Published August 15, 2019
| Version v1
Publication
Open
Accuracy of fruit-fly eclosion rhythms evolves by strengthening circadian gating rather than developmental fine-tuning
- 1. Jawaharlal Nehru Centre for Advanced Scientific Research
- 2. National Institute of Advanced Studies
Description
Fruit flies (Drosophila melanogaster) eclose from their pupae mainly around dawn. The timing of eclosion is thought to confer adaptive benefits to the organisms and thus shows remarkable accuracy. However, it is not clear what factors are involved in the evolution of such accuracy in natural populations. In this study, we examined the relative contributions of gating of eclosion by the circadian clock versus clock-independent developmental rates and light-induced responses in the eclosion phenotype exhibited by fly populations that have evolved greater accuracy in eclosion rhythms compared to controls. We compared variation in timing of transitions between early developmental stages (pupariation and pigmentation), overall development time under constant light conditions - where circadian clocks are dysfunctional - and eclosion profiles when developmental rate was manipulated using different larval densities in selected and control stocks. Our results showed that stocks that have evolved greater accuracy of eclosion rhythms due to artificial selection do not show reduced individual variation in pupariation and pigmentation time compared to controls, though they do exhibit lower variation in eclosion time. Selected stocks also did not show lower variation in eclosion time under constant light conditions in contrast to the greater accuracy seen under light-dark cycles. Moreover, manipulations of developmental rate by varying larval density and inducing eclosion by changing onset of light phase did not alter the eclosion profile of selected stocks as much as it did controls, since selected stocks largely restricted eclosion to the daytime. These results suggest that fly populations selected for greater accuracy have evolved accurate eclosion rhythms primarily by strengthening circadian gating of eclosion rather than due to fine-tuning of clock-independent developmental processes.This article has an associated First Person interview with the first author of the paper.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
ذباب الفاكهة (ذبابة الفاكهة الميلانوجاستر) ينطلق من شرانقها بشكل رئيسي عند الفجر. يُعتقد أن توقيت الارتداد يمنح فوائد تكيفية للكائنات الحية وبالتالي يظهر دقة ملحوظة. ومع ذلك، ليس من الواضح ما هي العوامل التي تشارك في تطور هذه الدقة في التجمعات الطبيعية. في هذه الدراسة، درسنا المساهمات النسبية لبوابة الارتداد بواسطة الساعة البيولوجية مقابل معدلات النمو المستقلة عن الساعة والاستجابات المستحثة بالضوء في النمط الظاهري للارتداد الذي تظهره مجموعات الذباب التي طورت دقة أكبر في إيقاعات الارتداد مقارنة بالضوابط. قارنا التباين في توقيت التحولات بين المراحل التنموية المبكرة (التقرح والتصبغ)، ووقت التطوير الكلي في ظل ظروف الإضاءة الثابتة - حيث تكون الساعات اليوماوية مختلة وظيفياً - وملامح الارتداد عندما تم التلاعب بمعدل النمو باستخدام كثافات اليرقات المختلفة في الأسهم المختارة والسيطرة. أظهرت نتائجنا أن المخزونات التي طورت دقة أكبر لإيقاعات الارتداد بسبب الانتقاء الاصطناعي لا تظهر تباينًا فرديًا منخفضًا في وقت التشرد والتصبغ مقارنةً بالضوابط، على الرغم من أنها تظهر تباينًا أقل في وقت الارتداد. كما لم تُظهر الأسهم المختارة تباينًا أقل في وقت الارتداد في ظل ظروف الإضاءة الثابتة على النقيض من الدقة الأكبر التي شوهدت في ظل دورات الضوء والظلام. علاوة على ذلك، فإن التلاعب في معدل النمو عن طريق تغيير كثافة اليرقات والحث على الارتداد عن طريق تغيير بداية مرحلة الضوء لم يغير ملف الارتداد للأسهم المختارة بقدر ما فعل الضوابط، حيث أن الأسهم المختارة تقيد إلى حد كبير الارتداد إلى النهار. تشير هذه النتائج إلى أن مجموعات الذباب المختارة لمزيد من الدقة قد طورت إيقاعات كسوف دقيقة في المقام الأول من خلال تعزيز التبويب اليومي للكسوف بدلاً من الضبط الدقيق للعمليات التنموية المستقلة على مدار الساعة. تحتوي هذه المقالة على مقابلة شخصية أولى مرتبطة مع المؤلف الأول للورقة.Translated Description (French)
Les mouches des fruits (Drosophila melanogaster) se rapprochent de leurs pupes principalement vers l'aube. On pense que le moment de l'éclosion confère des avantages adaptatifs aux organismes et montre ainsi une précision remarquable. Cependant, il n'est pas clair quels facteurs sont impliqués dans l'évolution d'une telle précision dans les populations naturelles. Dans cette étude, nous avons examiné les contributions relatives du déclenchement de l'éclosion par l'horloge circadienne par rapport aux taux de développement indépendants de l'horloge et aux réponses induites par la lumière dans le phénotype d'éclosion présenté par les populations de mouches qui ont évolué avec une plus grande précision dans les rythmes d'éclosion par rapport aux témoins. Nous avons comparé la variation du moment des transitions entre les premiers stades de développement (pupariation et pigmentation), le temps de développement global dans des conditions de lumière constante - où les horloges circadiennes sont dysfonctionnelles - et les profils d'éclosion lorsque le taux de développement a été manipulé en utilisant différentes densités larvaires dans des stocks sélectionnés et témoins. Nos résultats ont montré que les stocks qui ont évolué avec une plus grande précision des rythmes d'éclosion en raison de la sélection artificielle ne montrent pas de variation individuelle réduite du temps de pupariation et de pigmentation par rapport aux témoins, bien qu'ils présentent une variation plus faible du temps d'éclosion. Les stocks sélectionnés n'ont pas non plus montré de variation plus faible du temps d'éclosion dans des conditions de lumière constante, contrairement à la plus grande précision observée dans des cycles lumière-obscurité. De plus, les manipulations du taux de développement en faisant varier la densité larvaire et en induisant l'éclosion en changeant le début de la phase légère n'ont pas modifié le profil d'éclosion des stocks sélectionnés autant que les contrôles, puisque les stocks sélectionnés ont largement limité l'éclosion à la journée. Ces résultats suggèrent que les populations de mouches sélectionnées pour une plus grande précision ont développé des rythmes d'éclosion précis principalement en renforçant le déclenchement circadien de l'éclosion plutôt qu'en raison de l'ajustement fin des processus de développement indépendants de l'horloge. Cet article comporte une interview à la première personne associée avec le premier auteur de l'article.Translated Description (Spanish)
Las moscas de la fruta (Drosophila melanogaster) eclipsan sus pupas principalmente alrededor del amanecer. Se cree que el momento de la eclosión confiere beneficios adaptativos a los organismos y, por lo tanto, muestra una precisión notable. Sin embargo, no está claro qué factores están involucrados en la evolución de dicha precisión en las poblaciones naturales. En este estudio, examinamos las contribuciones relativas de la activación de la eclosión por el reloj circadiano frente a las tasas de desarrollo independientes del reloj y las respuestas inducidas por la luz en el fenotipo de eclosión exhibido por las poblaciones de moscas que han desarrollado una mayor precisión en los ritmos de eclosión en comparación con los controles. Comparamos la variación en el momento de las transiciones entre las primeras etapas del desarrollo (pupariación y pigmentación), el tiempo de desarrollo general en condiciones de luz constante, donde los relojes circadianos son disfuncionales, y los perfiles de eclosión cuando la tasa de desarrollo se manipuló utilizando diferentes densidades larvarias en poblaciones seleccionadas y de control. Nuestros resultados mostraron que las poblaciones que han desarrollado una mayor precisión de los ritmos de eclosión debido a la selección artificial no muestran una variación individual reducida en el tiempo de pupariación y pigmentación en comparación con los controles, aunque exhiben una menor variación en el tiempo de eclosión. Las existencias seleccionadas tampoco mostraron una menor variación en el tiempo de eclosión en condiciones de luz constante en contraste con la mayor precisión observada en ciclos de luz-oscuridad. Además, las manipulaciones de la tasa de desarrollo al variar la densidad larvaria e inducir la eclosión al cambiar el inicio de la fase ligera no alteraron el perfil de eclosión de las poblaciones seleccionadas tanto como lo hicieron los controles, ya que las poblaciones seleccionadas restringieron en gran medida la eclosión durante el día. Estos resultados sugieren que las poblaciones de moscas seleccionadas para una mayor precisión han desarrollado ritmos de eclosión precisos principalmente mediante el fortalecimiento de la compuerta circadiana de la eclosión en lugar de debido al ajuste fino de los procesos de desarrollo independientes del reloj. Este artículo tiene una entrevista en primera persona asociada con el primer autor del artículo.Files
bio042176.full.pdf.pdf
Files
(93 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
|
93 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تتطور دقة إيقاعات كسوف ذبابة الفاكهة من خلال تقوية البوابات اليومية بدلاً من الضبط الدقيق التنموي
- Translated title (French)
- La précision des rythmes d'éclosion des mouches des fruits évolue en renforçant le blocage circadien plutôt que le réglage fin du développement
- Translated title (Spanish)
- La precisión de los ritmos de eclosión de la mosca de la fruta evoluciona mediante el fortalecimiento de la activación circadiana en lugar del ajuste fino del desarrollo
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2974122635
- DOI
- 10.1242/bio.042176
References
- https://openalex.org/W1253408340
- https://openalex.org/W1590884418
- https://openalex.org/W1605372070
- https://openalex.org/W1615077657
- https://openalex.org/W1926170197
- https://openalex.org/W1970118342
- https://openalex.org/W1971586460
- https://openalex.org/W1975784179
- https://openalex.org/W1979385177
- https://openalex.org/W1985965769
- https://openalex.org/W1986700543
- https://openalex.org/W1987096481
- https://openalex.org/W1988982666
- https://openalex.org/W1995981367
- https://openalex.org/W2001040136
- https://openalex.org/W2003302378
- https://openalex.org/W2010154023
- https://openalex.org/W2010280120
- https://openalex.org/W2010619824
- https://openalex.org/W2012323430
- https://openalex.org/W2024243953
- https://openalex.org/W2024834182
- https://openalex.org/W2031811351
- https://openalex.org/W2034080464
- https://openalex.org/W2043639367
- https://openalex.org/W2057438898
- https://openalex.org/W2070646804
- https://openalex.org/W2079580353
- https://openalex.org/W2085037619
- https://openalex.org/W2102007653
- https://openalex.org/W2102270688
- https://openalex.org/W2105982743
- https://openalex.org/W2112778187
- https://openalex.org/W2114904295
- https://openalex.org/W2122328158
- https://openalex.org/W2123069714
- https://openalex.org/W2138121917
- https://openalex.org/W2142851692
- https://openalex.org/W2159149175
- https://openalex.org/W2164405837
- https://openalex.org/W2187187849
- https://openalex.org/W2290575917
- https://openalex.org/W2493566796
- https://openalex.org/W2618458560
- https://openalex.org/W2769362178
- https://openalex.org/W3112761749
- https://openalex.org/W4236619403
- https://openalex.org/W4251747772