< Terug naar vorige pagina

Project

Regulation of ecdysteroid biosynthesis and signalling in the desert locust, Schistocerca gregaria.

De woestijnsprinkhaan, Schistocerca gregaria, is berucht om de allesverwoestende plagen die het kan vormen in Noord-Afrika, Zuidwest Azië en het Midden-Oosten. Meestal komt deze sprinkhaan voor in een relatief onschadelijke vorm, die we de solitaire fase noemen. Onder de geschikte omstandigheden kunnen woestijnsprinkhanen echter een fasetransitie ondergaan naar de gregaire fase, waarin ze dan zwermen vormen die aanleiding kunnen geven tot plagen. Doordat sprinkhanen per dag hun lichaamsgewicht aan voeding consumeren, vormen ze een grote bedreiging voor de landbouw in de getroffen regio’s. De tot nu toe meest gebruikte methode om deze plagen te bestrijden, namelijk het uitsproeien van aspecifieke chemische insecticiden, heeft echter nadelige gevolgen voor niet-doelwit organismen, zoals de mens, en zijn omgeving. Daarom is er nood aan meer specifieke bestrijdingsmethoden om sprinkhanenplagen te bestrijden.

Dat insecten zo succesvol zijn hebben ze onder meer te danken aan hun hard exoskelet of cuticula. Ondanks dat dit rigide exoskelet hen beschermt, belemmert het ook hun groei. Opdat insecten dus in volume zouden kunnen toenemen, moeten ze regelmatig vervellen. Dit betekent dat ze een nieuwe cuticula aanmaken onder de oude, die ze dan vervolgens afwerpen. Falen van de vervelling gaat meestal gepaard met sterfte, waardoor dit proces een goed doelwit is voor de ontwikkeling van nieuwe insecticiden. Naast vervelling is voortplanting ook cruciaal in de levenscyclus van insecten. De grote voortplantingssnelheid van sprinkhanen, is een van de redenen waarom sprinkhanenplagen zo moeilijk te bestrijden zijn. Bijgevolg is de voortplanting dus ook een mogelijk doelwitproces voor de bestrijding van deze schadelijke plaagsoort.

In deze thesis hebben we verschillende signaaltransductiewegen onderzocht, die een rol spelen bij de regulatie van vervelling en voortplanting bij S. gregaria. Ecdysteroïden vormen hierbij de rode draad doorheen de verschillende projecten van deze thesis. Ze spelen een belangrijke rol bij verschillende fysiologische processen, zoals ontwikkeling en metamorfose, voortplanting, diapauze en immuniteit. De laatste stappen in de biosynthese van ecdysteroïden worden gekatalyseerd door cytochroom P450 enzymen, die gecodeerd worden door Halloweengenen. Binding van ecdysteroïden aan de ecdyson receptor (EcR) en zijn partner retinoïd-X-receptor/ultraspiracle (RXR/USP) resulteert in transcriptie van verschillende doelwitgenen. Deze responsgenen zijn vaak transcriptiefactoren die op hun beurt leiden tot verschillende fysiologische veranderingen.

Ten eerste hebben we de rol van EcR en RXR in de metamorfose en ontwikkeling van S. gregaria onderzocht. Met behulp van kwantitatieve real-time PCR (qRT-PCR) hebben we het distributieprofiel van SchgrEcR en SchgrRXR, alsook van stroomafwaarts functionerende doelwitgenen in het laatste immatuur stadium onderzocht. Hierbij hebben we een duidelijk verband waargenomen met de ecdysteroïdtiter in de hemolymfe. Met de RNA interferentie (RNAi) techniek hebben we vervolgens het belang van de receptorcomponenten, SchgrEcR en SchgrRXR, voor succesvolle vervelling aangetoond. Sommige nimfen, die vast zaten in het laatste immatuur stadium, bleven lange tijd leven zonder te vervellen naar het adulte stadium. Hiervan bleek 65 % in staat te zijn om dooierproteïnen te synthetiseren en hun oöcyten te laten ontwikkelen, iets wat normaal enkel in het adulte stadium gebeurt. Voorts gaven onze resultaten ook aan dat op het piekmoment van de ecdysteroïdsynthese, een neerregulatie van SchgrEcR/SchgrRXR een effect heeft op de transcriptniveaus van de Halloweengenen Spook, Shadow en Shade.

Ten tweede hebben we de rol onderzocht van ecdysis triggering hormoon (ETH), een sleutelcomponent in de neuropeptiderge regulatie van vervelling. Bij Holometabola zal een piek in de ecdysteroïdtiter een neuropeptiderge cascade activeren die uiteindelijk zal leiden tot vervelling. Wij hebben de ETH precursor geïdentificeerd, alsook de ETH receptor (ETHR) farmacologisch en functioneel gekarakteriseerd bij S. gregaria. Activatie van SchgrETHR door SchgrETH resulteert in vitro in een stijging van zowel Ca2+ als cyclisch AMP. Met qRT-PCR hebben we een distributieprofiel opgesteld van SchgrETH en SchgrETHR. RNAi-gemedieerde neerregulatie van SchgrETH en SchgrETHR resulteerde in letaliteit op het verwachte tijdstip van vervelling van het laatste larvale naar het adulte stadium, wat de cruciale rol van beide in de vervelling aantoont. Uiteindelijk hebben we ook aangetoond dat SchgrETH en SchgrETHR zich in de cascade bevinden die geactiveerd wordt door ecdysteroïden.

Ten derde, hebben we onderzocht wat de rol is van het ecdyson receptorcomplex, SchgrEcR/SchgrRXR, en de Halloweengenen, Spook, Phantom, Disembodied en Shade, in de vrouwelijke reproductiefysiologie van S. gregaria. Met behulp van de RNAi techniek hebben we aangetoond dat zowel de ecdysteroïdsynthese als -signalering cruciaal zijn voor ovulatie en ovipositie.
RNAi-gemedieerde neerregulatie van de Halloweengenen had een negatieve invloed op de ontwikkeling van de ovaria, doordat het interfereerde met de vorming van interfolliculair weefsel. Neerregulatie van het ecdyson receptorcomplex daarentegen resulteerde in het verhinderen van de vorming van het chorion. Voorts hebben we ook een directe of indirecte feedback van ecdysteroïden op de juveniel hormoon biosynthese in de corpora allata aangetoond.

Uiteindelijk hebben we ook de rol van een venus kinase receptor (VKR) in de vrouwelijke reproductiefysiologie van S. gregaria onderzocht. Met qRT-PCR werd het distributieprofiel van deze receptor in adulte vrouwtjes onderzocht. RNAi-gemedieerde neerregulatie van SchgrVKR resulteerde in lagere ecdysteroïdniveaus in de ovaria en kleinere oocyten tijdens het vitellogene stadium.

Datum:1 okt 2012 →  21 jun 2017
Trefwoorden:Schistocerca gregaria, Hormones, Insects, Metamorphosis, Ecdysteroids, Reproduction
Disciplines:Dierkundige biologie, Genetica
Project type:PhD project