הבדלי שומה ביכולת תחרותית בזרע<em> דרוזופילה</em

Summary

יכולת התחרותית ההפרש בין זרע<em> דרוזופילה</em> גברים עם גנוטיפים שונים ניתן לקביעה באמצעות ניסויים כפולי הזדווגות. כל אחד מניסויים אלו כרוך אחד הזכרים של עניין והתייחסות גברית. סמנים לזיהוי בקלות בצאצאים לאפשר היסק של חלק קטן מאנשי אביהם היה כל זכר.

Abstract

תחרות בין הזכרים conspecific לדישון הביציות היא אחד מהמנגנונים של ברירה מינית, כלומר בחירה שפועלת למקסם את מספר אירועי הזדווגות המצליחים ולא על הישרדות וכדאיות ¹ מרחיבה את עוצמה. תחרות זרע מייצגת את התחרות בין זכרים לאחר הזדווגות עימו ² הנקבה, שבזרע שלהם הם מקריים בזמן ובמרחב. תופעה זו כבר דווחה במינים רבים של צמחים ובעלי חיים ^3. לדוגמה, שנלכד בטבע ד ' נקבות melanogaster מכילות בדרך כלל זרע 2-3 זכרים ^4. הזרע מאוחסנים באיברים מיוחדים עם קיבולת אחסון מוגבלת, אשר עלול להוביל לתחרות הישירה של הזרע מזכרים שונים ^2,5.

השוואה בין היכולת התחרותית זרע של זכרים שונים של עניין (סוגים ניסיוניים גברים) שבוצע באמצעות ניסיוני כפולת הזדווגות מבוקרתTS במעבדה ^6,7. בקצרה, נקבה אחת חשופה לשני זכרים שונים ברצף, גברים ניסיוניים אחד ואחת ממין זכר התייחסות צולבת הזדווגות. אותו ערכת ההזדווגות לאחר מכן ואחרי השימוש בסוגי גברים ניסיוניים אחרים וכך להקל על ההשוואה העקיפה של היכולת התחרותית של הזרע שלהם באמצעות התייחסות משותפת. חלק קטן מאנשי אביהם היו הזכרים הניסיוניים והתייחסות מזוהה באמצעות סמנים, המאפשר אחד כדי להעריך את היכולת התחרותית זרע באמצעות ביטויים מתמטיים פשוטים ^7,8. בנוסף, ניתן להעריך את היכולת התחרותית זרע בשני תרחישים שונים, תלויים אם הזכר הניסיוני הוא שני או ראשון להזדווג (עבירה וassay הגנה, בהתאמה) ^9, שהנחה הוא שהוא משקף את יכולת תכונות שונות.

כאן, אנו מתארים את הגישה שעוזרת לחקור את תפקידם של גורמים גנטיים שונים שעומדים בבסיס לא putativelyהוא התופעה של כושר תחרות זרע בד melanogaster.

Introduction

מאז ג'ף פרקר ציין השכיחות של תחרות זרע בחרקים והשלכותיה אבולוציוניים ^2, גל של מחקרים בדרוזופילה ומינים אחרים ניסה לשפוך קצת אור על תופעה זו ברמות רבות ושונות. כמה דוגמאות לתחומי העניין היו הסקר של הווריאציה שלה באוכלוסיות טבעיות ^9,10, הארכיטקטורה ורלוונטי של גורמים גנטיים שבסיס הגנטי שלה ^11-14, ותפקידה בנהיגת אבולוציה משותף בין המינים ^15,16. בד melanogaster נקבות, הקיבולת המוגבלת של איברי זרע האחסון מיוחדים, זוג spermatheca וקיבול זרע ^6,17, תורם לתחרות של הזרע מזכרים שונים. כ -1,500 זרע מועבר במהלך הזדווגות לנקבה אבל רק ~ 500 ניתן לאכלס באיברים שהוזכרו ^18,19. במעבדה, מבוקרת כפולה הזדווגות ההתנסותments מעורב זכר התייחסות ואחד או יותר מזכרים של עניין נעשה שימוש נרחב להערכת יכולת ^7,8 זרע תחרותית.

יכולת התחרותית זרע הערכה היא כמו היחס של צאצאים הוליד על ידי הזכר הניסיוני בניסויים כפול הזדווגות על הצאצאים המוחלט, כלומר, שגם מניסיוני והתייחסות לזכרים. יכולת התחרותית זרע מורכב משני מרכיבים, שכל אחד מהם הוערך בassay נפרד. ב assay העבירה, ביכולתו של הזרע הגברי הניסיוני כדי לעקור את הזרע מהזכר הראשון, כלומר ההתייחסות הגברית, מוערכת. לעומת זאת, בassay ההגנה, יכולתו של הזרע הגברי הניסיוני להתנגד עקירה או להפחית את ההצלחה ההפריה של הזרע גברי ההתייחסות מוערכת. בהתאם לסוג של assay, הגנה או התקפה, יכולת התחרותית זרע הערכה היא דרך עשרות P ₁ או ₂ P, בהתאמה. P₁ ו-P ₂ יכול לקחת ערכים בין 0 ו -1 בלבד. ערכי ביניים בדרך כלל מתפרשים כראיות עקיפות של זרע ערבוב, אשר טוען תרחיש פיסיולוגי מעורב תחרות זרע ישירה. בעקבות אותו הרציונל, ניתן לפרש את ערכים קיצוניים כהוכחה ליכולת התחרותית זרע ההפרש חזקה. מחקרים מוקדמים הראו כי P ₂ בד melanogaster הוא מעל 0.8 הגדלת כמו הזמן שחלף בין שתי ההזדווגויות מאריכות ^7. אותו עיצוב ניסיוני זה כבר נעשה שימוש במינים תסיסנית אחרים, P ₂ להיות נתון נפוץ במחקרים כדי להעריך את יכולת זרע ²⁰ התחרותית. עבור רוב המינים, את ₂ ערכי P של הזנים שנבדקו הוא גבוהים יותר מאשר 0.6 ^21. עם זאת, מספר מנגנונים אחרים שאינם קשורים לתחרות הישירה בין הזרע של זכרים שונים יכולים להניב תוצאות זהות (ראה דיון).

Dצאצאי istinguishing הוליד ידי הזכרים הראשונים או שני אפשרי באמצעות שימוש בסמני זיהוי בקלות. במחקרים מוקדמים, אחד מהזכרים היה מוקרן במינונים sublethal של, למשל, קרני ה-X כך שכמעט כל הביציות מופרות על ידי זרע מוקרן לא הצליחה לבקוע ^7. בהמשך, מוטציות משינוי פיגמנטציה עין או צורת כנף היו הסמנים הנפוצים ביותר. דוגמאות ללשעבר הן מוטציות BW (חום) ^9, cn (כינאבאר) ²² ו w (לבן) ^23, ואילו את המוטציה (קרלי) ²⁴ מקבילה Cy לסוג השני של פנוטיפים, כאשר חלק ממוטציות אלו כבר משולבים ב אותו אדם, למשל CN BW. במידה פחותה יותר, היו בשימוש allozymes ²⁵ ומייקרו ^26,27 עם דפוסי ירושה ידועים גם בשם.

תכנון הניסוי לבדיקת הבדלים בהיכולת התחרותית זרע שתוארה כאן נובע למעשה זה של קלארק ואח'. ^9. תוצאות ניסויים אלה נגזרים מלתת מידע אך ורק על אבהות ההפרש של סוגי הגברים הניסיוניים תחת בדיקה. מבחני שגם הופכים את ההפרשה להבדלים לאחר הפריה בכושר ^14,28 וטכניקות להדמיה זרע ²⁴ לאפשר הבדלים _ב1 P (או P ₂₎ ציונים להתפרש כהבדלים ביכולת זרע.

איור 1 מתאר את הרציונל של שניהם עבירה והמבחנים הבטחוני. כדי להמחיש את הלוגיסטיקה של התהליך, ניסוי בוצע בעבירת ד melanogaster ¹⁴ שיוסבר בפירוט. assay עבירה מסוים זה משמש לבדיקת השפעה מדידה של שרשרת multigene משפחת הזרע הספציפית dynein ביניים (SDIC) על יכולת התחרותית זרע. כל חברים של משפחת multigene זה מתגורר במקביל על כרומוזום X. הזכרים נוקאאוט נוצרו על ידי מחיקת אשכול SDIC. בגלל הקטע שנמחק כלל גם זרוע הקצרה הגן החיוני (SW) ומטרתו של המחקר הייתה להעריך את הרלוונטיות של SDIC, גברים שנשאו את מחיקת SDIC-SW חולצו על ידי עותק מהונדס של SW (סמלה כP {SW} , שגם נשא את גן כתב מיני לבן) בכרומוזום 2. צבע עיניים שימש כסמן גלוי לזיהוי אבהות. כל הזבובים היו ברקע לבן עם מוטציה למעט אלה מזן אורגון-R, אשר שמשו כזכרי התייחסות.

Protocol

ניסויים בקנה מידה קטנה צריכים להתבצע כדי להכיר את ההליך כולו. 1. איסוף נקבות וזכרי בתולה נאיביים הגרסה הפשוטה של הניסוי שתואר מורכבת מארבעה סוגים של צלבים ראשוניים, אשר כרוך השילוב הבא של מבוגר…

Representative Results

טבלה 2 מסכמת כמה מאפיינים בולטים של שני ניסויי עבירה (מבחני 1 ו -2) שבו ד זכרים ניסיוניים melanogaster עם ובלי (סוג I ו-II, בהתאמה) אשכול SDIC תפקודי הם בהשוואה 14. לאחר שלקח בחשבון מקרים שונים בהם נתקל עם כמה חזרות, 58-83% מהנשים נמצאו להיות אינפורמטיבי ול?…

Discussion

יש לנו תאר את עיצוב הניסיון להעריך הבדלים בתרומה היחסית של גנטי מובחן ד זכרים melanogaster לצאצאים בניסויים כפול ^7,8 הזדווגות מבוקרות. זה נעשה בהקשר של גורם גנטי שערנו להשפיע על יכולת התחרותית זרע וזה כבר מאויר בתוך assay העבירה למרות שהליך דומה חל על assay ההגנה <…

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