אינדוקציה והערכה של נישואי קרובים צלבים באמצעות הנמלים, Vollenhovia Emeryi
Summary
ב פרוטוקול זה, שיטות לעריכת נישואין בתוך המשפחה צלבים, להערכת ההצלחה של אלה צלבים, מתוארים על הנמלה Vollenhovia emeryi. פרוטוקולים אלה חשובים עבור ניסויים להבנת בסיס גנטי של סקס נחישות מערכות דבוראים.
Abstract
הרכיבים גנטית ומולקולרית של המפל זוויג נחקרו בהרחבה ב דבורת הדבש, בומבוס, אורגניזם מודל hymenopteran. עם זאת, מעט מאוד ידוע על המנגנונים זוויג נמצאו ב- taxa hymenopteran-דגם אחרים, כגון נמלים. בגלל האופי המורכב של מחזורי החיים שהתפתח במינים hymenopteran, קשה לשמור על התנהלות חוצה ניסיוני בין אורגניזמים אלה במעבדה. כאן, אנו מתארים את השיטות לביצוע הרבעה צלבים, להערכת הצלחת מהצלבים האלה נמלה Vollenhovia emeryi. גרימת נישואי קרובים במעבדה בעזרת נ’ emeryi, הוא פשוט יחסית בגלל הביולוגיה ייחודי של המין האנושי. באופן ספציפי, מין זה מייצר androgenetic זכרים, נקבה reproductives שהפגינו פולימורפיזם כנף, אשר מפשט זיהוי הפנוטיפים של צלבים גנטי. בנוסף, להערכת ההצלחה של נישואי קרובים היא פשוטה כמו גברים יכול להיות מיוצר באופן רציף על ידי הניחוש הראשון שלי צלבים, בעוד גברים נורמליים מופיעים רק בעונת הרבייה מוגדרים היטב בשטח. פרוטוקול שלנו מאפשרים שימוש נ’ emeryi כמודל לחקור את הבסיס הגנטי והמולקולרי של מערכת קביעת מין במין נמלה.
Introduction
Taxa Eusocial Hymenopteran, כגון נמלים, דבורים, התפתחה מערכת זוויג haplodiploid אנשים אשר שאינם משפחתית ולא משפחתית הטרוזיגוטיים על קביעת מין משלימים אחד או יותר לוקוסים (CSD) הופכים נקבות, בעוד אלו שהם הומו – או hemizygous הופכים הזכרים (איור 1א’)1.
רכיבים גנטית ומולקולרית מעורב המפל נחישות סקס נחקרו היטב ב דבורת הדבש, בומבוס,3,42,אורגניזם מודל hymenopteran. חקירות גנומיקה השוואתי האחרונות מראים כי דבורי הדבש ונמלים לשתף homologs בשם רבים במסלול נחישות סקס, כמו הגן נחישות סקס הראשונית, csd5. עם זאת, ראיות של שימור פונקציונלי homologs האלה עדיין חסר נמלים.
כדי לטפל בבעיה זו, נישואי קרובים קווים צריכים להתפתח כפי שהם חיוניים עבור מיפוי גנטי, במחקרים מולקולריים. עם זאת, קשה לשמור על התנהלות חוצה ניסיוני בין אורגניזמים אלה במעבדה בגלל האופי המורכב של מחזורי החיים שהתפתח.
כאן, אנו משתמשים Vollenhovia emeryi כמודל לחקור את הבסיס הגנטי והמולקולרי של מערכת קביעת מין נמלים6,7. הקווים הרבעה של מין זה פותחו בעבר למיפוי הצמדה של תכונה כמותית אתרים כמותיים עבור תכונות הקשורות קביעת מין בפעם הראשונה בנמלים6. בנוסף, המפל זוויג מולקולרית כבר ובדוקים7. מין זה התפתח מערכת רבייה יוצא דופן מעסיקה הן gynogenesis והן androgenesis (איור 1B)8,9. רוב קווינס החדשה של זכרים clonally מופקות מן הגנום אימהי ו אבהית, בהתאמה. בנוסף, העובדים ומלכות מסוימים מיוצרים מינית8. מערכת רבייה זו היא התאימו היטב מחקרים גנטיים כי חוצה הרבעה המיוצר באמצעות מינית המיוצר מלכות זכרים שוות מבחינה גנטית backcross קלאסי. מאז מלכות מינית המיוצר נבדלים מורפולוגית מקווינס המופק הגנום אימהי10 (איור 1B), ביצוע והערכת הרבעה צלבים מתבצע בפשטות רבה יותר בשיטה זו.
במאמר זה, שיטות הקמת מושבות מעבדה לבדיקת המעבר, יישום של הרבעה חוצה שימוש מלא-sib זוגות ולאחר הערכת ההצלחה מהצלבים האלה באמצעות genotyping של חברי המושבה דיסקציה של צאצא זכר איבר המין מתוארים נ’ emeryi.
מערכת רבייה מועסקים היישום של הניחוש הראשון שלי צלבים לעתים קרובות הצעד הראשון חיוניים כל חקירה של סקס נחישות מערכות דבוראים. כך למשל ב- Cardiocondyla obscurior, העדר כמעט מוחלט של זכרים דיפלואידי לאחר 10 דורות של מלא-sib ההזדווגות במעבדה מדגים היעדר CSD לוקוס11. זה אפשרי לחזות את מספר CSD לוקוסים מן היחס בין זכרים מיוצר הרבעה צלבים6,12,13.
Protocol
Representative Results
Discussion
מאמר זה מדגים פרוטוקולים שיכול לשמש זירוז הרבעה צלבים ולהעריך את המופע של נישואי קרובים, הנמלים נ’ emeryi. בניסויים, genotyping של אנשים משמש צלבים יש צורך להבטיח כי נישואי קרובים צלבים היו מוצלחים. עם זאת, האפקטיביות של בדיקות אלה מעבר בולטת בבירור זכרים דיפלואידי יכול להיות מיוצר לאורך כל הש…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים מר. תקו, הנציג של AntRoom, טוקיו, יפן, סיפק לנו את התמונה שלו של נ’ emeryi reproductives. הפרויקט מומן על ידי האגודה יפן עבור המשפחה מחקר של קידום המדע (JSPS) למדענים צעירים (16J00011), מענק סיוע למדענים צעירים (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. Genetics. 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. Genetics. 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).
