geograficzna pasożyta (nicień owadobójczy, Steinernema feltiae) jako czynniki wpływające na jego infekcyjność względem gospodarza (trojszyk gryzący,

Transkrypt

1 Fluktuacje termiczne środowiska orazzmiennośćzmienność geograficzna pasożyta (nicień owadobójczy, Steinernema feltiae) jako czynniki wpływające na jego infekcyjność względem gospodarza (trojszyk gryzący, Tribolium castaneum) Paulina Kramarz, Marcin Czarnołęski, Dorota Lachowska Cierlik, Anna M. Łabęcka Doradcy: Jan Kozłowski, Łukasz Michalczyk, Ralf Udo Ehlers

2 Parę teoretycznych podstaw projektu Interakcje obserwowane w układach międzygatunkowych: GxE: genotyp x środowisko GpxGg: G genotyo x genotyp GpxGgxE: genotyp x genotyp x środowisko Warunki środowiskowe mają wpływ na fenotyp organizmów, ponieważ mogą one w różnym stopniu działać na genotypy poszczególnych gatunków GxE. Na ekspresję cech danego genotypu działa genotyp drugiego g gatunku oraz środowisko. GpxGgxE przeżywają osobniki wykazujące wyższe dostosowanie w danych warunkach abiotycznych, niż by to wynikało z prostej relacji GpxGg. Interakcje GhxGpxE ma zasadnicze znaczenie dla utrzymywania się zmienności genetycznej w populacjach gatunków w naturalnym środowisku. Stałe a fluktuujące warunki termiczne w układzie pasożyt gospodarz: Krótkotrwała zmiana temperatury o 1 2 stopnie wzrost odporności na infekcję, nawet u osobników wrażliwych na dany gatunek pasożyta, np gorączka behawioralna. Wyższa przeżywalność zainfekowanych osobników w wyższej, suboptymalnej dla pasożytów temperaturze.

3 Parę teoretycznych podstaw projektu Temperature size rule (TSR) zależność wielkości ciała od temperatury otoczenia: Reguła Bergmana dotycząca głównie zwierząt endotermicznych: im dalej na północ lub południe odrównika, tymzwierzęta są większe. TSR podobne, choć nie zawsze, obserwacje dla zwierząt ektotermicznych. Czy wielkość ciała zależy od liczby czy od wielkości komórek? Im większy organizm, tym tempo metabolizmu w przeliczeniu i na jednostkę masy jest niższe im większe komórki, tym tempo metabolizmu danego organizmu powinno być niższe

4 Zależność osiągów (performance) od temperatury: Krzywe osiągów pasożyt gospodarz

5 Gospodarz Tribolium castaneum Trojszyk gryzący, chrząszcz; organizm modelowy o poznanej biologii i genomie. bardzo prosta hodowla przeobrażenie zupełne łatwo rozpoznawalne stadia oraz płeć (szczególnie w stadium poczwarki) kóki krótki cykl życiowy i (około ł miesiąca, i zależy ż do temperatury) dla dorosłych nicienie nie są letalne optymalna temperatura: 30⁰C, zakres w którym się rozmnaża: ⁰C, krytyczne 25 ⁰C i 40 ⁰C

6 Pasożyt Steinernema feltiae Steinernema fli feltiae (Nematoda, Rhabditida) id nicień iińowadobójczy (entomopatogeniczny, EPN), symbioza z bakteriami Xenorhabdus bovienii (Proteobacteria), cały cykl życiowy wewnątrz gospodarza; jedyne stadium wolnożyjące to jednocześnie jd ś stadium tdi infekcyjne larwa dauer (DJ). Gt Gatunek rozdzielnopłciowy, dil ł i płeć ł ć łatwo rozpoznawalna. Gatunek używany w biologicznej ochronie upraw; opracowano: metodykę hodowli, na skalę przemysłową, poza ciałem gospodarza przechowywanie w ciekłym azocie stadiów DJ, dostępna kolekcja szczepów dane na temat filogenezy, również dla bakterii badana odporności na wysychanie, niskie i wysokie temperatury, w tym również eksperymenty selekcyjne wybitnie kosmopolityczny temperatura optymalna: w zależności od miejsca pochodzenia, zakres: ⁰C

7 Steinernema feltiae cykl życiowy dwa do trzech pokoleń, kl ń larwy dauer właściwie ł ś i produkowane cały ł czas endotokia matricida czas od infekcji do zniknięcia gospodarza około 10 dni bakterieprzechowywane w uchyłku jelita, uwalniane po wniknięciu do gospodarza zarówno produkty, jak i same bakterie (powodujące swego rodzaju stan zapalny) stanowią pokarm dla nicieni dany gatunek nicieni posiada tylko jeden gatunek bakterii, ale te mogą żyć w symbiozie z różnymi gatunkami EPN

8 Ogólny plan badań Nicienie: 30 szczepów z różnych regionów geograficznych 10 wyselekcjonowanych szczepów do dalszych badań Wyprowadzenie 100 linii (po 10 z każdego szczepu do dalszych badań). Chrząszcze: ą Szczep laboratoryjny: z niego wyprowadzone 10 linii. Każda z linii będzie powtórzeniem na którym będą badane cechy fenotypowe

9 1. Zróżnicowanie genetyczne i fenotypowe szczepów S. feltiae w gradiencie warunków termicznych na różnych szerokościach geograficznych Cel 1: Określenie pokrewieństwa genetycznego pomiędzy populacjami nicieni. 30 szczepów z różnych regionów geograficznych badania filogenetyczne w oparciu o analizy molekularne wykreślone drzewa filogenetyczne posłużą do wyeliminowania wpływu związanego z filogenetycznym pokrewieństwem Metodyka: Ekstrakcja DNA z pięciu osobników danego szczepu, sekwencjonowanie trzech genów: Mirochondrialne: 12S rdna, oksydaza cytochromowa podjednostka 1 Jądrowy: 28S rdna Analizy: wykreślenie drzew pokrewieństw filogenetycznych dla badanych szczepów. Otrzymana zmienność genetyczna będzie następnie korelowana ze zmiennością fenotypową badaną w kolejnych eksperymentach.

10 1. Zróżnicowanie genetyczne i fenotypowe szczepów S. feltiae w gradiencie warunków termicznych na różnych szerokościach geograficznych Cel 2: Określenie geograficznych klinów rozmiarów ciała i komórek nicieni, a także powiązanie ich z dystansami genetycznymi populacji i warunkami termicznymi na różnych szerokościach geograficznych. badanie wielkości ciała oraz komórek w powiązaniu z warunkami termicznymi środowiska, z którego pochodziły nicienie Badane będą zarówno szczepy wyjściowe, e,jak i wyodrębnione o po wstępnych badaniach. ac Metodyka: Pomiar długości ś ciała ł u larw dauer oraz rozmiarów komórek kepitelium epidermy

11 2. Krzywe osiągów gospodarza i pasożyta Cel 1: Wyznaczenie parametrów krzywych osiągów dla T. castaneum pochodzącego z hodowli podstawowej 10 linii; badana cecha (krzywe osiągów): liczba jajw różnych temperaturach Cel 2: Wyznaczenie parametrów krzywych osiągów dla szczepów S. feltiae z różnych rejonów klimatycznych (zbadanie (bd geograficznego zróżnicowania i krzywych osiągów pasożyta) 100 linii (po 10 z każdego szczepu); badana cecha (krzywe osiągów) : produkcja jaj Cel 3: Analiza związku pomiędzy genetycznie uwarunkowanymi różnicami w krzywych osiągów, rozmiarach ciała oraz komórek S. fletiae w powiązaniu z danymi filogenetycznymi i warunkami termicznymi na różnych szerokościach geograficznych

12 3. Wpływ warunków termicznych na interakcję pasożyt gospodarz Cel: Zbadanie czy negatywny efekt pasożytów na gospodarza zależy od stopnia pokrywania się krzywych osiągów pasożyta i gospodarza oraz od stopnia zmienności warunków termicznych (temperatury stałe w porównaniu z fluktuującymi w czasie). Wybrane zostaną trzy linie genetyczne nicieni.

13 Trzy linie genetyczne nicieni Dwie linie: podobne wartości T0 (T01), ale inne B80 (wąski zakres B801, szeroki B802), Trzecia linia: szeroki zakres B802 oraz T0 (T02) zbliżonym do T0 dla gospodarza (T0h)

14 3. Wpływ warunków termicznych na interakcję pasożyt gospodarzż Zabiegi: Średnia Poziom fluktuacji temperatury (w oparciu o B80) temperatura brak wąski (B80h) średni (B801) szeroki (B802) niska (T01) x x x x średnia d (T02) x x x x wysoka (T0h) x x x x Parametry: infekcyjność/odporność wyrażone jako śmiertelność oraz płodność gospodarza