Induktion och utvärdering av inavel korsar med myran, Vollenhovia Emeryi
Summary
I detta protokoll beskrivs metoder för att bedriva inavel korsar, och för att utvärdera framgången för dessa kors, för myran Vollenhovia emeryi. Dessa protokoll är viktiga för experiment som syftar till att förstå den genetiska grunden för sex beslutsamhet system i Hymenoptera.
Abstract
De genetiska och molekylära komponenterna i sex-bestämning kaskad har studerats i honungsbiet, Apis mellifera, en hymenopteran modellorganism. Lite är känt om de sex-bestämning mekanismerna i andra icke-modell hymenopteran taxa, såsom myror. På grund av den komplicerade karaktären av de livscykler som har utvecklats i hymenopteran arter, är det svårt att upprätthålla och genomföra experimentella korsningar av dessa organismer i laboratoriet. Här beskriver vi metoderna för att bedriva inavel kors och för att utvärdera framgången för dessa kors i ant Vollenhovia emeryi. Inducerande inavel i laboratorium med hjälp av V. emeryi, är relativt enkelt på grund av den unika biologin av arten. Särskilt arten producerar androgen män och kvinnliga reproductives uppvisar wing polymorfism, vilket förenklar identifiering av fenotyperna i genetiska korsar. Utvärdering av framgången hos inavel är dessutom okomplicerad som män kan produceras kontinuerligt av inavel kors, medan normal hannen visas endast under en väldefinierad reproduktiv säsong i fältet. Våra protokoll kan använda V. emeryi som modell för att undersöka den genetiska och molekylära grunden för systemets sex bestämning i ant arter.
Introduction
Eusociala Hymenopteran taxa, såsom myror och bin, har utvecklats en haplodiploid sex-fastställande system i vilka individer som är heterozygota på en eller flera kompletterande kön bestämning (CSD) loci blir honor, medan de som är homo- eller hemizygous bli män (figur 1A)1.
Genetiska och molekylära komponenter inblandade i sex bestämning kaskad har studerats väl hos honungsbiet, Apis mellifera, en hymenopteran modell organism2,3,4. Senaste komparativ genomik undersökningar tyder på att myror och honungsbin delar många förmodad homologs i sex bestämning väg, såsom den första kön bestämning genen, csd5. Dock saknas fortfarande bevis för funktionella bevarande av dessa homologs i myror.
För att lösa detta problem, behöver inavel linjer utvecklas eftersom de är viktiga för genetisk kartläggning och molekylära studier. Det är dock svårt att upprätthålla och genomföra experimentella korsningar av dessa organismer i laboratoriet på grund av den komplicerade karaktären av de livscykler som har utvecklats.
Här, använder vi Vollenhovia emeryi som en modell för att undersöka den genetiska och molekylära grunden för systemets sex bestämning i myror6,7. Inavel raderna av denna art utvecklades tidigare för länkaget kartläggning av kvantitativa loci (QTL) för egenskaper relaterade till sex bestämning för första gången i myror6. Undersökta7har dessutom gjorts av molekylär kön-bestämning kaskad. Denna art har utvecklats en ovanlig reproduktion system som sysselsätter både gynogenesis och androgenesis (figur 1B)8,9. De flesta nya drottningar och hanar är klonalt producerade från mödra- och paternal genomen, respektive. Dessutom, arbetstagare och vissa queens produceras sexuellt8. Denna reproduktion system är särskilt väl lämpade för genetiska studier eftersom inavel korsen produceras med sexuellt produceras queens och män är genetiskt motsvarar en klassisk backcross. Eftersom sexuellt producerade queens skiljer sig morfologiskt från queens produceras från moderns genomen10 (figur 1B), förenklas genomföra och utvärdera inavel korsar betydligt med den här metoden.
I denna artikel, metoderna för upprättande av laboratoriet kolonier för korsning test, korsar tillämpningen av inavel använder full-sib par och utvärdering av framgången hos dessa kors med genotypning av kolonin medlemmar och dissektion av manliga avkommor genitalier beskrivs i V. emeryi.
Oavsett det mångfaldigande som används, är tillämpningen av inavel korsar ofta det viktiga första steget i alla utredningar av sex beslutsamhet system i steklar. Till exempel i Cardiocondyla obscuriorvisar den nästan totala avsaknaden av diploida hanar efter 10 generationer av full-sib parning i laboratoriet avsaknad av CSD locus11. Det är möjligt att förutsäga antalet CSD loci från förhållandet mellan hanar produceras i inavel korsar6,12,13.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denna artikel visar protokoll som kan användas för att inducera inavel kors och utvärdera förekomst av inavel i myran V. emeryi. I experiment är genotypning av de individer som används för kors nödvändigt att säkerställa att inavel kors var framgångsrika. Effektiviteten av dessa korsning tester är dock tydligt som diploida hanar kan produceras under hela året, medan haploida hanar endast kan framställas under hösten i både fältet och på laboratoriet6. SIB-parat queens b…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi tackar Mr Taku Shimada, ombudet av AntRoom, Tokyo, Japan, för att förse oss med sitt fotografi av V. emeryi reproductives. Projektet finansierades av Japan Society för främjande av vetenskap (JSPS) forskning gemenskap för unga forskare (16J00011), och ge stöd för unga forskare (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. |
Referências
- 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. Genética. 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. Genética. 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).
