Wolbachia는 생활 단계와 환경 조건에 따라 달라지는 근친 교배 Drosophila melanogaster의 열 선호도에 미묘한 영향을 미칩니다

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13792(2023) 이 기사 인용

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생리학적 수단으로 체온을 조절할 수 없어 행동을 통해 열 환경을 조정해야 하는 외온동물의 경우 온도 변동이 어렵습니다. 그러나 미생물 공생체가 생리학을 조절하여 외온동물의 열 선호도(Tp)에 영향을 미치는지에 대해서는 아직 알려진 바가 거의 없습니다. 최근의 몇몇 연구에서는 Wolbachia 감염이 다양한 Drosophila 종의 숙주 Tp에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 이 데이터는 열 선호도 변화의 방향과 강도가 숙주와 공생체 유전자형에 크게 의존하고 연구마다 매우 다양하다는 것을 나타냅니다. 고도로 통제된 실험을 통해 우리는 성인 Drosophila melanogaster 파리의 Tp 측정에 영향을 미칠 수 있는 습도, 식품 품질, 빛 노출 및 실험 설정을 포함한 여러 환경 요인의 영향을 조사했습니다. 또한 이전에는 수행되지 않았던 다양한 발달 단계에서 Wolbachia 감염이 Drosophila의 Tp에 미치는 영향을 평가했습니다. 우리는 성인의 실험적 변화에 의해 크게 영향을 받지만 청소년 생활 단계에서는 그렇지 않은 숙주 Tp에 대한 Wolbachia의 미묘한 효과만을 발견했습니다. 우리의 심층 분석에 따르면 환경 변화는 행동 연구를 수행하는 데 사용되는 방법 및 장비에 대한 철저한 설명과 함께 신중한 실험 설계와 Tp 측정에 대한 신중한 해석의 필요성을 보여주는 Tp에 상당한 영향을 미칩니다.

온도는 많은 생리학적 과정을 조절하며 모든 유기체의 발달, 생존 및 번식에 직접적인 영향을 미칩니다1,2. 외온동물은 생리학적 수단으로 체온을 조절하는 능력이 부족하며 특히 온도 변화에 영향을 받습니다3. 따라서 그들의 체온 조절은 종종 행동을 통해 매개되므로(Stevenson, 1985), 외온동물은 생존하고 번식하기 위해 최적의 열 조건에 가까운 환경적 틈새를 차지하는 경향이 있습니다. 모든 유기체는 다른 생태적 제약 없이 선택되는 선호 체온 또는 온도 범위인 열 선호도(Tp)를 나타냅니다5. 그러나 Tp의 추정치는 절대적인 것은 아니지만 생태적 요인 및 심지어 공생체와의 상호작용에 의해 크게 영향을 받을 수 있습니다. 예를 들어, 흡열동물은 감염원의 최적 온도 이상으로 체온을 생리학적으로 증가시켜 열이 있는 박테리아 및 바이러스 감염과 싸웁니다. 여러 연구에 따르면 외온동물도 Tp6,7,8,9,10,11을 변경하여 유사한 행동 전략을 사용하는 것으로 나타났습니다. 예를 들어, 귀뚜라미는 병원성 박테리아인 Serratia marcescens에 감염되면 적극적으로 더 높은 온도를 추구하며, 이는 병원성 감염에 대한 반응으로 발열과 유사한 생리적 효과를 나타낼 수 있습니다12. 그러나 반대 행동, 즉 행동 오한도 병원균과 싸우는 메커니즘으로 변온 유기체에 대해 보고되었습니다(예: Drosophila13).

특히 최근 세 가지 연구에서는 박테리아 내공생체인 Wolbachia14,15,16에 감염된 Drosophila melanogaster의 열 행동 변화를 조사했습니다. 이 연구 중 두 건은 Wolbachia 변종에 따라 감염된 파리가 감염되지 않은 개인보다 더 낮은 온도를 선택한다는 것을 발견했습니다14,15. 그러한 행동 반응은 아마도 일반적인 패턴이 아닌 환경 및 실험 조건에 의해 크게 영향을 받을 수 있지만, 이러한 발견은 숙주가 공생체의 최적 생리학적 범위를 벗어난 주변 온도를 선택함으로써 고역가 감염의 해로운 영향을 완화할 수 있음을 시사할 수 있습니다. 그러나 그러한 행동 패턴이 성인에게만 국한된 것인지, 아니면 청소년기에도 나타나는지는 불확실합니다. 성장을 위한 최적의 온도를 찾는 것은 유년기 단계의 주요 교란으로 인해 성충의 생존 및 번식 기회가 심각하게 감소할 수 있기 때문에 매우 중요합니다17. 따라서 숙주의 이 생활 단계에서 열 선호도를 조작하는 것은 숙주 발달 초기에 열 환경을 "설정"함으로써 위험할 수 있지만 미생물 공생체에게는 유익할 수 있습니다. 그러나 우리가 아는 한, Wolbachia가 어린 생활 단계에서 Drosophila Tp에 미치는 영향을 조사한 연구는 아직 없습니다.

0.05; Table S2), which is in stark contrast to substantial Tp differences (2–4 °C) among variants previously described by Truitt et al.14. Thus, despite using a similar design for the thermal gradient device as in Truitt et al.14, we were not able to reproduce the previously obtained results. Keeping the lines in the lab for 4–5 years with high inbreeding prior to the repeated thermal gradient assays might have potentially influenced the results through mutation accumulation, titer reduction or other unknown genetic factors47. Moreover, differences in the environmental conditions during our experiment and the experiments in Truitt et al.14 may strongly confound thermal behavior. For example, the experiments in Truitt et al.14 were neither controlled for light cues nor for the effects of humidity nor ambient temperature variation. While the experiments in Arnold et al.15 were carried out in complete darkness, these assays were also neither controlled for humidity variation nor ambient temperature variation. Such environmental factors may have a strong influence on behavior during experimental assays, which could potentially overwhelm subtle variation in thermal preference./p>