Ten protokół wideo demonstruje metodę badania wpływu płynu nasiennego na ślimaki, przy użyciu hermafrodytycznego ślimaka słodkowodnego Lymnaea stagnalis.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół wideo demonstruje metodę badania wpływu płynu nasiennego na ślimaki, przy użyciu hermafrodytycznego ślimaka słodkowodnego Lymnaea stagnalis.
Podczas wewnętrznego zapładniania zwierząt, płyn nasienny jest zwykle dodawany do plemników, tworząc razem nasienie lub ejakulat. Oprócz odżywiania i aktywacji plemników, składniki płynu nasiennego mogą również wpływać na fizjologię kobiety, zwiększając sukces zapłodnienia dawcy nasienia. Podczas gdy wiele badań wykazało takie efekty u gatunków o różnych płciach, niewiele badań dotyczyło tego u zwierząt hermafrodytycznych jednocześnie. Ten protokół wideo przedstawia metodę badania wpływu płynu nasiennego na ślimaki, wykorzystując jednocześnie hermafrodytycznego ślimaka słodkowodnego, wielkiego ślimaka stawowego Lymnaea stagnalis, jako organizm modelowy. Podczas gdy procedura jest pokazana przy użyciu kompletnych ekstraktów z gruczołu krokowego, poszczególne składniki (tj. białka, peptydy i inne związki) płynu nasiennego można przetestować w ten sam sposób. Wpływ przyjmowania składników ejakulatu na składanie jaj można określić ilościowo pod względem częstotliwości składania jaj i bardziej subtelnych szacunków wydajności reprodukcyjnej samic, takich jak liczba jaj w każdej masie jajowej. Wyniki pokazują, że białka płynu nasiennego wpływają na wydajność reprodukcyjną samic w tym jednoczesnym hermafrodycie, co podkreśla ich znaczenie dla doboru płciowego.
Po przeniesieniu, plemnikom zazwyczaj towarzyszy płyn nasienny wytwarzany przez męskie gruczoły dodatkowe. Podczas gdy niektóre składniki ejakulatu odgrywają rolę w odżywianiu i aktywacji plemników1, inne wpływają na fizjologię kobiety w celu zwiększenia powodzenia zapłodnienia dawcynasienia 2-4. Takie efekty są szczególnie selekcjonowane, poprzez dobór płciowy, gdy gatunek jest bardzo rozwiązły i ma efektywne magazynowanie plemników i trawienie plemników. W takich warunkach dawcy nasienia intensywnie konkurują o zapłodnienie komórek jajowych5. Chociaż istnieje wiele dowodów korelacyjnych na znaczenie substancji płynnych w nasieniu dla powodzenia zapłodnienia u mężczyzn, bezpośrednie dowody są rzadsze i niewiele badań zagłębiło się w szczegóły zmian fizjologicznych i / lub zaangażowanych substancji6.
U gatunków o odrębnej płci (tj. samce i samice; gonochoryści) istnieje kilka dobrze zbadanych gatunków modelowych, jeśli chodzi o skład płynu nasiennego i ich skutki. Przykładami są muszka owocowa Drosophila melanogaster6, komar malarii Anopheles gambiae7 i chrząszcz mączny Tribolium castaneum8. Takie badania płynów nasiennych są znacznie rzadsze, jeśli chodzi o gatunki, które są jednocześnie hermafrodytyczne (tj. osobniki są funkcjonalnie męskie i żeńskie w tym samym czasie), mimo że ten sposób rozmnażania jest powszechny w całym królestwiezwierząt. Najbardziej godnym uwagi hermafrodytycznym przykładem przeniesienia substancji gruczołu dodatkowego jest prawdopodobnie strzelanie do tak zwanych strzałek miłosnych u ślimaków lądowych2,10, gdzie substancja jest przenoszona przez dawcę nasienia poprzez iniekcję podskórną11,12, tj. nie wraz z plemnikami. Istnieje jednak wiele jednoczesnych hermafrodytów, które przenoszą produkty męskich gruczołów akcesoryjnych wraz z plemnikami, takich jak zastosowany tutaj gatunek modelowy, wielki ślimak stawowy Lymnaea stagnalis. Wcześniejsze badania wykazały już, że otrzymanie płynu nasiennego wpływa na wydajność reprodukcyjną samic tego gatunku13-15, a kilka z zaangażowanych białek płynu nasiennego zostało zidentyfikowanych16,17.
Ogólnym celem tego protokołu, który jest rozszerzeniem metod opisanych w Koene et al16, jest przetestowanie wpływu białek płynu nasiennego na różne parametry składania jaj u ślimaków. Osiąga się to poprzez rozwarstwienie gruczołu krokowego (tj. męskiego gruczołu dodatkowego wytwarzającego płyn nasienny) izolowanych płciowo ślimaków dawców ze standaryzowanej hodowli laboratoryjnej. Po drugie, nasienie dawcy jest pobierane z pęcherzyków nasiennych i sporządzane są różne roztwory lecznicze. Następnie ślimaki testowe są znieczulane i wstrzykiwane dopochwowo roztwór testowy (na przykład sam ekstrakt z gruczołu krokowego, ekstrakt z gruczołu krokowego z nasieniem, samo nasienie, samo podłoże nośnikowe). Te testowe ślimaki są następnie monitorowane przez kolejne dni lub tygodnie, w standardowych warunkach, w celu zarejestrowania składania jaj. Masy jajowe są zbierane, skanowane cyfrowo w celu zliczenia i zmierzenia różnych parametrów, a następnie umieszczane w indywidualnych fiolkach do wylęgu. Po około dwóch tygodniach pisklęta są liczone i skanowane cyfrowo. Wszystkie skany, zarówno masy jaj, jak i piskląt, są następnie analizowane za pomocą bezpłatnego pakietu oprogramowania do analizy obrazu.
Do tego protokołu używany jest laboratoryjny szczep wielkiego ślimaka stawowego, Lymnaea stagnalis, który jest hodowany na Uniwersytecie VU w Amsterdamie. Gatunek ten służy jako system modelowy do badania pytań dotyczących doboru płciowego i rozmnażania u hermafrodytów. Stosunkowo duże rozmiary zwierzęcia sprawiają, że doświadczalnie jest ono bardzo dostępne. Ponadto, ponieważ jest używany jako gatunek modelowy w wielu dyscyplinach biologicznych, wiemy już dużo o podstawowej biologii tych zwierząt. Metoda ta pomoże w badaniu pytań dotyczących procesów doboru płciowego, w których pośredniczą białka płynu nasiennego. Ponadto, ponieważ są to jednoczesne hermafrodyty, możliwe jest ustalenie, czy takie białka działają w podobny i/lub różny sposób, jak u gatunków, w których płcie są rozdzielone16,17.
1. Obiekt hodowlany
2. Sekcja
3. Wstrzyknięcie dopochwowe
4. Test biologiczny
5. Mierzenie i liczenie jaj
Rysunek 1 przedstawia procent zwierząt składających jaja po wstrzyknięciu do pochwy substancji kontrolnej (soli fizjologicznej), owipostatyny lub owipostatyny wraz z plemnikami. N = 15 dla każdej grupy badawczej; szczegóły i statystyki znajdują się w pracy Koene et al.16 (Źródło: Rysunek 3 z publikacji Koene et al. 2010, PLoS ONE).

Rycina 1. Wpływ owipostatyny na produkcję mas jajowych u Lymnaea stagnalis. Wykres przedstawia procent zwierząt składających jaja po wewnątrzpochwowych zastrzykach substancji kontrolnej (soli fizjologicznej), owipostatyny lub owipostatyny wraz z plemnikami. N=15 dla każdej grupy; szczegóły i statystyki znajdują się w pracy Koene et al. 2010. Przedruk za zgodą Koene et al. 2010 PLoS ONE 5: e10117.
Przedstawiony protokół pokazuje, w jaki sposób pobrać płyn nasienny i jak to przetestować w sposób biologicznie miarodajny. Chociaż ta procedura jest pokazana przy użyciu ekstraktu z gruczołu krokowego, działanie pojedynczego oczyszczonego białka płynu nasiennego można również przetestować zgodnie z tą samą procedurą. Oczywiście, w takich badaniach zawsze kluczowe jest uwzględnienie odpowiednich kontroli (zabiegów pozorowanych), aby upewnić się, że procedura i/lub podłoże nośne nie wpływają na parametry w pytaniach14,16. Stosując tę metodę, wykazano już, że istnieje pojedyncze białko płynu nasiennego, a mianowicie Jajodatyna, która pośredniczy w zmniejszeniu nieśności jaj14,16. Białko to, wytwarzane w gruczole krokowym i przenoszone podczas krycia wraz z plemnikami, stanowi pierwszy w pełni scharakteryzowany składnik płynu nasiennego w jednoczesnym hermafrodycie i jak dotąd nie wykazuje żadnego podobieństwa do znanych białek.
Odkrycie, że owipostatyna zmniejsza produkcję masy jajowej u biorcy, potwierdza wcześniejsze prace wskazujące, że substancje zawarte w nasieniu mogą wpływać na składanie jaj13-15. Przenosząc biologicznie istotne ilości (patrz 3.216), można przekonująco wykazać, że to białko płynu nasiennego, a nie obecność samych plemników, pośredniczy w obserwowanym zmniejszeniu składania jaj (ryc. 1). Biorąc pod uwagę, że wielokrotne otrzymywanie płynu nasiennego poprzez naturalne kojarzenie zwiększa inwestycję na jajo15, obecnie bardzo istotne staje się ilościowe określenie innych parametrów składania jaj. Przedstawiony protokół przewiduje obecnie niezbędne do tego metody. Chociaż nie stwierdzono wpływu owipostatyny na powodzenie wylęgu jaj złożonych przez biorcę16, mogą istnieć inne białka płynu nasiennego, które działają w zgodzie z tym białkiem. W związku z tym parametry, które należy określić ilościowo w tym kontekście - obok częstotliwości składania jaj i liczby jaj - obejmują wielkość jaj, czas wylęgu, rozwój piskląt i wielkość piskląt. Ponadto możliwe jest przyjrzenie się wpływowi na inne procesy żeńskie niż składanie jaj, takie jak przechowywanie i wykorzystanie nasienia, a także alokacja zasobów rozrodczych w kierunku funkcji żeńskiej i męskiej14,17. Nie ulega wątpliwości, że przedstawiona metoda odgrywa zasadniczą rolę w rozwiązywaniu tych problemów następczych, zarówno w przypadku Lymnaea stagnalis , jak i innych ślimaków słodkowodnych.
Podsumowując, eksperymenty z wykorzystaniem tego protokołu pokazują, że przenoszone białka płynu nasiennego wpływają na wydajność rozrodczą samic biorcy w tych jednoczesnych hermafrodytach. Biorąc pod uwagę, że niewiele badań dotyczyło tego problemu, prawdopodobnie jest to znacznie bardziej powszechne w wewnętrznym zapładnianiu hermafrodytów, niż jest to obecnie odzwierciedlone w literaturze naukowej. Zwłaszcza, gdy zdamy sobie sprawę, że wykazano, iż prekopulacyjny wybór partnera i konkurencja plemników odgrywają ważną rolę w tych hermafrodytach14, co podkreśla potencjał takich męskich białek gruczołów dodatkowych do selekcji płciowej w tym systemie. Wreszcie, badania te pomagają wesprzeć rozwijający się pogląd, że białka płynu nasiennego mają takie samo znaczenie dla jednoczesnych hermafrodytów, jak dla gatunków o różnej płci.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Dziękujemy M.R. Helmusowi za podkład głosowy, C.M. Popelierowi, S. Ypenburgowi i C. Levesque za pomoc techniczną. Badania te są wspierane finansowo przez Holenderską Organizację Badań Naukowych (NWO), Królewską Holenderską Akademię Sztuki i Nauki (KNAW) oraz Japońską Organizację Usług Studenckich (JASSO). Publikacja została wsparta grantem Open Access przyznanym przez NWO dla JMK.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Płatki pokarmowe dla ryb | TetraPhyll | ||
| Mikroskop stereoskopowy | |||
| Małe nożyczki chirurgiczne | WPI | ||
| Kleszcze gruboziarniste i drobne | |||
| 10 ml | |||
| Igły iniekcyjne (0,3 mm x 13 mm) | |||
| 50 mM MgCl2 | |||
| 5,83 mmol/L CaCl2· 2H2O | |||
| 3,76 mmol/L MgCl2· 6H2O | |||
| 42,69 mmol/L NaCl | |||
| 37,53 mmol/L KCl | |||
| Dwuskładnikowe | |||
| Silicon | Sylgard | ||
| Rurka silikonowa (średnica 1 mm) | |||
| igły iniekcyjne (0,3 mm x 13 mm) | |||
| Probówki | Eppendorff | ||
| 460 ml Pojemniki | |||
| Metalowy dziurkacz do liści (19,6 cm2) | |||
| Szpatułka/łyżka | |||
| (Laptop) komputer | |||
| Skaner | |||
| Skala | milimetrowa | ||
| Płytki przenoszące | |||
| Płytki szklane | |||
| Fiolki szklane |