С наступлением коротких дней многие животные готовятся к приближающейся зиме, приостанавливая размножение. Насекомые, например, накапливают запасы энергии, останавливая развитие яичников в процессе, известном как 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, и определили нейропептид коразонин как молекулярный сигнал, подавляющий размножение в ответ на продолжительность светового дня.
Фотопериодическая диапауза позволяет насекомым предвидеть неблагоприятные времена года и заранее корректировать свою физиологию. Хотя репродуктивная диапауза зависит от продолжительности светового дня, остаётся неясным, как мозг передаёт эту информацию репродуктивной системе.
Более ранние исследования показали, что фотопериодическая информация сначала поступает в фасеточные глаза, а затем передаётся в зрительные доли, а именно в переднюю область мозгового вещества, где расположены клетки, экспрессирующие основной белок циркадных ритмов PERIOD и пигмент-диспергирующий фактор. Эта область считается центром обработки фотопериодических сигналов.
Кроме того, уровень глутамата в мозге регулируется в зависимости от фотопериода, а латеральная часть протоцеребрального отдела участвует в регуляции репродуктивной диапаузы. Однако нервный путь, соединяющий области мозга, связанные с фотопериодическими часами, с нейросекреторными клетками, ответственными за индукцию диапаузы, а также задействованные сигнальные молекулы, остаются неизвестными.
Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи изучили R. pedestris, вид, очень чувствительный к фотопериоду. Самки, живущие в условиях короткого светового дня (12 часов света и 12 часов темноты), впадают в репродуктивную диапаузу и перестают откладывать яйца, в то время как самки, живущие в условиях длинного светового дня, продолжают развитие яичников.
С помощью РНК-интерференции, нейроанатомического картирования и анализа экспрессии тканеспецифичных генов исследователи выяснили, что коразонин, вырабатываемый нейронами латеральной части, играет важную роль в фотопериодической диапаузе.
«Мы обнаружили, что нейропептид коразонин подавляет репродуктивную функцию в условиях короткого светового дня, — объясняет Си. — Когда экспрессия коразонина подавлялась с помощью РНК-интерференции, у самок, подвергавшихся воздействию короткого светового дня, развивались зрелые яичники и они откладывали яйца, обходя диапаузу. Нейроны, вырабатывающие коразонин, посылают волокна к комплексу нейрогемального высвобождения. Хотя волокна коразонина проходят через эту область, его рецептор там не экспрессируется. Вместо этого рецепторы локализуются в периферических тканях, таких как жировая ткань и яичники, что указывает на то, что коразонин воздействует непосредственно на эти органы, а не через традиционный гормональный каскад.
Команда также обнаружила, что нейроны, экспрессирующие коразонин, анатомически связаны с нейронами, отвечающими за фотопериодизм. Это открытие позволяет предположить, что сезонные фотопериодические сигналы могут передаваться от нейронов, отвечающих за фотопериодизм, к репродуктивной системе через коразонин.
В ходе этой работы ученые составили карту нейроэндокринного пути, связывающего сезонную продолжительность светового дня с подавлением репродуктивной функции в мозге R. pedestris. Исследователи предполагают, что сокращение продолжительности светового дня стимулирует выработку коразонина в мозге, который затем попадает в гемолимфу, способствуя накоплению жира и подавляя развитие яичников. Это адаптация, которая готовит насекомых к зиме.
Результаты проливают свет на нейронные и гормональные механизмы, лежащие в основе фотопериодической репродуктивной диапаузы, и подчёркивают подавляющую роль коразонина в контроле сезонной репродукции, а также указывают на потенциальную молекулярную мишень для разработки экологически безопасных стратегий борьбы с вредителями.
[Фото: wirestock / Freepik.com]
