Плоды Morinda citrifolia, также называемые фруктами нони, содержат токсичные кислоты. Тем не менее, этот плод является единственным хозяином плодовых мух Drosophila sechellia, которые не только полностью питаются нони, но и откладывают яйца на плоды. Фото: Анна Шролль
В ходе эволюции животные приспособились к определенным источникам пищи, иногда даже к растениям или фруктам, которые действительно токсичны. Движущие силы таких адаптивных механизмов часто неизвестны. Ученые из Института химической экологии Макса Планка в Йене, Германия, теперь выяснили, почему плодовая муха Drosophila sechellia адаптирована к токсичным плодам дерева моринда.
Самки Drosophila sechellia, откладывающие яйца на эти плоды, несут мутацию в гене, который подавляет яйценоскость. У мух очень низкий уровень l-ДОФА, предшественника гормона дофамина, который контролирует фертильность; Интересно, что большое количество l-ДОФА содержится в плодах моринды. Мухи, которых кормили l-DOPA, могут компенсировать генетический дефицит и значительно повысить репродуктивный успех. Та же мутация гена также способствует устойчивости этих мух к токсичным кислотам, вырабатываемым в фруктах и ??убивающим все другие виды плодовых мух. (eLife, декабрь 2014 г.)
Drosophila sechellia — это вид плодовой мухи, тесно связанный с Drosophila melanogaster. Он является эндемиком Сейшельского архипелага в Индийском океане и специализируется на его единственном хозяине, Morinda citrifolia. Мух очень привлекают плоды дерева моринда: они питаются его плодами, а самки предпочитают откладывать на них яйца.
Контакт со спелыми плодами моринды убивает другие виды дрозофил.Самки мух Drosophila sechellia откладывают меньше яиц, чем другие плодовые мухи. Поэтому выращивать этот вид в лаборатории сложно. Однако, если этим мухам давать плоды моринды или химические вещества из этих плодов, плодовитость у самок значительно возрастает.
София Лависта Льянос, Билл Ханссон и их коллеги из отдела эволюционной нейроэтологии выяснили, почему Drosophila sechellia так зависит от токсичных плодов растения-хозяина. Анализы кормления показали, что самки Drosophila sechellia производят в шесть раз больше яиц, когда их кормят фруктами моринды вместо типичной лабораторной диеты.
Производство яиц у мух контролируется гормоном дофамином. Дефицит дофамина уменьшает размер яичников и количество вырабатываемых яиц.
У Drosophila sechellia ученые обнаружили гораздо более низкие уровни соединения-предшественника, необходимого для биосинтеза дофамина, чем у других видов Drosophila. Этот предшественник дофамина — l-DOPA, химическое вещество, которое используется в качестве психоактивного препарата для лечения болезни Паркинсона.
Если в их рацион добавляется l-ДОФА, самки Drosophila sechellia производят гораздо больше яиц, чем в отсутствие препарата. Такого эффекта не добиться, если в пищу добавить сам дофамин.
Ученые не были слишком удивлены, когда анализы показали, что моринда содержит l-дофа.Генетическое сравнение с другими видами дрозофилы показало, что Drosophila sechellia несет мутацию в гене под названием Catsup. Эта мутация подавляет яйценоскость у самок. «Когда мы мутировали ген Catsup в модельном виде Drosophila melanogaster, мутантные мухи показали те же характеристики, что и Drosophila sechellia: они производили меньше яиц и накапливали фермент, который производит l-DOPA внутри их развивающихся яиц», — объясняет София Лависта Льянос. С другой стороны, мутация Catsup обеспечивает Drosophila sechellia повышенную устойчивость к токсичным кислотам плодов моринды.
У Drosophila sechellia ранняя устойчивость частично достигается за счет того, что мутация Catsup делает мух яйцеживородящими, что означает, что самки откладывают развитые эмбрионы с защитной кожей (кутикулой), которая защищает потомство от токсичной среды растения-хозяина. Мутация Catsup также ответственна за больший размер эмбрионов Drosophila sechellia, которые почти в три раза больше, чем эмбрионы других дрозофилид. Ученые показали, что это увеличивает их выводимость на моринде, вероятно, в результате увеличенной буферной способности эмбрионов.Плодовых мушек обычно привлекает слабый фруктовый запах, но очень концентрированный запах им отталкивает.
Это не относится к Drosophila sechellia: «Как мы показали в более ранних исследованиях, эти мухи проявляют стойкое влечение к чрезвычайно высоким концентрациям запахов моринды, но их не отталкивают», — говорит Билл Ханссон. Ученые показали, что кормление дофамином уязвимых видов плодовых мух помогло им справиться с токсическим действием моринды. Теперь они хотят выяснить, влияет ли дофамин на сильное влечение, которое Drosophila sechellia проявляет к своему единственному хозяину.Ферменты, участвующие в синтезе дофамина, сохраняются за пределами видовых границ у беспозвоночных и позвоночных. «Drosophila sechellia может служить полезной генетической моделью организма для изучения метаболизма дофамина.
Его близкое родство с Drosophila melanogaster является большим преимуществом, поскольку оно обеспечивает более чем 50-летний накопленный опыт», — говорит София Лависта Льянос. Этиология и последствия дефицита дофамина представляют особый интерес для медицинских исследований: дофамин является важным нейромедиатором и контролирует физиологические процессы, в том числе и у людей. Низкий уровень гормона «удовольствия» дофамина приводит к усталости и депрессии.
Пациенты с болезнью Паркинсона также страдают от очень низкого уровня дофамина. Фундаментальные знания о генетических и биохимических процессах, связанных с дефицитом l-DOPA у Drosophila sechellia, также могут способствовать пониманию метаболизма дофамина у людей.