С сокращением светового дня многие животные готовятся к зиме, приостанавливая размножение. Насекомые, например, накапливают запасы энергии, приостанавливая развитие яичников в процессе, известном как репродуктивная диапауза.
В недавнем исследовании, опубликованном в The Journal of Experimental Biology, учёные из Университета Осаки обнаружили ключевой нейроэндокринный путь, лежащий в основе этого сезонного сдвига у клопа-долгоносика Riptortus pedestris. Они определили, что нейропептид коразонин является молекулярным сигналом, который подавляет размножение в ответ на изменение продолжительности дня.
Фотопериодическая диапауза
Фотопериодическая диапауза позволяет насекомым предвидеть неблагоприятные сезоны и заранее корректировать свою физиологию. Хотя репродуктивная диапауза явно запускается изменением продолжительности дня, механизм передачи информации от мозга к репродуктивной системе оставался в значительной степени неясным.
Предыдущие исследования R. pedestris показали, что фотопериодическая информация сначала поступает через сложные глаза, затем передаётся в зрительные дольки — конкретно в переднюю область медуллы, где расположены клетки, экспрессирующие основной белок циркадных часов PERIOD и пигмент-диспергирующий фактор (PDF). Эта область считается центром обработки фотопериодических сигналов.
Кроме того, уровни глутамата в мозге регулируются в зависимости от фотопериода, и парс-латералис протоцеребрума участвует в регуляции репродуктивной диапаузы. Однако нейронный путь, связывающий эти фотопериодически связанные области мозга с нейросекреторными клетками, ответственными за индукцию диапаузы, и задействованные сигнальные молекулы оставались неизвестными.
Чтобы ответить на этот вопрос, исследовательская группа, в которую входили специально назначенный доцент Джили Си, лектор Ёситака Хаманака и профессор Сакико Шига, исследовала R. pedestris — вид, высокочувствительный к фотопериоду. Самки, подвергшиеся воздействию условий короткого дня (например, 12 часов света/12 часов темноты), впадают в репродуктивную диапаузу и прекращают яйцекладку, тогда как самки в условиях длинного дня продолжают развитие яичников.
Роль коразонина
Комбинируя интерференцию РНК (RNAi), нейроанатомическое картирование и анализ тканеспецифической экспрессии генов, исследователи обнаружили, что коразонин, продуцируемый в нейронах парс-латералис, играет роль в опосредовании фотопериодической диапаузы.
«Мы обнаружили, что нейропептид коразонин играет подавляющую роль в размножении в условиях короткого дня», — объясняет Си. «Когда экспрессия коразонина была подавлена с помощью RNAi, самки, подвергшиеся воздействию условий короткого дня, развивали зрелые яичники и откладывали яйца, эффективно минуя диапаузу. Нейроны, продуцирующие коразонин, посылают волокна к комплексу сердечного тельца – аллюту, который служит нейрогемальным местом высвобождения».
«Хотя волокна коразонина проходят через эту область, его рецептор там не экспрессируется. Вместо этого рецепторы локализуются в периферических тканях, таких как жировое тело и яичники, что указывает на то, что коразонин действует непосредственно на эти органы, а не через традиционный гормональный каскад», — добавляют исследователи.
Интересно, что команда также обнаружила, что нейроны, экспрессирующие коразонин, анатомически связаны с нейронами, экспрессирующими PDF. Это открытие предполагает, что сезонные фотопериодические сигналы могут передаваться от цепи нейронов PERIOD и PDF к репродуктивной системе через сигнальные пути коразонина.
Благодаря этой работе Си и её коллеги успешно нанесли на карту нейроэндокринный путь, связывающий сезонную продолжительность дня с подавлением репродуктивной функции в мозге R. pedestris. Они предполагают, что сокращение продолжительности дня стимулирует выработку коразонина в мозге, который затем высвобождается в гемолимфу, способствуя накоплению жира и подавлению развития яичников — адаптации, подготавливающей насекомых к зиме.
Эти результаты проливают свет на нейронные и гормональные механизмы, лежащие в основе фотопериодической репродуктивной диапаузы, и подчёркивают подавляющую роль коразонина в контроле сезонного размножения. Они также предоставляют потенциальную молекулярную мишень для разработки экологически чистых стратегий борьбы с вредителями.
Предоставлено
[Университет Осаки](https://www.osaka-u.ac.jp/en)