генотип-зависими

  • елементи
  • абстрактно
  • Въведение
  • резултатът
  • Променливи ефекти от диетичните ограничения върху интрогресивните линии
  • Идентифициране на локусите на количествени признаци, свързани с излюпването на майката
  • Естествена вариация сред дивите изолати на C. elegans
  • дискусия
  • методи
  • Изолати C. elegans
  • Доживотни тестове за IL и диви изолати
  • Излюпване на майки в RIL
  • Анализ на данни
  • Повече информация
  • Допълнителна информация
  • Excel файлове
  • Допълнителен набор от данни
  • Допълнителен набор от данни 2
  • Коментари

елементи

  • стареене
  • Еволюционна биология на развитието
  • Количествени свойства

абстрактно

Диетичните ограничения изглежда действат като общ негенетичен механизъм, който може значително да удължи живота. В много системи обаче има случаи, когато ограниченият прием на храна или се съкращава, или не засяга дълголетието. Тук анализираме продължителността на живота и ефекта от ограничаването на храната чрез недостатъчни нива на пептон върху продължителността на живота при диви изолати и интрогресивни линии (нематода Caenorhabditis elegans). Тези анализи идентифицират генетични вариации в продължителността на живота, в резултат на тази промяна в диетата спрямо продължителността на живота, както и в вероятността от излюпване на майката, матрицида. Важно е, че при дивите изолати и IL ние идентифицираме генотипове, при които диетичните ограничения, медиирани от лишаване от пептиди, намаляват жизнеспособността. В рекомбинантни инбредни линии също идентифицирахме място, което засяга излюпването на майката, фенотип, тясно свързан с диетичните ограничения при C. elegans. Тези резултати предполагат, че хранителните ограничения, медиирани от лишаване от пептон, засягат жизнеспособността на C. elegans по генотипно-зависим начин, намалявайки жизнеспособността на някои генотипове. Той може да работи по механизъм, подобен на диетичните ограничения.

Стареенето е универсално явление, при което прогресивните промени в крайна сметка водят до смърт. Продължителността на живота може да бъде повлияна от много фактори, един от които е диетичното ограничение (DR). DR или ограничение на калориите е намаляване на приема на калории без недохранване. Тази генетична намеса може значително да удължи живота на различни видове от дрожди до мишки (напр. 1, 2, 3, 4, вж. 5 за преглед). В много моделни видове DR е доказано, че DR също забавя появата или тежестта на свързаните с възрастта характеристики, свързани със заболявания като диабет, деменция и сърдечно-съдови заболявания 4, 5, 6, 7. Проучванията при примати също предполагат, че DR може да подобри здравето на маймуни резус 8, 9, въпреки че ефектът върху жизнеспособността е по-малко ясен, като едно проучване показва намаляване на смъртността 9, докато другото проучване отчита подобрение на здравето и няма ефект върху жизнеспособност 8. 8. Тъй като ефектът от DR върху жизнеспособността на хората все още е неизвестен, данните от натрупването показват, че DR без недохранване подобрява признаците на стареене (вж. преглед 10). Необходими са повече проучвания, за да се даде възможност за по-добро разбиране на молекулярните процеси, които вероятно ще бъдат включени в индивидуалните генотипно зависими отговори на DR при хората.

Въпреки общия случай на удължаване на жизнеспособността на DR, има примери в дрожди 11, червеи 12, плодови мухи 13, домашни мухи 14, плъхове 15 и мишки 16, 17, 18, където DR или няма ефект, или дори намалява жизнеспособността. Някои от тези отклонения се дължат на различни методологии и тежестта на DR. Например, средиземноморските плодови мухи не показват увеличение на дълголетието с умерен DR и драстично увеличена смъртност, когато нивата на DR достигнат 50% 13. Генетичният фон също е важен фактор. Например не е открит ефект на DR при прясно уловени мишки от див тип, които са били поддържани в режим на удължаване на живота 17. По същия начин, промените в жизнеспособността в отговор на DR варират между рекомбинантни инбредни миши щамове 18, като DR намалява жизнеспособността при повече щамове, отколкото продължителната жизнеспособност. Променливи отговори на DR се наблюдават и при генетично хетерогенна популация от пъпки дрожди (Saccharomyces cerevisiae), като ефектът от DR варира от 103% до 79% между щамовете 11.

Безгръбначните видове осигуряват отличен модел на изследване на стареенето поради относително кратката им продължителност на живот и експерименталната проследимост. Една такава моделна система е нематодът Caenorhabditis elegans. Ефектите на DR върху жизнеспособността при C. elegans са изследвани по няколко метода, включително използването на мутанти (напр. Eat-2), които са дефицитни при изпомпване на фаринкса 19, култура на аксен 20, бактериално разреждане в течни култури 21, разреждане, или пълно отстраняване на пептон. от агарозни плочи 22, използване на бактерии 23, убити от UV лъчение и глад 3, 24. Всички тези експериментални манипулации са успешни при удължаването на живота 25. При C. elegans дълголетието на DR се регулира активно чрез независими и припокриващи се пътища. Тези пътища са еволюционно запазени и включват; цел на рапамицин (TOR) за хронично ограничаване на храната (силни мутанти за хранене-2 и лечение на глад) 26, АМР-активирана протеинкиназа (AMPK) (разреждане на бактериални плочи на средна възраст и разреждане на пептон) 23, сиртуини (лек DR или ядещи мутанти ) 2 със слаб ефект) 27 и инсулин/инсулиноподобен растежен фактор (IGF-1) сигнализиране (периодично хранене) 28 .

В допълнение към ефектите си върху дълголетието, C. elegans реагира на много лоши хранителни условия, като DR, като увеличава степента на излюпване на майките, когато оплодените яйца се излюпват в репродуктивния тракт и полученото потомство се консумира от майката. Излюпването на майките при C. elegans също е свързано със стареенето, като скоростта се увеличава с възрастта през репродуктивния период. Поради това засиленото излюпване на майките в отговор на диетата може да представлява ефект на стрес или нараняване или може да бъде адаптивна родителска реакция на глад 29, 30. Много изследвания за стареене и повечето изследвания на DR при C. elegans предотвратяват излюпването на майката чрез тестване на червеи в присъствието на 5-флуородеоксиуридин (FUdR), лекарство, което инхибира клетъчното делене и предотвратява излюпването на яйца. Това обаче е потенциално проблематично, когато се обмисля промяна в отговор на DR, тъй като е доказано, че FUDR влияе върху жизнеспособността по зависим от генотип 31, 32 начин и взаимодейства със стресовата реакция 33. Генетиката на вариацията на излюпването на майката също е слабо разбрана и въпреки че са идентифицирани малък брой количествени локуси (QTL), които засягат излюпването на майката34, не е известно дали те са свързани с вариации в продължителността на живота.

резултатът

Променливи ефекти от диетичните ограничения върху интрогресивните линии

Идентифициране на локусите на количествени признаци, свързани с излюпването на майката

За да проверим дали е възможно да се комбинира вариация в люпилнята на майката с множество локуси, използвахме RIL, направен от кръстоска между N2 и CB485641. Открихме значителна вариабилност между RIL и престъплението за излюпване на майката (фиг. 1а). Установено е, че един основен QTL за излюпване на майката е приблизително в позицията за интрогресия CB4856 в IL ewIR51 (фиг. 1b; лява ръка CHR. IV), като този QTL обяснява 22,8% вариации в характеристиките. Когато използвахме маркер 66 (на хромозома IV

6M) като пик на този QTL за майчинство, установихме ефект от 5,2%, така че процентът на излюпване на майката беше 10,4% по-висок за алела CB4856, отколкото за алела N2 (фиг. 2). Това потвърждава 10% от майката излюпване на ewIR51. Две допълнителни места, открити в ewIR21 и ewIR40 (таблица 1), не бяха открити в RIL (фиг. 1b), въпреки че те имаха по-голям ефект и увеличиха излюпването на майките почти два пъти в сравнение с ewIR51. Това предполага взаимодействието на тези два локуса с генетичния фон. Следователно приемът от майката вероятно е сложна полигенна черта и генетично балансиран в родителските линии.

а ) Процент на излюпване на майки в N2/CB4856 RIL, CB4856 (синьо) и N2 (червено), това показва трансгресивна сегрегация. Общият брой животни на ред е обозначен с червени цифри по оста x. б ) QTL профил за процента на червеите, умрели от излюпването на майката. Значение (−log10 (p), сини линии), нанесено спрямо позицията на маркера в мега базови двойки (сиви вертикални линии на 0 линии). Имената на хромозомите са изброени над панелите. Стойността на прага (0,05; 1000 пермутации) е обозначена с пунктирана червена линия.

Изображение в пълен размер

Честотата на излюпване на майките RIL, групирани според техния алел върху хромозома IV при

6M базови двойки, CB4856 (синьо) и N2 (червено).

Изображение в пълен размер

Естествена вариация сред дивите изолати на C. elegans

За да проучим дали жизнеспособността, излюпването на майката и ефектът от лишаването от пептон могат да бъдат балансиран избор в природата, ние изучихме тези свойства в 23 диви изолати и N2 (Фигури 3 и 4; Допълнителен набор от данни 2). Забележително е, че лишаването от пептон намалява жизнеспособността на около една трета от дивите изолати в сравнение с N2, като ефектът варира от увеличение на средната жизнеспособност в JU1937 от 4,5 дни до намаляване от 2,8 дни през WN2003 (фиг. 3). От тези резултати можем да заключим, че има генетична вариация в C. elegans за DR-медииран DR-изчерпан пептон и че той не удължава жизнеспособността при всички генотипове. Също така открихме големи разлики в излюпването на майката между дивите изолати, но за разлика от IL, изглежда не е свързано с продължителността на живота или ефекта на изчерпания с DR пептон върху жизнеспособността. Следователно тези резултати вероятно ще отразяват зависимите от генотипа реакции на околната среда.

Средна жизнеспособност, ± SE, при нормални условия (NGM) и (квадрати) пептон. Белите маркирани области показват ефекта на DR върху средния живот. Ефектът на DR върху жизнеспособността също се показва от триъгълниците вляво, горната точка показва положителния ефект на DR и надолу отрицателния ефект на DR. Големите триъгълници показват значителна разлика между NGM и DR.

Изображение в пълен размер

Дивите изолати бяха класирани според степента на излюпване на майките върху NGM. Общият брой на тестваните животни на див изолат и състоянието, показано с червените цифри по оста x.

Изображение в пълен размер

дискусия

В това проучване се фокусирахме върху естествените вариации в продължителността на живота, отговора на диетичните ограничения без пептон и излюпването на майките при C. elegans. В IL идентифицирахме 3 QTL, които засягат жизнеспособността, 3 засягащи отговора на лишаване от пептон и 3 засягащи излюпването на майката. Този анализ потвърждава 3 (ewIR01, ewIR21, ewIR51) от 5-те идентифицирани по-рано QTL жизнеспособност в този панел IL 39. Различията между проучванията вероятно се дължат на разликите между лабораториите или малките популации, използвани в предишни анализи 39. Сглобяването на генома CB4856 предполага, че има много региони с изключително големи разлики между N2 и CB4856 42. Сравнението на местоположението на тези региони с границите на интрогресия в анализираните IL показва, че три от IL (ewIR01, ewIR21, ewIR51) съдържат такива силно разминаващи се региони, но не съдържат ewlR18 и ewlR40. Следователно въздействието върху живота през тези различни региони може да изисква допълнителен анализ.

Също така установихме, че IL реагират по различен начин на лишаването от пептон, като лишаването от пептон удължава живота на два IL, като няма ефект върху другите две IL и намалява живота на петия IL (Таблица 1). Критично ще установим, че лишаването от пептон влияе върху жизнеспособността по специфичен за генотипа начин, така че е вероятно дори леко медиираният DR медииран DR да повлияе на откриването на някои QTL жизнеспособност. Режимът DR с пълно отстраняване на пептон от NGM плаки е избран заради неговия мек ефект на DR22. При тези условия Escherichia coli OP50 не расте на тромбоцити, но не се убива. Въпреки че молекулярните механизми на диетичните интервенции все още са слабо разбрани, известно е, че различните методи на DR действат чрез независими и припокриващи се пътища 25. Например, AMPK сензорно наблюдение с ниска енергия е необходимо, за да удължи живота на разреждащите бактерии и пептони върху плаки NGM 25. .

Три IL, при които лишаването от пептон не успява да удължи жизнеспособността, показват повишено излюпване на майката и в двата режима на хранене, като значително увеличение се наблюдава в отговор на лишаването от пептон. Въпреки че увеличеното излюпване на майката не обяснява пряко отсъствието на отговор на лишаване от пептон, припокриването между QTL предполага, че съществува връзка между отговора на лишаването от пептон и увеличеното излюпване на майката. Това вероятно се дължи на основния фактор, засягащ и двете свойства. Една от възможностите е, че увеличеното излюпване на майката е причинено от реакцията на майката към среда без пептон, водеща до саможертва, за да се позволи развитието на потомството, както предлага 30. В този случай този сценарий изглежда малко вероятен, като се имат предвид разликите между линиите и използваната лека форма на DR. Алтернативно, разликите се дължат на генетична несъвместимост между CB4856 и фоновите N2 34 алели, като тези несъвместимости засягат както излюпването на майката, така и отговора на DR.

Сравнението на излюпването на майката при IL и RIL (Таблица 1 спрямо фиг. 1b) показва, че основният QTL, открит в RIL, се локализира съвместно с един от QTL, открит в IL (ewIR51). Другите две QTL в IL не са намерени в RIL. Това може да се дължи на разлики в експерименталните настройки или на по-сложен фон на RIL в сравнение с IL. Причината може да бъде и балансът на алелите в RIL, които в много комбинации възпрепятстват фенотипа на излюпващите се майки. Това наблюдение отразява наблюдавания модел на вариация на характеристиките, идентифициран при предишното сравнение на IL и RIL в C. elegans 34, като анализът на IL разкрива повече локуси, засягащи особеността, отколкото наблюдаваните в RIL. Това може да означава, че наблюдаваните ефекти, по-специално наблюдаваното намаляване на жизнеспособността в отговор на лишаване от пептон, наблюдавано при ewIR40, се дължат на несъвместимост между алелите CB4856 и генетичния фон N2.

Повечето проучвания върху C. elegans са извършени с използване на един каноничен щам на Бристол (N2) като референтен генотип. Щамът N2 се поддържа в непрекъсната култура за около 13 години преди замразяване, подлагайки го на много различни условия, отколкото в дивата природа 44, 45. Следователно е вероятно той да се адаптира до голяма степен към лабораторните условия 44, 46 и по този начин гените, влияещи върху дълголетието и DR реакцията, могат да бъдат засегнати. Напоследък в изследванията на C. elegans се обръща повече внимание на сравнението на N2 с естествени диви изолати 35, 36, 37, 45, 47. Тъй като генетичните вариации могат значително да повлияят на отговора на DR, медииран от лишаване от пептид, е необходимо да се разгледа отблизо прясно получените диви изолати, за да се получи по-реалистична картина на ефектите от DR и да се намерят естествени полиморфни алели, участващи в отговора на Д-Р Д-Р Това също подчертава необходимостта проучванията да се извършват като цяло в различни генетични условия.

методи

Изолати на C. elegans

Използваните червеи са N2 (Бристол), N2/CB4856 ILs ewIR1, ewIR18, ewIR21, ewIR40 и ewIR51 39, N2/CB4856 RIL 40, 41, 48, 49, 50, 51 и диви изолати 36 (дарени от MA Felix JK) . Избраните IL съдържат пет от шестте предварително идентифицирани QTL с потенциален скъсяващ живот на алела CB4856 39. Допълнителната QTL жизнеспособност, идентифицирана в тези IL 39, не е тествана отново, тъй като QTL регионът съдържа npr-1. Тъй като колебанията между N2 и CB4856 засягат много характеристики на C. elegans, много от които са медиирани от поведенчески ефекти върху наличността на храна 52, 53, този QTL не е анализиран в това проучване. Всички линии се поддържат при 20 ° C на стандартна среда за растеж на нематоди (NGM) с Escherichia coli OP50 като източник на храна 54 .

Доживотни тестове за IL и диви изолати

Излюпване на майки в RIL

За да се определи люпилнята на майката в RIL, 40 синхронизирани червея бяха наблюдавани за RIL 1 седмица след етапа L4 и броят на майчините люпилни се записваше ежедневно.

Анализ на данни

Жизнеспособността на IL се анализира, използвайки криви на преживяемост на Kaplan-Meier със значимост, определена чрез анализ на log-rank в статистическия софтуер на Minitab® (Mintab Ltd., Coventry). QTL картографиране на процента излюпване на майката към RIL се извършва с помощта на модел на един маркер 34. Данните се архивират във формат WormQTL (//www.wormqtl.org) 56, 57, 58 .

Повече информация

Как да цитирам тази статия: Stastna, JJ et al. Зависими от генотипа ефекти върху оцеляването при пептони, лишени от Caenorhabditis elegans. Sci. Представител. 5, 16259; doi: 10, 1038/srep16259 (2015).

Допълнителна информация

Excel файлове

Допълнителен набор от данни

Допълнителен набор от данни 2

Коментари

Изпращайки коментар, вие се съгласявате да спазвате нашите Общи условия и насоки на общността. Ако откриете нещо обидно или несъвместимо с нашите условия или насоки, означете го като неподходящо.