Индукция и оценки инбридинга кресты с использованием Ant, Vollenhovia Emeryi
Summary
В этом протоколе описаны методы для проведения инбридинга кресты и для оценки успеха этих крестов, для муравей Vollenhovia emeryi. Эти протоколы являются важными для экспериментов, направленных на понимание генетическую основу системы определения пола в перепончатокрылые.
Abstract
Генетические и молекулярные компоненты определения пола Каскад активно изучались в пчелы Apis mellifera, организм hymenopteran модель. Однако мало что известно о механизмах определения пола, в других-модель hymenopteran таксонов, как муравьи. Из-за сложного характера жизненные циклы, которые развивались в hymenopteran видов трудно поддерживать и проводить экспериментальные кресты между этими организмами в лаборатории. Здесь мы описываем методы для проведения инбридинга кресты и для оценки успеха этих кресты в муравей Vollenhovia emeryi. Вызывая инбридинга в лаборатории с использованием V. emeryi, является относительно простым из-за уникальной биологии видов. Конкретно этот вид производит андрогенетическое мужчины, и женский самцами экспонат крыло полиморфизма, который упрощает выявление фенотипы в генетических кресты. Кроме того оценки успеха инбридинга проста, как мужчины могут производиться непрерывно инбридинг кресты, в то время как самцы появляются только в четко определенных репродуктивного сезон в поле. Наш протокол допускает использование V. emeryi как модель для изучения генетические и молекулярные основы системы определения пола в муравьи.
Introduction
Hymenopteran эусоциальных таксонам, как муравьи и пчелы, развивались системы определения пола haplodiploid, в котором люди, которые являются гетерозиготных на один или несколько дополнительных секс определение локусов (КУР) становятся женщины, в то время как те, которые являются гомо – или hemizygous стать мужчины (рис. 1A)1.
Генетические и молекулярные компоненты, участвующие в секс решимость каскадных хорошо изучены в пчелы Apis mellifera,3,2,hymenopteran модели организма4. Недавние исследования в области сравнительной геномики показывают, что муравьи и пчелы разделяют многие предполагаемые гомолог в секс определение пути, такие как первоначальный секс определение гена, кур5. Однако доказательства для функциональных сохранения этих гомолог по-прежнему отсутствует в муравьях.
Для решения этой проблемы, инбридинга линии должны разрабатываться как они имеют важное значение для картирования генетических и молекулярных исследований. Однако это трудно поддерживать и проводить экспериментальные кресты между этими организмами в лаборатории из-за сложного характера жизненные циклы, которые эволюционировали.
Здесь мы используем Vollenhovia emeryi как модель для изучения генетические и молекулярные основы системы определения пола в муравьи6,7. Инбридинг линии этого вида были разработаны ранее для сопоставления связь локусов количественных признаков (QTL) для черты, связанные с определением секс в первый раз в муравьи6. Кроме того Каскад молекулярных определение пола была исследованы7. Этот вид развивалась необычные репродуктивной системы, которая использует гиногенез и андрогенез (рис. 1Б)8,9. Большинство новых Королев и мужчины клонально изготавливаются из материнской и отцовской геномов, соответственно. Кроме того, работники и некоторые Королев производятся сексуально8. Эта система воспроизводства особенно хорошо подходит для генетических исследований, потому что инбридинг кресты, вырабатываемый сексуально производится Квинс и мужчины генетически эквивалентна классической backcross. Так как сексуально производимых Квинс морфологически отличаются от Квинс, производится из материнской геномов10 (рис. 1Б), проведения и оценки инбридинга кресты значительно упрощается с помощью этого метода.
В этой статье, методы для создания лаборатории колоний для пересечения теста, применение инбридинга пересекает используя полный СИБ пар и оценки успеха эти кресты, используя генотипирования членов колонии и рассечение мужского потомства гениталии описаны в V. emeryi.
Независимо от репродуктивной системы используемых применение инбридинг кресты часто является важным первым шагом в любом расследовании секс определение систем в перепончатокрылые. Например, в Cardiocondyla obscurior, почти полное отсутствие диплоидных мужчины после 10 поколений полный СИБ спаривания в лабораторных условиях демонстрирует отсутствие кур Локус11. Это позволяет предсказать количество локусов кур от соотношение самцов, производимых в инбридинга кресты6,12,13.
Protocol
Representative Results
Discussion
Эта статья демонстрирует протоколы, которые могут использоваться для побудить инбридинга кресты и оценить появление инбридинга в муравьев V. emeryi. В экспериментах Генотипирование лиц, используемых для кроссов необходимо обеспечить, что инбридинг кресты были успешными. Однако эффе…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарим г-н Taku Симада, делегат AntRoom, Токио, Япония, за предоставление нам с его фотографией V. emeryi самцами. Этот проект финансировался японского общества для поощрения науки (JSP) исследовательских стипендий для молодых ученых (16J00011) и предоставление помощи для молодых ученых (B)(16K18626).
Materials
| Plaster powder | N/A | N/A | Any brand can be used |
| Charcoal, Activated, Powder | Wako | 033-02117,037-02115 | |
| Slide glass | N/A | N/A | Any brand can be used |
| Dry Cricket diet | N/A | N/A | Any brand can be used |
| Brown shuger | N/A | N/A | Any brand can be used |
| Styrene Square-Shaped Case | AS ONE | Any size | Size varies by number of ants |
| Incbator | Any brand can be used | ||
| Aluminum block bath Dry thermo unit DTU-1B | TAITEC | 0014035-000 | |
| 1.5mL Hyper Microtube,Clear, Round bottom | WATSON | 131-715CS | |
| Ethanol (99.5) | Wako | 054-07225 | |
| Stereoscopic microscope | N/A | N/A | Any brand can be used |
| Forseps | DUMONT | 0108-5-PO | |
| Chelex 100 sodium form | SIGMA | 11139-85-8 | |
| Phosphate Buffer Saline (PBS) Tablets, pH7.4 | TaKaRa | T9181 | |
| Paraformaldehyde | Wako | 162-16065 | |
| -Cellstain- DAPI solution | Dojindo Molecular Technologies | D523 | |
| VECTASHIELD Hard・Set Mounting Medium with TRITC-Phalloidin | Vector Laboratories | H-1600 | |
| ABI 3100xl Genetic Analyzer | Applied Biosystems | Directly contact the constructor formore informations. | |
| Confocal laser scanning microscope Leica TCS SP8 | Leica | Directly contact the constructor formore informations. | |
| HC PL APO CS2 20x/0.75 IMM | Leica | Directly contact the constructor formore informations. | |
| HC PL APO CS2 63x/1.20 WATER | Leica | Directly contact the constructor formore informations. | |
| Leica HyDTM | Leica | Directly contact the constructor formore informations. | |
| Leica Application Suite X (LAS X) | Leica | Directly contact the constructor formore informations. |
References
- Mable, B. K., Otto, S. P. The evolution of life cycles with haploid and diploid phases. BioEssays. 20 (6), 453-462 (1998).
- Beye, M., Hasselmann, M., Fondrk, M. K., Page, R. E., Omholt, S. W. The gene csd is the primary signal for sexual development in the honeybee and encodes an SR-type protein. Cell. 114 (4), 419-429 (2003).
- Hasselmann, M., et al. Evidence for the evolutionary nascence of a novel sex determination pathway in honeybees. Nature. 454 (7203), 519-522 (2008).
- Nissen, I., Müller, M., Beye, M. The Am-tra2 gene is an essential regulator of female splice regulation at two levels of the sex determination hierarchy of the honeybee. Genetics. 192 (3), 1015-1026 (2012).
- Schmieder, S., Colinet, D., Poirié, M. Tracing back the nascence of a new sex-determination pathway to the ancestor of bees and ants. Nature Communications. 3, 895 (2012).
- Miyakawa, M. O., Mikheyev, A. S. QTL Mapping of Sex Determination Loci Supports an Ancient Pathway in Ants and Honey Bees. PLoS Genetics. 11 (11), (2015).
- Miyakawa, M. O., Tsuchida, K., Miyakawa, H. The doublesex gene integrates multi-locus complementary sex determination signals in the Japanese ant, Vollenhovia emeryi. Insect Biochemistry and Molecular Biology. 94, 42-49 (2018).
- Ohkawara, K., Nakayama, M., Satoh, A., Trindl, A., Heinze, J. Clonal reproduction and genetic caste differences in a queen-polymorphic ant, Vollenhovia emeryi. Biology letters. 2 (3), 359-363 (2006).
- Kobayashi, K., Hasegawa, E., Ohkawara, K. Clonal reproduction by males of the ant Vollenhovia emeryi (Wheeler). Entomological Science. 11 (2), 167-172 (2008).
- Okamoto, M., Kobayashi, K., Hasegawa, E., Ohkawara, K. Sexual and asexual reproduction of queens in a myrmicine ant, Vollenhovia emeryi (Hymenoptera: Formicidae). Myrmecological News. 21, 13-17 (2015).
- Schrempf, A., Aron, S., Heinze, J. Sex determination and inbreeding depression in an ant with regular sib-mating. Heredity. 97 (1), 75-80 (2006).
- De Boer, J. G., Ode, P. J., Rendahl, A. K., Vet, L. E. M., Whitfield, J. B., Heimpel, G. E. Experimental support for Multiple-locus complementary sex determination in the parasitoid Cotesia vestalis. Genetics. 180 (3), 1525-1535 (2008).
- Paladino, L. C., et al. Complementary sex determination in the parasitic wasp Diachasmimorpha longicaudata. PLoS ONE. 10 (3), (2015).
- Kobayashi, K., Hasegawa, E., Ohkawara, K. No gene flow between wing forms and clonal reproduction by males in the long-winged form of the ant Vollenhovia emeryi. Insectes Sociaux. 58 (2), 163-168 (2011).
- Cowan, D. P., Stahlhut, J. K. Functionally reproductive diploid and haploid males in an inbreeding hymenopteran with complementary sex determination. Proceedings of the National Academy of Sciences. 101 (28), 10374-10379 (2004).
- Armitage, S., Boomsma, J., Baer, B. Diploid male production in a leaf-cutting ant. Ecological Entomology. 35 (2), 175-182 (2010).
- Krieger, M. J. B., Ross, K. G., Chang, C. W. Y., Keller, L. Frequency and origin of triploidy in the fire ant Solenopsis invicta. Heredity. 82, 142-150 (1999).
- Seeley, T. D., Mikheyev, A. S. Reproductive decisions by honey bee colonies: Tuning investment in male production in relation to success in energy acquisition. Insectes Sociaux. 50 (2), 134-138 (2003).
- Hölldobler, B., Wilson, E. O. . The Ants. , (1990).
- da Souza, D. J., Marques Ramos Ribeiro, M., Mello, A., Lino-Neto, J., Cotta Dângelo, R. A., Della Lucia, T. M. C. A laboratory observation of nuptial flight and mating behaviour of the parasite ant Acromyrmex ameliae (Hymenoptera: Formicidae). Italian Journal of Zoology. 78 (3), 405-408 (2011).
- Woyke, J. What happens to diploid drone larvae in a honeybee colony. Journal of Apicultural Research. 2 (2), 73-75 (1963).
- Schmidt, A. M., Linksvayer, T. A., Boomsma, J. J., Pedersen, J. S. No benefit in diversity? The effect of genetic variation on survival and disease resistance in a polygynous social insect. Ecological Entomology. 36 (6), 751-759 (2011).
- Schrempf, a., Aron, S., Heinze, J. Sex determination and inbreeding depression in an ant with regular sib-mating. Heredity. 97 (1), 75-80 (2006).
