Μελέτη της γονιδιακής έκφρασης στη συμβιωτική σχέση Wolbachia-Drosophila

Abstract

Wolbachia are obligative intracellular bacteria that infect a great number of species of two invertebrate phyla and nematode worms. The relationship between the bacteria and the host can range from parasitism to mutualism. The most common effects of the infection with Wolbachia are those of reproductive parasitism, which is the manipulation of the host reproduction to the benefit of the bacteria. Despite the fact that the phenotypes are well characterized the underlying molecular mechanisms are not known. A number of Wolbachia strains which infect Drosophila, can induce cytoplasmic incompatibility, which is expressed as embryo mortality in crosses of infected males to uninfected females. Bacterial ANK genes, encoding for ankyrin homology domain proteins, have been suggested as candidates for involvement in CI and/or other aspects of the interaction. In order to identify genes, which are involved in the crosstalk between the bacteria and the host, this study, focused on two main points. Firstly, the genome-wide study of Drosophila gene expression in a number of tissues and stages in the presence of Wolbachia, and secondly the study of Wolbachia ANK gene expression and ANK protein localization in a number of symbiotic associations. The main findings of this study are a) Wolbachia do not affect host gene expression to a detectable level in whole animals and tissues, b) ANK genes WD0438 and WD1213 from the wMel Wolbachia strain are regulated in a tissue-specific way in D. melanogaster and in D. simulans and c) the regulation of the above genes does not seem to be correlated with the expression of cytoplasmic incompatibility.

Τα βακτήρια Wolbachia είναι υποχρεωτικά ενδοκυττάρια βακτήρια που απαντώνται ευρέως σε είδη δύο φύλων ασπονδύλων, τα αρθρόποδα και τους νηματώδεις. Οι σχέσεις που έχουν αναπτύξει τα βακτήρια αυτά με τους ξενιστές τους, καλύπτουν όλο το φάσμα τον συμβιωτικών σχέσεων, από τον παρασιτισμό εις βάρος του ξενιστή, μέχρι την υποχρεωτική σχέση αμοιβαιότητας όπου αμφότεροι οι οργανισμοί βρίσκονται σε απόλυτη ανάγκη παρουσίας του άλλου. Οι πιο διαδεδομένες επιπτώσεις της μόλυνσης με Wolbachia απαντώνται στα αρθρόποδα και είναι αυτές του αναπαραγωγικού παρασιτισμού, της χειραγώγησης δηλαδή της αναπαραγωγής του ξενιστή προς όφελος του παρασίτου. Αν και οι φαινότυποι αυτοί είναι καλά χαρακτηρισμένοι, οι μοριακοι μηχανισμοί που τους ελέγχουν παραμένουν άγνωστοι. Στην Drosophila απαντώνται στελέχη Wolbachia που επαγουν κυτταροπλασματική ασυμβατότητα, θνησιμότητα δηλαδή εμβρύων που προκύπτουν από την διαστάυρωση μολυσμένων αρσενικών με μη μολυσμένα θηλυκά. Υποψήφια βακτηριακα γονίδια για συμμετοχή, τόσο στην επαγωγή κυτταροπλασματικής ασυμβατότητας, όσο και γενικότερων φαινομένων της συμβίωσης είναι αυτά που κωδικοποιούν για πρωτεΐνες με περιοχές ομολογίας αγκυρίνης (ΑΝΚ). Προκειμένου να ανιχνευθούν γονίδια που πιθανώς εμπλέκονται στην αλληλεπίδραση των δύο οργανισμών, αυτή η μελέτη επικεντρώθηκε σε δύο σημεία. Πρώτον, γονιδιωματική ανάλυση της έκφρασης των γονιδίων της Drosophila melanogaster παρουσία και απουσία Wolbachia και, δεύτερον, σύγκριση της έκφρασης και μελέτη του εντοπισμού των ΑΝΚ γονιδίων της Wolbachia σε διαφορετικούς συμβιωτικούς συσχετισμούς. Τα κύρια ευρήματα της μελέτης αυτής είναι α) η μόλυνση με Wolbachia δεν φαίνεται να επηρεάζει την έκφραση των γονιδίων του ξενιστή, σε κλίμακα τουλάχιστον τέτοια ώστε να είναι ανιχνέυσιμη η διαφορά σε ολόκληρα άτομα ή ιστούς, β) τα γονίδια ΑΝΚ WD0438 και WD1213 του στελέχους wMel ρυθμίζονται ιστοειδικά τόσο στη D. melanogaster όσο και στη D. simulans και γ) η ρύθμιση αυτή δεν φαίνεται να σχετίζεται άμεσα με την έκφραση της κυτταροπλασματικής ασυμβατότητας.