inch ID, 1/6 inch Wall |
| 1 ml graduated XL filter tips | USA Scientific | 1126-7810 | Any 1 ml pipette tip can be used but semi-transparent and long tips are better as a fly receiver. If filter tips are used, poke out and discard the filter using a needle after the tip end is trimmed |
| Parafilm | Sigma | P-7793 | |
| Mesh Fabric | Thin and smooth | ||
| Stereomicroscope | Leica | S6D | |
| CO2 Tank | Airgas | CD-50 | Use FlyNap (Carolina Biological Supply Company) as an alternative if CO2 is not available |
| FlyStuff Foot Valve, complete system | Genesee Scientific | 59-121C | Not necessary if FlyNap is used |
| Plastic vials | Genesee Scientific | 32-109 | Come with carboard trays that can be reused for holding vials |
| Cotton balls | Fisher Scientific | AS-212 | |
| Active dry yeast | Red Star | Found in general grocery store | |
| Sharpie markers | Different colors may be used for marking different genotypes |
Riferimenti
- Darwin, C. . The descent of man and selection in relation to sex. , (1871).
- Parker, G. A. Sperm competition and its evolutionary consequences in the insects. Biol. Rev. 45, 525-567 (1970).
- Birkhead, T. R., Møller, A. P. . Sperm competition and sexual selection. , (1998).
- Jones, B., Clark, A. G. Bayesian sperm competition estimates. Genetica. 163, 1193-1199 (2003).
- Griffiths, R. C., McKechnie, S. W., McKenzie, J. A. Multiple mating and sperm displacement in natural populations of Drosophila melanogaster. Theor. Appl. Genet. 62, 89-96 (1982).
- Jonsson, U. B. Sperm transfer, storage, displacement, and utilization in Drosophila melanogaster. Genetica. 47, 1719-1736 (1962).
- Boorman, E., Parker, G. A. Sperm (ejaculate) competition in Drosophila melanogaster, and the reproductive value of females to males in relation to female age and mating status. Ecol. Entomol. 1, 145-155 (1976).
- Gromko, M. H., Gilbert, D. G., Richmond, R. C., Smith, R. L. . Sperm Competition and the Evolution of Animal Mating Systems. , 372-427 (1984).
- Clark, A. G., Aguade, M., Prout, T., Harshman, L. G., Langley, C. H. Variation in sperm displacement and its association with accessory gland protein loci in Drosophila melanogaster. Genetica. 139, 189-201 (1995).
- Clark, A. G., Begun, D. J., Prout, T. Female x male interactions in Drosophila sperm competition. Science. 283, 217-220 (1999).
- Civetta, A., Clark, A. G. Chromosomal effects on male and female components of sperm precedence in Drosophila. Genet. Res. 75, 143-151 (2000).
- Greenspan, L., Clark, A. G. Associations between variation in X chromosome male reproductive genes and sperm competitive ability in Drosophila melanogaster. Int. J. Evol. Biol. 2011, 214280 (2011).
- Chapman, T., Neubaum, D. M., Wolfner, M. F., Partridge, L. The role of male accessory gland protein Acp36DE in sperm competition in Drosophila melanogaster. Proc. Biol. Sci. 267, 1097-1105 (2000).
- Yeh, S. D., et al. Functional evidence that a recently evolved Drosophila sperm-specific gene boosts sperm competition. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109, 2043-2048 (2012).
- Pitnick, S., Markow, T. A., Spicer, G. S. Evolution of multiple kinds of female sperm-storage organs in Drosophila. Evolution. 53, 1804-1822 (1999).
- Pitnick, S., Miller, G. T., Schneider, K., Markow, T. A. Ejaculate-female coevolution in Drosophila mojavensis. Proc. Biol. Sci. 270, 1507-1512 (2003).
- Nonidez, J. F. The internal phenomenon of reproduction in Drosophila. Biol. Bull. 39, 207-230 (1920).
- Miller, G. T., Pitnick, S. Sperm-female coevolution in Drosophila. Science. 298, 1230-1233 (2002).
- Manier, M. K., et al. Resolving mechanisms of competitive fertilization success in Drosophila melanogaster. Science. 328, 354-357 (2010).
- Simmons, L., Siva-Jothy, M., Birkhead, T. R., Møller, A. P. . Sperm competition and sexual selection. , 826 (1998).
- Singh, S. R., Singh, B. N., Hoenigsberg, H. F. Female remating, sperm competition and sexual selection in Drosophila. Genetics and Molecular Research. 1, 178-215 (2002).
- Markow, T. A. A comparative investigation of the mating system of Drosophila hydei. Animal Behaviour. 33, 775-781 (1985).
- Barbadilla, A., Quezada-Díaz, J. E., Ruiz, A., Santos, M., Fontdevila, A. The evolutionary history of Drosophila buzzatii. XVII. Double mating and sperm predominance. Genet. Sel. Evol. 23, 133-140 (1991).
- Civetta, A. Direct visualization of sperm competition and sperm storage in Drosophila. Curr. Biol. 9, 841-844 (1999).
- Turner, M. E., Anderson, W. W. Sperm predominance among Drosophila pseudoobscura karyotypes. Evolution. 38, 983-995 (1984).
- Harshman, L. G., Clark, A. G. Inference of sperm competition from broods of field-caught Drosophila. Evolution. , 1334-1341 (1998).
- Imhof, M., Harr, B., Brem, G., Schlotterer, C. Multiple mating in wild Drosophila melanogaster revisited by microsatellite analysis. Mol. Ecol. 7, 915-917 (1998).
- Price, C. S., Dyer, K. A., Coyne, J. A. Sperm competition between Drosophila males involves both displacement and incapacitation. Nature. 400, 449-452 (1999).
- Ashburner, M. . Drosophila: A Laboratory Manual. , (1989).
- Greenspan, R. J. Fly Pushing: The Theory and Practice of Drosophila Genetics. , (1997).
- Sokal, R. R., Rohlf, F. J. . Biometry : the principles and practice of statistics in biological research. , (1994).
- Clark, A. G., Begun, D. J. Female genotypes affect sperm displacement in Drosophila. Genetica. 149, 1487-1493 (1998).
- Clark, A. G., Dermitzakis, E. T., Civetta, A. Nontransitivity of sperm precedence in Drosophila. Evolution. 54, 1030-1035 (2000).
- Wigby, S., Chapman, T. Sperm competition. Curr. Biol. 14, 100-102 (2004).
- Pizzari, T., Parker, G. A., Birkhead, T. R., Hosken, D. J., Pitnick, S. . Sperm biology: an evolutionary perspective. , 674 (2008).
- Ram, K. R., Wolfner, M. F. Seminar influences: Drosophila Acps and the molecular interplay between males and females during reproduction. Integr. Comp. Biol. 47, 427-445 (2007).
- Civetta, A., Rosing, K. R., Fisher, J. H. Differences in sperm competition and sperm competition avoidance in Drosophila melanogaster. Animal Behaviour. 75, 1739-1746 (2008).
