‘ + dokument.tittel + ‘

DISKUSJON

vi bestemte her genomstørrelsene på 25 chironomid-arter; disse verdiene var kongruente med genomstørrelsene til de tre artene som tidligere ble rapportert i litteraturen (Petitpierre, 1996; Schmidt-Ott et al ., 2009), som besto av mellom 0,13 OG 0,21 pg DNA. Resultatene av denne studien viste at genomstørrelsene av chironomider var jevnt svært små (Fig. 3, Tabell 1). Den oppnådde gjennomsnittlige c-verdien for Chironomidae-familien er 0,13 + 0.03 PG DNA, som er klart mindre Enn d. melanogaster genom størrelse. Den minste genomstørrelsen blant insekter har blitt registrert i Strepsiptera Caenocholax fenyesi med omtrent 0,11 PG DNA (tilsvarende omtrent 108 Mb), selv Om Den Hessiske fly Mayetiola destructor også ble foreslått å ha en enda mindre genomstørrelse på 0,09 Pg (Johnston et al.( 2004; Gregory, 2014). Her rapporterer vi minst tre arter med mindre genomer enn noe kjent insekt: C. tsushimensis, Diamesa japonica og Hydrobaenus tsukubalatus, med C-verdier på henholdsvis 0,07 pg, 0,08 pg og 0,08 Pg (Tabell 1). Til vår kunnskap, C. tsushimensis (Fig. 1B) kan nå betraktes som å ha den minste genomstørrelsen til et kjent insekt, Med En C-verdi på 0,07 PG DNA, som tilsvarer omtrent 68 Mb. Denne verdien er kongruent med genomstørrelsen Til en beslektet art, Clunio marinus, som ble estimert en gang til 95 Mb og nylig til 87,2 Mb (Kaiser og Heckel, 2012; Tobias S. kaiser, personlig kommunikasjon).

nylig ble genomet Av Antarktis midge, b. antarktis, sekvensert (Kelley et al., 2014). Forfatterne hevdet at genomet størrelsen på denne arten, anslått til 89.5-105 Mb, var den minste blant alle insekter. Imidlertid viser vi her at denne genomstørrelsen består innenfor det normale området av chironomids verdier. Forfatterne foreslo også at den lille genomstørrelsen Til b. antarktis var en tilpasning til ekstremt kaldt miljø. Våre data kan bekrefte denne hypotesen, siden d. japonica, en alpin art fra Underfamilien Diamesinae presenterer også en liten genomstørrelse. En annen relatert Diamesinae, Himalayan midge Diamesa sp. ble faktisk funnet å være aktiv ved temperaturer så lave som -16°C (Kohshima, 1984). Telmatogeton japonicus, som også kan utvikle seg ved svært lave temperaturer (Danks, 1971; Sunose og Fujisawa, 1982), viser imidlertid en relativt stor genomstørrelse sammenlignet med chironomid-familien. En fylogenetisk påvirkning på genomstørrelsen bør tas i betraktning her, siden b. antarktis tilhører Orthocladiinae-underfamilien, som presenterer små genomstørrelser i gjennomsnitt. Arten c. tsushimensis og Hydrobaenus tsukubalatus, som viser de minste genomstørrelsene blant chironomider, tilhører Også Orthocladiinae-underfamilien. Dermed er den lille genomstørrelsen Til B. antarktis kan ganske enkelt utgjøre et forfedre, ikke et resultat av ekstrem kald tilpasning.

P. vanderplanki er den eneste insektarten som er kjent for å oppnå anhydrobiose i en helt dehydrert tilstand (Fig. 1D) og recover etter rehydrering (Hinton, 1951, 1960a; Watanabe, 2006; Cornette og Kikawada, 2011). Vår forskningsgruppe publiserte nylig en komparativ analyse av genomsekvensene av tørketolerant Polypedilum vanderplanki og tørkesensitiv kongenerisk Polypedilum nubifer(Gusev et al ., 2014). Sammenligningen viste at begge artene hadde lignende genomstørrelser, og at bare et begrenset sett av dupliserte genklynger var relatert til anhydrobiose I P. vanderplanki (Gusev et al ., 2014). Genomstørrelsene avledet fra genommontering var 104 Mb For p. vanderplanki og 107 Mb For P. nubifer, og disse verdiene var ikke markant forskjellig fra genomstørrelsene målt for disse artene i den foreliggende studien, som tilsvarte omtrent 98 Mb. P. vanderplanki Og P. nubifer genomer viste en tilsvarende lav andel AV DNA-repetisjoner og bare et lite antall transposable elementer ble funnet, sammenlignet med andre dipteran arter. Denne reduksjonen av andelen transposable elementer ble også observert I Antarktis midge, b. antarktis (Kelley et al., 2014). Den gjennomsnittlige intronlengden ble også betydelig redusert i antarktis midge og i Både P. vanderplanki og P. nubifer også (Gusev et al., 2014). Siden uttørking sensitive Og fryse intolerant P. nubifer deler disse egenskapene med Antarctic midge og anhydrobiotic midge, en lav andel transposable elementer og kort intronlengde kan utgjøre en egenskap som deles av alle chironomider og kan ikke være direkte relatert til toleransen mot ekstreme miljøer, selv om en adaptiv effekt ikke kunne utelukkes.

Hva kan være de adaptive egenskapene som potensielt er forbundet med de små genomstørrelsene blant Chironomidae-familien? Faktisk har flere utviklings-og økologiske faktorer blitt foreslått å korrelere til genomstørrelser. For det første er det funnet en positiv korrelasjon mellom genomstørrelse og kroppsstørrelse i mange taxa, og denne korrelasjonen fremstår som et relativt generelt fenomen (Gregory, 2005). Denne korrelasjonen er også rapportert i mygg (Ferrari og Rai, 1989), men det er ikke alltid klart i andre insekt taxa (Gregory og Hebert, 2003; Ardila-Garcia og Gregory, 2009). Innenfor chironomidene fant vi bare en svak positiv korrelasjon mellom genomstørrelse og kroppsstørrelse (Fig. 4A). Gjennomsnittlig C-verdi for Slekten Chironomus (0,15 pg) var høyere enn for slekten Polypedilum (0,10 pg), og denne forskjellen kan skyldes Den generelt større kroppsstørrelsen Til Chironomus-artene. Den fylogenetiske avstanden mellom begge slekter kan imidlertid også forklare denne forskjellen på genomstørrelser. Følgelig korrigerte vi våre data på slektsnivå med fylogenetisk uavhengig kontrastanalyse (Garland og Adolph, 1994; Garland et al., 2005) og som et resultat viste korrelasjonen mellom genomstørrelse og kroppsstørrelse seg å være ubetydelig (Fig. 4B). Det smale spekteret Av Chironomid genomstørrelser (bare to tredobbelte) og den gjennomsnittlige lille kroppsstørrelsen av disse artene (de fleste ikke overstiger noen få millimeter) gjør sannsynligvis vanskelig å finne noen sammenheng mellom begge trekkene i Chironomidae-familien.

blant insekter ble det foreslått en annen korrelasjon mellom genomstørrelse og utviklingskompleksitet. Mens hemimetabolous insekter, med gradvis nymphal molts bare, viser et bredt spekter av genomstørrelser (C-verdier fra 0,18 til 16.93 pg), holometabolous insekter med deres komplekse metamorfose har C-verdier begrenset innenfor en antatt 2 pg terskel, for de fleste av dem (Gregory, 2002, 2005). Påvirkningen av utviklingskompleksitet på genomstørrelse er her åpenbar fordi holometaboløse insekter gjennomgår intensiv morfologisk remodeling i løpet av den begrensede tiden av metamorfose, og en liten genomstørrelse gir fordeler for å oppnå celledivisjoner med høy hastighet. Chironomids er holometabolous insekter og deres metamorfose er ekstremt rask. Deres puppetrinn kan vare bare en dag, eller til og med bare noen få timer for visse arter(Cranston, 1995c). For Eksempel viser C. tsushimensis en kompleks metamorfose med uttalt seksuell dimorfisme(Fig. 1B).

forholdet mellom genomstørrelse og frekvensen av celledeling påvirker også utviklingshastigheten. For eksempel ble den raske livssyklusen av bladlus foreslått å være relatert til deres små genomstørrelser (Ma et al., 1992). Dermed bør små genomstørrelser utgjøre en fordel for chironomid-arter som utvikler seg raskt i midlertidige miljøer. Chironomids fra slekten Clunio kan utvikle seg til midlertidige tidevannsbassenger og viser også synkronisert fremvekst av de voksne i forhold til månens syklus og under det korte vinduet til lavvann (Kaiser og Heckel, 2012). En høy utviklingsrate bør være nødvendig for å oppnå dette. Merk at små polychaete annelids utvikler seg raskt i lignende interstitielle miljøer viser mindre genomstørrelser enn makrobenthiske arter (Gambi et al., 1997). For antarktiske midger, Som b. antarktis eller eretmoptera murphyi (Lee et al., 2006; Worland, 2010), larvutvikling varer to år, for det meste arrestert i frossen tilstand,men metamorfose og reproduksjon må skje i løpet av den korte sommeren. I dette tilfellet er det nødvendig med en høy utviklingsrate, og Dette kan lettes Av b. antarctica small genome. Dette fenomenet ble illustrert av en studie på angiosperm planter, som viser at arten i stand til å fullføre hele livssyklusen i løpet av den korte Antarktiske sommeren presenterte de minste genomstørrelsene (Bennett et al., 1982). En annen ekstrem, den anhydrobiotiske midge p. vanderplanki er tilpasset ephemeral rock bassenger. Her igjen kan høy utviklingsrate i et midlertidig habitat være knyttet til den lille genomstørrelsen til denne arten. Men Den Australske arten P. tonnoiri, som også er utsatt for uttørking på lignende steinbassenger (Jones, 1975; Adams, 1985; Frouz et al., 2003), viser en relativt stor genomstørrelse for et chironomid (Fig. 3 Og Tabell 1).

Abiotiske påkjenninger er også sannsynlig å påvirke DNA integritet og som en konsekvens, genom størrelse. For eksempel larver Av P. vanderpianki opplever massiv DNA-skade etter anhydrobiose og effektiv DNA-reparasjon skjer i løpet av få dager etter rehydrering (Gusev et al., 2010). I planter ble det funnet en negativ korrelasjon mellom genomstørrelse og strålingstoleranse (Bennett og Leitch, 2005)og mutasjonsraten var også lavere hos arter med mindre genomstørrelse (Abrahamson et al., 1973). Følgelig kan Den lille genomstørrelsen Til p. vanderpianki utgjøre en fordel for å unngå akkumulering av skadelige mutasjoner under DNA-reparasjonshendelsene forbundet med tørkesykluser og rehydrering. Som en marine art er C. tsushimensis også utsatt for høy saltholdighetsspenning, noe som er dødelig for de fleste insektarter. Høy saltholdighet og andre abiotiske påkjenninger er kjent for å generere intracellulære reaktive oksygenarter (ROS), som ble foreslått som en hovedkilde FOR DNA-skade (Franca et al.(2007; Gill Og Tuteja, 2010). Dette kan også være relatert til liten genomstørrelse. Imidlertid viser andre marine og høy saltholdstolerante arter, Som t. japonicus eller Chironomus salinarius ikke genomstørrelser så små Som C. tsushimensis. Syretolerante arter, Som Chironomus sulfurosus, Chironomus acerbiphilus eller Polypedilum tamanigrum (Fig. 1C) kan overleve i varme kilder med en pH så lav som 1,4 (Doi et al., 2004; Tore et al., 2005). Her igjen kunne ingen klar sammenheng mellom toleranse for surt stress og liten genomstørrelse observeres, og fylogenetisk påvirkning virket viktigere, med mindre genomstørrelse for slekten Polypedilum og større genomstørrelser i slekten Chironomus.

for å konkludere, er de små genomstørrelsene observert i chironomider sannsynligvis et resultat av en forfedre reduksjon av antall transposable elementer og av lengden av introner i deres genomstruktur. Blant Chironomidae-familien varierte genomstørrelsene i henhold til fylogeni på underfamilienivå og på slektsnivå. Som utledes fra korrelasjoner i ulike taxa, den lille genomet størrelsen på chironomids teoretisk kunne ha utgjort en preadaptation til ustabile og ekstreme miljøer gjennom høy utviklingsrate og lav mutasjon rate. Vi håper at denne studien vil oppmuntre fremtidige Chironomid genom prosjekter og at komparative genomics innenfor denne taxon vil bidra til å forstå hvordan Chironomid genomer er i samspill med deres miljø.