Roluri Arhivarea datelor, Investigații

drojdiile

Departamentul de Afiliere pentru Evoluție Biologică, Facultatea de Biologie, Universitatea de Stat Lomonosov din Moscova, Moscova, Rusia

Roluri Arhivarea datelor, Analiza formală, Metodologie, Scriere - revizuire și editare

Departamentul de Afiliere pentru Evoluție Biologică, Facultatea de Biologie, Universitatea de Stat Lomonosov din Moscova, Moscova, Rusia

Roluri Arhivarea datelor, Investigații, Metodologie, Administrarea proiectelor, Scriere - revizuire și editare

Departamentul de afiliere a biologiei solului, Facultatea de Științe a solului, Universitatea de Stat Lomonosov din Moscova, Moscova, Rusia

Roluri Arhivarea datelor, Investigații

Departamentul de Afiliere pentru Evoluție Biologică, Facultatea de Biologie, Universitatea de Stat Lomonosov din Moscova, Moscova, Rusia

Roluri Arhivarea datelor, Analiza formală, Metodologie

Departamentul de afiliere a biologiei solului, Facultatea de Științe a solului, Universitatea de Stat Lomonosov din Moscova, Moscova, Rusia, G.K. Institutul de Biochimie și Fiziologie al Microorganismelor Skryabin, Academia Rusă de Științe, Pushchino, Rusia

Roluri Conceptualizare, Analiză formală, Achiziționarea de fonduri, Investigație, Metodologie, Administrarea proiectului, Scriere - schiță originală, Scriere - revizuire și editare

Departamentul de Evoluție Biologică, Facultatea de Biologie, Universitatea de Stat Lomonosov din Moscova, Moscova, Rusia, Institutul Paleontologic Borissiak, Academia Rusă de Științe, Moscova, Rusia

  • A. S. Dmitrieva,
  • S. B. Ivnitsky,
  • IA Maksimova,
  • P. L. Panchenko,
  • A. V. Kachalkin,
  • AV Markov

Cifre

Abstract

Citare: Dmitrieva AS, Ivnitsky SB, Maksimova IA, Panchenko PL, Kachalkin AV, Markov AV (2019) Drojdiile afectează toleranța Drosophila melanogaster la substratul alimentar cu concentrație mare de NaCl. PLoS ONE 14 (11): e0224811. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0224811

Editor: Kyung-Jin Min, Universitatea Inha, REPUBLICA COREA

Primit: 7 iulie 2019; Admis: 22 octombrie 2019; Publicat: 6 noiembrie 2019

Disponibilitatea datelor: Toate datele relevante se află în hârtie și în fișierele sale de informații de suport.

Finanțarea: Această lucrare a fost susținută de Fundația Rusă pentru Investigații Fundamentale, subvenția nr. 18-04-00915. Adresa URL a finanțatorului: kias.rfbr.ru/index.php.

Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.

Introducere

Până foarte recent, nu existau aproape nicio dovadă experimentală directă conform căreia creșterea observată a aptitudinii animalelor model în experimentele evolutive poate fi explicată într-o oarecare măsură prin modificări ale microbiomului, mai degrabă decât prin modificări ale macroorganismului în sine. Cu toate acestea, multe fapte sunt compatibile cu această presupunere. De exemplu, experimentele privind „speciația artificială” a afidelor efectuate la mijlocul secolului al XX-lea au arătat că transferul către o altă specie de plantă poate duce la apariția rapidă a izolării parțiale a reproducerii la aceste insecte [11]. În acel moment, acest rezultat neașteptat nu a fost explicat în mod corespunzător. Mai târziu, cu toate acestea, s-au descoperit astfel de simboluri obligatorii de afide precum Buchnera; aceste bacterii asigură afidelor o nutriție adecvată [12, 13]. Este probabil ca adaptarea afidelor la noile plante gazdă, precum și a altor abilități de adaptare (de exemplu, temperatura optimă), depind de evoluția endosimbionților [14]. Mai mult decât atât, unele date experimentale implică faptul că microbiomul poate influența probabil alegerea partenerului, ceea ce, la rândul său, poate facilita dezvoltarea rapidă a izolării comportamentale parțiale [15-17], deși cercetările recente aruncă unele îndoieli cu privire la validitatea acestor concluzii [18, 19] .

Capacitatea D. melanogaster de a se adapta rapid la condiții adverse, inclusiv substraturi alimentare cu concentrații mari de NaCl, face din această specie un obiect adecvat pentru studierea mecanismelor de adaptare. Deși D. melanogaster nu se găsește de obicei pe substraturi cu conținut ridicat de sare în natură, adaptarea acestei specii la hrana sărată sa dovedit a fi un model experimental convenabil [20-27]; în plus, există numeroase specii adaptate la sare în alte familii de Diptera, de exemplu, Ephydridae [28].

Concentrațiile de sare care depășesc 2% sunt un factor negativ pentru melanogasterul de tip D. sălbatic, iar concentrațiile mai mari de 4% pot fi fatale pentru larve și adulți [20, 21]. Cu toate acestea, mai multe experimente de evoluție au demonstrat că liniile de laborator ale D. melanogaster sunt capabile să se adapteze la concentrații de NaCl de până la 6-8% pe parcursul a câteva zeci de generații, având în vedere că concentrația de sare crește treptat [20, 22-27]. Mai mult, toleranța evoluată față de alimentele sărate poate duce la o eficiență reproductivă mai mare a muștelor nu numai pe substratul sărat, ci și pe substratul alimentar standard, favorabil [26]. Aceste rezultate nu contrazic ipoteza că adaptarea muștelor la sare se datorează modificărilor microbiomului. Astfel de modificări pot acționa probabil ca o adaptare la scară largă, crescând simultan capacitatea muștelor pe diferite substraturi alimentare, deși această posibilitate nu a fost încă testată experimental.

În lucrarea actuală, ne-am concentrat asupra posibilului impact al drojdiilor asupra adaptării D. melanogaster la dieta bogată în sare, pentru că am observat că liniile de zbura crescute pe alimentele sărate poartă de obicei mai multe drojdii decât liniile crescute pe alimentele standard. Sunt necesare cercetări suplimentare pentru a evalua și rolul bacteriilor simbiotice.

Studiul actual se bazează pe două constatări anterioare.

În primul rând, am arătat anterior [26] că cele două linii Drosophila (Fs1, Fs2) care au fost crescute pe substratul sărat timp de 11 luni au devenit mai tolerante la alimentele sărate și s-au reprodus pe acest substrat mai eficient decât cele două linii de control (Fn1, Fn2), care au fost crescute pe substratul standard (favorabil). Aceleași patru linii sunt utilizate în studiul actual. Aici arătăm că liniile Fs1, Fs2 sunt încă mai tolerante la sare decât liniile Fn1, Fn2 după trei ani de experiment de evoluție.

De asemenea, încercăm, pentru prima dată, să dezvăluim componente specifice ale microbiomului care influențează fitnessul D. melanogaster expus alimentelor sărate. Arătăm că tulpinile de drojdie izolate din liniile de zbor tolerante la sare (Fs1, Fs2) par să îmbunătățească mai eficient reproducerea D. melanogaster naiv pe alimentele sărate mai eficient decât tulpinile de drojdie izolate din liniile de control (Fn1, Fn2).

Studiul a inclus patru etape (Fig 1):