Induktion og evaluering af indavl krydser ved hjælp af Ant, Vollenhovia Emeryi
Summary
I denne protokol, er metoder for udførelse af indavl krydser, og for at vurdere disse Kors, succes beskrevet for ant Vollenhovia emeryi. Disse protokoller er vigtige for eksperimenter med henblik på forståelse af det genetiske grundlag for sex bestemmelse systemer i hvepse.
Abstract
De genetiske og molekylære komponenter af sex-bestemmelse kaskade er blevet grundigt undersøgt i honningbien Apis mellifera, en hymenopteran model organisme. Dog er lidt kendt om sex-bestemmelse mekanismer findes i andre ikke-model hymenopteran taxa, som myrer. På grund af den komplekse karakter af livscyklus, der har udviklet sig i hymenopteran arter, er det vanskeligt at opretholde og gennemføre eksperimentelle krydsninger mellem disse organismer i laboratoriet. Her, beskriver vi metoder til at gennemføre indavl Kors og for at vurdere disse krydsninger succes i ant Vollenhovia emeryi. Inducerende indavl i laboratoriet ved hjælp af V. emeryi, er relativt enkel på grund af den unikke biologi af arten. Specifikt, denne art producerer androgenetic mænd, og kvindelige reproductives udviser wing polymorfi, hvilket forenkler identifikation af fænotyper i genetiske krydser. Desuden er evaluere succes af indavl ligetil, som mænd kan være fremstillet kontinuerligt af indavl Kors, mens normal handyr vises kun en veldefineret yngle i feltet. Vores protokol giver mulighed for at bruge V. emeryi som en model til at undersøge den genetiske og molekylære grundlag for sex bestemmelse system i myre arter.
Introduction
Eusocial Hymenopteran taxa, som myrer og bier, har udviklet en haplodiploid sex-fastsættelse system i som enkeltpersoner, der er heterozygous på en eller flere supplerende sex bestemmelse (CSD) loci blive hunner, mens dem, der er homo- eller hemizygous blive hanner (fig. 1A)1.
Genetiske og molekylære komponenter involveret i sex bestemmelse cascade er blevet godt undersøgt i honningbien Apis mellifera, en hymenopteran model organisme2,3,4. Seneste Komparativ genomforskning undersøgelser tyder på, at myrer og honningbier deler mange formodede homologs i sex bestemmelse pathway, såsom indledende sex bestemmelse gen, csd5. Beviser for den funktionelle bevarelse af disse homologs mangler dog stadig i myrer.
For at løse dette problem, skal indavl linjer udvikles, så de er afgørende for genetiske kortlægning og molekylære undersøgelser. Det er imidlertid vanskeligt at opretholde og gennemføre eksperimentelle krydsninger mellem disse organismer i laboratoriet på grund af den komplekse karakter af livscyklus, der har udviklet sig.
Her bruger vi Vollenhovia emeryi som en model til at undersøge den genetiske og molekylære grundlag for sex bestemmelse system i myrer6,7. Indavl linjer af denne art blev udviklet tidligere kobling kortlægning af kvantitative træk loci (QTL) for træk relateret til sex bestemmelse for første gang i myrer6. Derudover har den molekylære sex-bestemmelse kaskade været undersøgte7. Denne art har udviklet sig en usædvanlig reproduktion system, der anvender både gynogenesis og androgenesis (figur 1B)8,9. De fleste nye dronninger og hanner er clonally fremstillet af mødres og faderlige genomer, henholdsvis. Derudover arbejdstagere og nogle queens produceres seksuelt8. Denne reproduktion system er særlig velegnet til genetiske undersøgelser, fordi indavl krydser fremstillet ved hjælp af seksuelt produceret dronninger og hanner er genetisk svarende til en klassisk backcross. Da generativt produceret queens afviger morfologisk fra queens fremstillet af maternel genomer10 (figur 1B), er gennemføre og evaluere indavl Kors stærkt forenklet ved hjælp af denne metode.
I denne artikel, metoder til etablering af laboratoriet kolonier for passage test, krydser anvendelsen af indavl ved hjælp af fuld-sib par, og evaluere succesen med disse krydser ved hjælp af genotypebestemmelse af kolonien medlemmer og dissektion af mandlige afkom kønsorganer er beskrevet i V. emeryi.
Uanset reproduktion system ansat, er anvendelsen af indavl krydser ofte vigtige første skridt i enhver undersøgelse af sex bestemmelse systemer i hvepse. I Cardiocondyla obscuriorviser den næsten fuldstændige mangel på diploide hanner efter 10 generationer af fuld-sib parring i laboratoriet f.eks. fravær af CSD locus11. Det er muligt at forudsige antallet af CSD loci fra forholdet mellem hanner produceret i indavl krydser6,12,13.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne artikel viser protokoller, der kan bruges til at fremkalde indavl Kors og evaluere forekomsten af indavl i ant V. emeryi. I forsøgene er genotypebestemmelse af individer bruges til Kors nødvendige for at sikre, at indavl krydser var vellykket. Men effektiviteten af disse passage tests er klart som diploide hanner kan produceres hele året, mens haploide hanner kan kun produceres i efteråret i både feltet og laboratorium6. Sib-parret queens begynde at producere mandlige afkom umi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi vil gerne takke Mr. Taku Shimada, delegeret fra AntRoom, Tokyo, Japan, for at forsyne os med hans fotografi af V. emeryi reproductives. Dette projekt blev finansieret af Japan-samfund til fremme af videnskab (JSP’ER) Research Fellowship for unge forskere (16J00011), og Grant i støtte til unge forskere (B)(16K18626).
Materials
| Plaster powder | N/A | N/A | Any brand can be used |
| Charcoal, Activated, Powder | Wako | 033-02117,037-02115 | |
| Slide glass | N/A | N/A | Any brand can be used |
| Dry Cricket diet | N/A | N/A | Any brand can be used |
| Brown shuger | N/A | N/A | Any brand can be used |
| Styrene Square-Shaped Case | AS ONE | Any size | Size varies by number of ants |
| Incbator | Any brand can be used | ||
| Aluminum block bath Dry thermo unit DTU-1B | TAITEC | 0014035-000 | |
| 1.5mL Hyper Microtube,Clear, Round bottom | WATSON | 131-715CS | |
| Ethanol (99.5) | Wako | 054-07225 | |
| Stereoscopic microscope | N/A | N/A | Any brand can be used |
| Forseps | DUMONT | 0108-5-PO | |
| Chelex 100 sodium form | SIGMA | 11139-85-8 | |
| Phosphate Buffer Saline (PBS) Tablets, pH7.4 | TaKaRa | T9181 | |
| Paraformaldehyde | Wako | 162-16065 | |
| -Cellstain- DAPI solution | Dojindo Molecular Technologies | D523 | |
| VECTASHIELD Hard・Set Mounting Medium with TRITC-Phalloidin | Vector Laboratories | H-1600 | |
| ABI 3100xl Genetic Analyzer | Applied Biosystems | Directly contact the constructor formore informations. | |
| Confocal laser scanning microscope Leica TCS SP8 | Leica | Directly contact the constructor formore informations. | |
| HC PL APO CS2 20x/0.75 IMM | Leica | Directly contact the constructor formore informations. | |
| HC PL APO CS2 63x/1.20 WATER | Leica | Directly contact the constructor formore informations. | |
| Leica HyDTM | Leica | Directly contact the constructor formore informations. | |
| Leica Application Suite X (LAS X) | Leica | Directly contact the constructor formore informations. |
References
- Mable, B. K., Otto, S. P. The evolution of life cycles with haploid and diploid phases. BioEssays. 20 (6), 453-462 (1998).
- Beye, M., Hasselmann, M., Fondrk, M. K., Page, R. E., Omholt, S. W. The gene csd is the primary signal for sexual development in the honeybee and encodes an SR-type protein. Cell. 114 (4), 419-429 (2003).
- Hasselmann, M., et al. Evidence for the evolutionary nascence of a novel sex determination pathway in honeybees. Nature. 454 (7203), 519-522 (2008).
- Nissen, I., Müller, M., Beye, M. The Am-tra2 gene is an essential regulator of female splice regulation at two levels of the sex determination hierarchy of the honeybee. 유전학. 192 (3), 1015-1026 (2012).
- Schmieder, S., Colinet, D., Poirié, M. Tracing back the nascence of a new sex-determination pathway to the ancestor of bees and ants. Nature Communications. 3, 895 (2012).
- Miyakawa, M. O., Mikheyev, A. S. QTL Mapping of Sex Determination Loci Supports an Ancient Pathway in Ants and Honey Bees. PLoS Genetics. 11 (11), (2015).
- Miyakawa, M. O., Tsuchida, K., Miyakawa, H. The doublesex gene integrates multi-locus complementary sex determination signals in the Japanese ant, Vollenhovia emeryi. Insect Biochemistry and Molecular Biology. 94, 42-49 (2018).
- Ohkawara, K., Nakayama, M., Satoh, A., Trindl, A., Heinze, J. Clonal reproduction and genetic caste differences in a queen-polymorphic ant, Vollenhovia emeryi. Biology letters. 2 (3), 359-363 (2006).
- Kobayashi, K., Hasegawa, E., Ohkawara, K. Clonal reproduction by males of the ant Vollenhovia emeryi (Wheeler). Entomological Science. 11 (2), 167-172 (2008).
- Okamoto, M., Kobayashi, K., Hasegawa, E., Ohkawara, K. Sexual and asexual reproduction of queens in a myrmicine ant, Vollenhovia emeryi (Hymenoptera: Formicidae). Myrmecological News. 21, 13-17 (2015).
- Schrempf, A., Aron, S., Heinze, J. Sex determination and inbreeding depression in an ant with regular sib-mating. Heredity. 97 (1), 75-80 (2006).
- De Boer, J. G., Ode, P. J., Rendahl, A. K., Vet, L. E. M., Whitfield, J. B., Heimpel, G. E. Experimental support for Multiple-locus complementary sex determination in the parasitoid Cotesia vestalis. 유전학. 180 (3), 1525-1535 (2008).
- Paladino, L. C., et al. Complementary sex determination in the parasitic wasp Diachasmimorpha longicaudata. PLoS ONE. 10 (3), (2015).
- Kobayashi, K., Hasegawa, E., Ohkawara, K. No gene flow between wing forms and clonal reproduction by males in the long-winged form of the ant Vollenhovia emeryi. Insectes Sociaux. 58 (2), 163-168 (2011).
- Cowan, D. P., Stahlhut, J. K. Functionally reproductive diploid and haploid males in an inbreeding hymenopteran with complementary sex determination. Proceedings of the National Academy of Sciences. 101 (28), 10374-10379 (2004).
- Armitage, S., Boomsma, J., Baer, B. Diploid male production in a leaf-cutting ant. Ecological Entomology. 35 (2), 175-182 (2010).
- Krieger, M. J. B., Ross, K. G., Chang, C. W. Y., Keller, L. Frequency and origin of triploidy in the fire ant Solenopsis invicta. Heredity. 82, 142-150 (1999).
- Seeley, T. D., Mikheyev, A. S. Reproductive decisions by honey bee colonies: Tuning investment in male production in relation to success in energy acquisition. Insectes Sociaux. 50 (2), 134-138 (2003).
- Hölldobler, B., Wilson, E. O. . The Ants. , (1990).
- da Souza, D. J., Marques Ramos Ribeiro, M., Mello, A., Lino-Neto, J., Cotta Dângelo, R. A., Della Lucia, T. M. C. A laboratory observation of nuptial flight and mating behaviour of the parasite ant Acromyrmex ameliae (Hymenoptera: Formicidae). Italian Journal of Zoology. 78 (3), 405-408 (2011).
- Woyke, J. What happens to diploid drone larvae in a honeybee colony. Journal of Apicultural Research. 2 (2), 73-75 (1963).
- Schmidt, A. M., Linksvayer, T. A., Boomsma, J. J., Pedersen, J. S. No benefit in diversity? The effect of genetic variation on survival and disease resistance in a polygynous social insect. Ecological Entomology. 36 (6), 751-759 (2011).
- Schrempf, a., Aron, S., Heinze, J. Sex determination and inbreeding depression in an ant with regular sib-mating. Heredity. 97 (1), 75-80 (2006).
