This video protocol demonstrates a method to study effects of seminal fluid in gastropods, using the hermaphroditic freshwater snail Lymnaea stagnalis.
In intern bemesten dieren wordt zaadvocht meestal toegevoegd aan de spermatozoa, vormen samen het sperma of ejaculaat. Naast voedende en activeren sperma kunnen de componenten in de zaadvloeistof ook invloed vrouwelijke fysiologie bevruchting succes van het sperma donor vergroten. Terwijl veel studies dergelijke effecten in soorten met gescheiden seksen hebben gemeld, hebben weinig studies dit aangepakt gelijktijdig hermafrodiete dieren. Deze video protocol presenteert een methode om effecten van zaadvloeistof in buikpotigen bestuderen, met behulp van een gelijktijdig hermafrodiete zoetwaterslak, de grote vijver Lymnaea stagnalis, als modelorganisme. Terwijl de procedure wordt gegeven met volledige prostaatklier extracten kunnen individuele componenten (dat wil zeggen, eiwitten, peptiden, en andere verbindingen) van de zaadvloeistof getest op dezelfde manier. Effecten van de ontvangst van het ejaculaat componenten op de eileg kan worden gekwantificeerd in termen van frequentie van de eileg ensubtieler schattingen van vrouwelijke reproductieve prestaties zoals ei nummers binnen elk ei massa. Resultaten tonen aan dat zaadvocht eiwitten beïnvloeden vrouwelijke reproductieve output in deze simultaan hermafrodiet, met de nadruk hun belang voor seksuele selectie.
Bij overdracht worden spermatozoa meestal vergezeld van rudimentaire vloeistof geproduceerd door mannelijke accessoire klieren. Terwijl sommige ejaculaat componenten een rol spelen in het voeden en het activeren van sperma 1, anderen te beïnvloeden vrouwelijke fysiologie om bevruchting succes van de spermadonor 2-4 te verhogen. Dergelijke effecten zijn speciaal geselecteerd voor, via seksuele selectie, als een soort is zeer promiscue en heeft efficiënte sperma opslag en sperma spijsvertering. Onder dergelijke omstandigheden, sperma donoren zwaar strijden om de bevruchting van eieren 5. Hoewel er een overvloedige correlationeel bewijs voor het belang van het zaadvocht stoffen voor mannelijke bevruchting succes, direct bewijs is meer zeldzaam en weinig studies hebben zich verdiept in de details van de fysiologische veranderingen en / of stoffen 6.
Bij soorten met gescheiden seksen (dwz, mannetjes en vrouwtjes; gonochorists) zijn er een paar goed onderzocht model species als het gaat om zaadvloeistof samenstelling en hun effecten. Voorbeelden hiervan zijn de fruitvlieg, Drosophila melanogaster 6, de malariamug, Anopheles gambiae 7, en de rode bloem kever, Tribolium castaneum 8. Dergelijke zaadvloeistof studies zijn veel zeldzamer als het gaat om soorten die tegelijkertijd hermafrodiete (dwz individuen functioneel mannelijk en vrouwelijk tegelijk), hoewel deze wijze van voortplanting is gebruikelijk in het dierenrijk 9. De meest opvallende hermafrodiete voorbeeld van de overdracht van een accessoire klier stof is waarschijnlijk het neerschieten van zogenaamde liefde-darts in landslakken 2,10, waar de stof wordt overgebracht door de spermadonor via onderhuidse injectie 11,12, dat wil zeggen, niet samen met de spermatozoa. Maar er zijn veel simultaan hermafrodieten dat mannelijke accessoire klier producten dragen samen met hun sperma,zoals het model soort hier gebruikt, de grote vijver Lymnaea stagnalis. Eerder onderzoek heeft al aangetoond dat de ontvangst van zaadvocht beïnvloedt de vrouwelijke reproductieve output van deze soort 13-15, en een aantal van de betrokken zaadvocht eiwitten geïdentificeerd 16,17.
De algemene doelstelling van dit protocol, dat is een uitbreiding van de methoden vermeld in Koene et al. 16, is aan de gevolgen van zaadvloeistof eiwitten op verschillende parameters van de eileg in buikpotigen testen. Dit wordt bereikt door dissectie van de prostaat (dwz de mannelijke accessoire klier produceert het zaadvocht) van seksueel geïsoleerd donor slakken uit een gestandaardiseerde laboratorium cultuur. Ten tweede wordt het sperma donor vanuit de zaadblaasjes en de verschillende behandelingsmogelijkheden gemaakt. Vervolgens worden testen slakken verdoofd en intravaginally geïnjecteerd met een testoplossing (bijvoorbeeldprostaatklier extract alleen, prostaat-extract met zaadcellen, alleen, vervoerder alleen medium). Deze proef slakken worden vervolgens gecontroleerd op de volgende dagen tot weken, onder normale omstandigheden, tot het leggen van eieren te leggen. Ei massa's worden verzameld, digitaal gescand voor het tellen en meten van diverse parameters, en vervolgens in individuele flesjes voor het uitkomen. Na ongeveer twee weken zijn de jongen geteld en digitaal gescand. Alle scans, zowel ei massa en jongen, worden vervolgens geanalyseerd met een vrij verkrijgbare beeldanalyse softwarepakket.
Voor dit protocol het laboratorium stam van de grote vijver slak, Lymnaea stagnalis, wordt gebruikt, die wordt gekweekt aan de Vrije Universiteit in Amsterdam. Deze soort dient als een modelsysteem voor het onderzoeken van vragen over seksuele selectie en voortplanting bij hermafrodieten. Relatief grote omvang van het dier maakt het experimenteel zeer toegankelijk. Bovendien, omdat het wordt gebruikt als model species in vele biological disciplines weten we al veel over de fundamentele biologie van deze dieren. Deze methode zal helpen om vragen over processen van seksuele selectie die worden gemedieerd via zaadvocht eiwitten in het algemeen te bestuderen. Bovendien, omdat deze simultaan hermafrodieten, is het mogelijk aan te pakken of dergelijke proteïnen zijn in soortgelijke en / of verschillende manieren zoals in soorten waarvoor de geslachten gescheiden 16,17.
De gepresenteerde protocol laat zien hoe zaadvloeistof en hoe dit te testen in een biologisch zinvolle manier te verzamelen. Hoewel deze procedure hier weergegeven met de prostaat extract, kan het effect van een gezuiverd zaadvloeistof eiwit worden getest volgens dezelfde procedure. Uiteraard, in dergelijke tests is het altijd belangrijk om de juiste controles (sham behandelingen) om te garanderen dat de procedure en / of de vervoerder medium hebben geen invloed op de parameters in vragen 14,16. Met deze methode is reeds aangetoond dat er een zaadvloeistof eiwit, namelijk Ovipostatin, dat een vermindering van eierleggende 14,16 bemiddelt. Dit eiwit, geproduceerd in de prostaat en Overdracht paring met de spermatozoa, is de eerste volledig gekarakteriseerde zaadvloeistof component in simultaan hermafrodiet en heeft tot nu toe geen gelijkenis met bekende eiwitten tonen.
De bevinding dat Ovipostatin vermindert ei massaproductie in de ontvanger bevestigt eerdere werk aangeeft dat stoffen in het sperma ei kunnen beïnvloeden leggen 13-15. Door de overdracht van biologisch relevante bedragen (zie 3.2 16), kan men overtuigend aan te tonen dat het een rudimentaire vloeistof eiwit, en niet de aanwezigheid van spermatozoa zelf, dat de waargenomen daling van de eileg (figuur 1) komt tussenbeide. Gezien het feit dat herhaalde ontvangst van zaadvocht via natuurlijke paringen verhoogt de investering per ei 15, wordt het nu zeer relevant voor andere parameters van de eileg kwantificeren. Het gepresenteerde protocol worden nu de vereiste methoden om dit te doen. Hoewel geen effect werd gevonden Ovipostatin op ontluiking succes van de genoemde door de ontvanger 16 eieren, kunnen er andere zaadvloeistof eiwitten die met dit eiwit handelen in concert. Vandaar, parameters die moeten worden gekwantificeerd in deze context – naast leggen frequentie en ei nummers – onder andere ei grootte, hatching tijd, hatchling ontwikkeling en hatchling grootte. Bovendien is het mogelijk om te kijken naar effecten op andere processen dan vrouwelijke leg, zoals sperma opslag en gebruik, alsmede de verdeling van reproductieve middelen naar de vrouwelijke en mannelijke functie 14,17. Het is duidelijk dat de gepresenteerde methode is instrumenteel in het aanpakken van deze follow-vraagstukken, zowel in Lymnaea stagnalis en in andere zoet water slakken.
Kortom, experimenten met dit protocol blijkt dat zaadvocht eiwitten overgebracht invloed op de vrouwelijke reproductieve prestaties van de ontvanger in deze simultaan hermafrodieten. Gezien het feit dat weinig studies dit hebben aangepakt, is het waarschijnlijk veel vaker voor bij intern bevruchten hermafrodieten dan momenteel wordt weerspiegeld in de wetenschappelijke literatuur. Zeker als men zich realiseert dat de pre-copulatory partnerkeuze en sperma concurrentie is aangetoond dat een belangrijke rol spelen in deze hermafrodieten 14, dat highlights het potentieel van zulke mannelijke accessoire klier eiwitten om seksueel worden geselecteerd in dit systeem. Tot slot, dit onderzoek helpt om het ontwikkelen van begrip dat zaadvocht eiwitten zijn van even groot belang voor gelijktijdige hermafrodieten als ze zijn voor de gescheiden-gesekst soorten ondersteunen.
The authors have nothing to disclose.
Wij danken MR Helmus voor de voice-over, CM Popelier, S. Ypenburg en C. Levesque voor technische ondersteuning. Dit onderzoek wordt financieel ondersteund door Nederland Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO), de Koninklijke Nederland Akademie van Wetenschappen (KNAW) en de Japan Student Services Organization (JASSO). Deze publicatie werd ondersteund door een Open Access-subsidie van NWO om JMK.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
fish food flakes | TetraPhyll | ||
stereo microscope | |||
small surgical scissors | WPI | ||
coarse and fine forceps | WPI | ||
10 ml syringe | |||
injection needles (0.3mmx13mm) | |||
50 Mm MgCl2 | |||
5.83 mmol L-1 CaCl2•2H2O | |||
3.76 mmol L-1 MgCl2•6H2O | |||
42.69 mmol L-1 NaCl | |||
37.53 mmol L-1 KCl | |||
Two component Silicon | Sylgard | ||
1 mm syringes | |||
Silicon tubing (diameter 1 mm) | |||
blunted injection needles (0.3mmx13mm) | |||
Tubes | Eppendorff | ||
460-ml perforated containers | |||
metal leaf puncher (19.6 cm2) | |||
spatula/spoon | |||
(laptop) computer | |||
flatbed scanner | |||
millimeter scale | |||
transferring plates | |||
glass tiles | |||
20 ml glass vials |