zpravodajství životního prostředí již od roku 1999

Fotoperiodické hodiny hmyzu

17.02.2018
Příroda
Fotoperiodické hodiny hmyzu

Jak se hmyz adaptuje na sezonní změny, jako jsou diapauza neboli zpomalení životních pochodů daného organismu?

Jakými mechanismy měří sezonní délku dne a jak fungují jejich fotoperiodické hodiny na molekulární, anatomické i genetické úrovni? Jaká je geografická variabilita fotoperiodických hodin? Odpovědi na tyto otázky hledá dr. David Doležel, vedoucí laboratoře molekulární chronobiologie Entomologického ústavu Biologického centra AV ČR v Českých Budějovicích.

David Doležel získal na projekt Insect Photoperiodic Timer podporu v podobě prestižního Konsolidačního grantu Evropské výzkumné rady (European Research Council - ERC). Cíle, které si v jeho rámci klade, popisuje následovně: ,,Chceme zjistit, jak funguje měření délky dne/noci u hmyzu. Překvapivě to ještě není známo, a přitom jde o jev, který má ve skutečnosti každý z nás na očích. Jen u nás najdeme tisíce druhů hmyzu, které poměrně přesně poznají konec léta právě podle krátkého dne. Chtěli bychom pochopit, jak toto měření vypadá na molekulární úrovni, které proteiny se jej účastní a kde v mozku se tento aparát nachází. Možná se podaří i zjistit, jak se geneticky liší jedinci pocházející ze severu Evropy od těch, kteří žijí například ve Středomoří."


Ruměnice přespolná (Pyrrhocoris apterus) je ve střední Evropě hojně rozšířeným druhem ploštice - entomologové z Biologického centra AV ČR ji využívají jako modelový organismus pro své výzkumy.

Je experimentálně obtížné získat potřebné poznatky?
Je. Oblíbené genetické modelové organismy jsou shodou okolností výjimečné tím, že nejsou příliš výrazně sezonní. Z toho důvodu je potřeba vybrat druh, který má zajímavou biologii, a potřebné metodické postupy u něj zavést. To se nám zřejmě povedlo. U ploštice Pyrrhocoris apterus dokážeme vypínat geny a nyní je i pozměňovat. Navíc díky práci starších kolegů víme, jak ploštice operovat, a tak hledat, kde fotoperiodické hodiny sídlí anatomicky.


David Doležel z Entomologického ústavu Biologického centra AV ČR

Jakým způsobem je možné ,,vypínat a zapínat" geny - a jak konkrétně ovlivňujete těmito zásahy měření délky dne u hmyzu?
Vypínání je snazší. U ploštice funguje poměrně dobře RNA interference, takže stačí ve zkumavce vyrobit dvouvláknovou RNA odpovídající sekvenci konkrétního transkriptu, tu injikovat do dospělé ploštice a u velké části genů se nám tak daří snížit expresi do té míry, že vidíme nějaký funkční dopad. Takto jsme už nalezli řadu genů, které jsou potřebné pro reprodukci ploštic a snad i měření délky dne. Ale o samotných fotoperiodických hodinách tak vlastně jen říkáme, že jsou rozbité a nefungují. Ke skutečnému pochopení jejich funkce s nimi musíme umět manipulovat lépe. Například ploštice z Čech považují přibližně 16,5 hodiny denního svitu za hraniční. Pokud je den kratší, přestávají se množit a připravují se na přezimování. Až se nám konkrétní genetickou manipulací podaří docílit toho, že dostatečně dlouhý den bude už třeba 14 hodin, tak máme teprve přesvědčivý důkaz, že daný gen je skutečně přímo zapojený ve studovaných hodinách. A takové manipulace jsou mnohem náročnější. Jednak musíme dobře odhadnout co, kde a jak měnit, a pak toho hlavně docílit. První genetické modifikace jsme již získali, tak už jsme nedočkaví, jak budou upravené ploštice reagovat.

Jaké modelové organismy využíváte a proč?
Na výzkum těchto sezonních rytmů máme právě výše uvedenou ploštici P. apterus, což samo o sobě představuje hodně práce: chováme ploštice z mnoha koutů Evropy, mutantní linie a k tomu linie, jimž jsme pozměnili konkrétní geny. Mimoto v laboratoři používáme malé mušky octomilky (Drosophila), ale to je jiný směr výzkumu; v daném případě hledáme, jakým způsobem fungují konkrétní proteiny a vyrábíme velmi specifické mutanty. Naším cílem je samozřejmě pochopit mechanismy, jak dané pochody fungují. Hmyz tak pro nás slouží jako vhodný materiál, kde můžeme hledat; předpokládáme ale, že mnohá zjištění budou do určité míry zobecnitelná i pro další živočichy.



Připravila: Jana Olivová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto: Daniela Procházková, Biologické centrum AV ČR, Tomáš Merta, André Karwath, Wikimedia Commons
Reportáž: Studio OAT

Komentáře k článku. Co si myslí ostatní?

Další články
Chystané akce
Podněty ZmapujTo
Mohlo by vás také zajímat
Naši partneři
Složky životního prostředí