Открытие: пептид подавляет размножение насекомых зимой

С наступлением короткого светового дня многие животные начинают подготовку к зиме, прекращая размножение. Например, насекомые накапливают энергию и останавливают развитие яичников – это явление называется репродуктивная диапауза. В исследовании, опубликованном в The Journal of Experimental Biology, учёные из Университета Осаки выявили ключевой нейроэндокринный механизм, лежащий в основе этого сезонного сдвига у бобовой мухи Riptortus pedestris, в ходе исследования было установлено, что нейропептид коразонин выполняет роль молекулярного сигнала, контролирующего размножение и зависящего от продолжительности светового дня.

Фотопериодическая диапауза позволяет насекомым прогнозировать наступление неблагоприятного времени года и заблаговременно вносить изменения в свою физиологию. Несмотря на то, что репродуктивная диапауза определяется продолжительностью светового дня, механизм передачи этой информации от мозга к репродуктивной системе остаётся невыясненным.

Предыдущие исследования демонстрировали, что информация о фотопериоде изначально воспринимается фасеточными глазами и затем передается в зрительные доли. В частности, она поступает в переднюю область мозгового вещества, где находятся клетки, экспрессирующие основные белки циркадных ритмов, такие как PERIOD, и пигмент-диспергирующий фактор. Считается, что эта область является центром обработки фотопериодических сигналов.

Фотопериод влияет на уровень глутамата в мозге, а латеральный отдел протоцеребральной области участвует в контроле репродуктивной диапаузы. Однако нервные связи между областями мозга, формирующими фотопериодические часы, и нейросекреторными клетками, отвечающими за начало диапаузы, а также сигнальные молекулы, участвующие в этом процессе, пока не идентифицированы.

Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи провели исследование R. pedestris, этот вид демонстрирует высокую зависимость от фотопериода. Самки, содержащиеся при коротком световом дне (12 часов освещения и 12 часов темноты), прекращают репродуктивную активность и не откладывают яйца. В противоположность этому, самки, подвергающиеся воздействию продолжительного светового дня, продолжают созревание яичников.

Используя методы РНК-интерференции, нейроанатомического картирования и анализа экспрессии генов, специфичных для тканей, ученые установили, что коразонин, синтезируемый нейронами латеральной области, играет значительную роль в фотопериодической диапаузе.

«По словам Си, нейропептид коразонин способен подавлять репродуктивную функцию при сокращении светового дня. При использовании РНК-интерференции для снижения экспрессии коразонина, у самок, подвергшихся воздействию короткого светового дня, формировались зрелые яичники и наблюдалась кладка яиц, что свидетельствует о преодолении диапаузы. Нейроны, синтезирующие коразонин, формируют отростки, направляющиеся к комплексу нейрогемального высвобождения. Несмотря на то, что волокна, содержащие коразонин, проходят через эту область, рецептор к нему там отсутствует. Вместо этого рецепторы локализуются в периферических тканях, включая жировую ткань и яичники, что позволяет предположить, что коразонин оказывает непосредственное воздействие на эти органы, минуя обычный гормональный каскад.

Изучение показало, что нейроны, содержащие коразонин, имеют анатомические связи с нейронами, регулирующими фотопериодизм. Полученные данные позволяют предположить, что фотопериодические сигналы, зависящие от сезона, могут передаваться от нейронов, отвечающих за фотопериодизм, к репродуктивной системе посредством коразонина.

В процессе исследования ученые выявили нейроэндокринный путь, посредством которого продолжительность светового дня влияет на подавление репродуктивной функции в мозге R. pedestris. Ученые полагают, что уменьшение светового дня провоцирует выработку коразонина в мозге. Данное вещество попадает в гемолимфу, что приводит к накоплению жира и подавлению развития яичников. Это адаптационный механизм, позволяющий насекомым подготовиться к зимовке.

Полученные данные позволяют лучше понять нейронные и гормональные процессы, определяющие сезонные колебания репродуктивной функции, акцентируют внимание на ключевой роли коразонина в регуляции сезонной репродукции и указывают на возможную молекулярную мишень для создания безопасных методов контроля над вредителями.

[Фото: wirestock / Freepik.com]