Host-specific gene expression as a tool for introduction success in<i>Naupactus</i>parthenogenetic weevils
Creators
- 1. Wellesley College
- 2. Fundación Ciencias Exactas y Naturales
- 3. University of Buenos Aires
- 4. Universidad Nacional de La Plata
Description
Abstract Food resource access can mediate establishment success in invasive species, and generalist herbivorous insects are thought to rely on mechanisms of transcriptional plasticity to respond to dietary variation. While asexually reproducing invasives typically have low genetic variation, the twofold reproductive capacity of asexual organisms is a marked advantage for colonization. We studied host-related transcriptional acclimation in parthenogenetic, invasive, and polyphagous weevils: Naupactus cervinus and N. leucoloma . We analyzed patterns of gene expression in three gene categories that can mediate weevil-host plant interactions through identification of suitable host plants, short-term acclimation to host plant defenses, and long-term adaptation to host plant defenses and their pathogens. This approach employed comparative transcriptomic methods to investigate differentially expressed host detection, detoxification, immune defense genes, and pathway-level gene set enrichment. Our results show that weevil gene expression responses can be host plant-specific, and that elements of that response can be transgenerational. Some host plant groups, such as legumes, appear to be more taxing as they elicit a complex gene expression response which is both strong in intensity and specific in identity. However, the weevil response to taxing host plants shares many differentially expressed genes with other stressful situations, such as host plant cultivation conditions and transition to novel host, suggesting that there is an evolutionarily favorable shared gene expression regime for responding to different types of stressful situations. Modulating gene expression in the absence of other avenues for phenotypic adaptation may be an important mechanism of successful colonization for these introduced insects.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
يمكن أن يتوسط الوصول إلى الموارد الغذائية نجاح التأسيس في الأنواع الغازية، ويعتقد أن الحشرات العشبية العامة تعتمد على آليات اللدونة النصية للاستجابة للاختلاف الغذائي. في حين أن التكاثر اللاجنسي عادة ما يكون له اختلاف وراثي منخفض، فإن القدرة الإنجابية المزدوجة للكائنات الحية اللاجنسية هي ميزة ملحوظة للاستعمار. درسنا التأقلم النسخي المرتبط بالمضيف في السوس العذري، والغزوي، والمتعدد الأكلة: Naupactus cervinus و N. leucoloma . قمنا بتحليل أنماط التعبير الجيني في ثلاث فئات جينية يمكنها التوسط في تفاعلات نبات السوس مع مضيفه من خلال تحديد النباتات المضيفة المناسبة، والتأقلم على المدى القصير مع دفاعات النباتات المضيفة، والتكيف على المدى الطويل مع دفاعات النباتات المضيفة ومسببات الأمراض الخاصة بها. استخدم هذا النهج طرق النسخ المقارن للتحقيق في الكشف عن المضيف المعبر عنه بشكل مختلف، وإزالة السموم، وجينات الدفاع المناعي، وإثراء مجموعة الجينات على مستوى المسار. تظهر نتائجنا أن استجابات التعبير الجيني للسوسة يمكن أن تكون خاصة بالنباتات المضيفة، وأن عناصر هذه الاستجابة يمكن أن تكون عابرة للأجيال. يبدو أن بعض مجموعات النباتات المضيفة، مثل البقوليات، أكثر فرضًا للضرائب لأنها تثير استجابة تعبير جيني معقدة قوية في شدتها ومحددة في هويتها. ومع ذلك، فإن استجابة السوسة لفرض ضرائب على النباتات المضيفة تشترك في العديد من الجينات التي يتم التعبير عنها بشكل مختلف مع المواقف العصيبة الأخرى، مثل ظروف زراعة النباتات المضيفة والانتقال إلى مضيف جديد، مما يشير إلى وجود نظام تعبير جيني مشترك مواتٍ من الناحية التطورية للاستجابة لأنواع مختلفة من المواقف العصيبة. قد يكون تعديل التعبير الجيني في غياب طرق أخرى للتكيف الظاهري آلية مهمة للاستعمار الناجح لهذه الحشرات المدخلة.Translated Description (French)
Résumé L'accès aux ressources alimentaires peut médier le succès de l'établissement chez les espèces envahissantes, et on pense que les insectes herbivores généralistes s'appuient sur des mécanismes de plasticité transcriptionnelle pour répondre aux variations alimentaires. Alors que les espèces envahissantes à reproduction asexuée ont généralement une faible variation génétique, la double capacité de reproduction des organismes asexués est un avantage marqué pour la colonisation. Nous avons étudié l'acclimatation transcriptionnelle liée à l'hôte chez les charançons parthénogénétiques, invasifs et polyphages : Naupactus cervinus et N. leucoloma . Nous avons analysé les modèles d'expression génique dans trois catégories de gènes qui peuvent médier les interactions entre le charançon et la plante hôte grâce à l'identification de plantes hôtes appropriées, à l'acclimatation à court terme aux défenses de la plante hôte et à l'adaptation à long terme aux défenses de la plante hôte et à leurs agents pathogènes. Cette approche a utilisé des méthodes transcriptomiques comparatives pour étudier la détection d'hôtes exprimés différemment, la détoxification, les gènes de défense immunitaire et l'enrichissement des ensembles de gènes au niveau de la voie. Nos résultats montrent que les réponses d'expression génique du charançon peuvent être spécifiques à la plante hôte, et que des éléments de cette réponse peuvent être transgénérationnels. Certains groupes de plantes hôtes, tels que les légumineuses, semblent être plus taxants car ils provoquent une réponse d'expression génique complexe qui est à la fois forte en intensité et spécifique en identité. Cependant, la réponse du charançon à la taxation des plantes hôtes partage de nombreux gènes exprimés de manière différentielle avec d'autres situations stressantes, telles que les conditions de culture des plantes hôtes et la transition vers un nouvel hôte, ce qui suggère qu'il existe un régime d'expression génique partagé favorable à l'évolution pour répondre à différents types de situations stressantes. La modulation de l'expression génique en l'absence d'autres voies d'adaptation phénotypique peut être un mécanisme important de colonisation réussie pour ces insectes introduits.Translated Description (Spanish)
Resumen El acceso a los recursos alimentarios puede mediar en el éxito del establecimiento en especies invasoras, y se cree que los insectos herbívoros generalistas dependen de mecanismos de plasticidad transcripcional para responder a la variación dietética. Si bien los invasores que se reproducen asexualmente suelen tener una baja variación genética, la doble capacidad reproductiva de los organismos asexuales es una marcada ventaja para la colonización. Estudiamos la aclimatación transcripcional relacionada con el huésped en gorgojos partenogenéticos, invasivos y polífagos: Naupactus cervinus y N. leucoloma . Analizamos los patrones de expresión génica en tres categorías de genes que pueden mediar las interacciones entre el gorgojo y la planta huésped mediante la identificación de plantas huésped adecuadas, la aclimatación a corto plazo a las defensas de la planta huésped y la adaptación a largo plazo a las defensas de la planta huésped y sus patógenos. Este enfoque empleó métodos transcriptómicos comparativos para investigar la detección del huésped expresado diferencialmente, la desintoxicación, los genes de defensa inmunitaria y el enriquecimiento del conjunto de genes a nivel de la vía. Nuestros resultados muestran que las respuestas de expresión génica del gorgojo pueden ser específicas de la planta huésped, y que los elementos de esa respuesta pueden ser transgeneracionales. Algunos grupos de plantas huésped, como las leguminosas, parecen ser más exigentes, ya que provocan una respuesta de expresión génica compleja que es fuerte en intensidad y específica en identidad. Sin embargo, la respuesta del gorgojo a la imposición de plantas huésped comparte muchos genes expresados diferencialmente con otras situaciones estresantes, como las condiciones de cultivo de la planta huésped y la transición a un nuevo huésped, lo que sugiere que existe un régimen de expresión génica compartida evolutivamente favorable para responder a diferentes tipos de situaciones estresantes. La modulación de la expresión génica en ausencia de otras vías para la adaptación fenotípica puede ser un mecanismo importante de colonización exitosa para estos insectos introducidos.Files
2021.02.23.432442.full.pdf.pdf
Files
(2.0 MB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:8e322276860bab147f5b9d5fcf3e2152
|
2.0 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التعبير الجيني الخاص بالمضيف كأداة للنجاح في إدخال السوس<i> العذري</i> الوراثي Naupactus
- Translated title (French)
- L'expression génique spécifique à l'hôte comme outil pour le succès de l'introduction dans les charançons parthénogénétiques de<i> Naupactus</i>
- Translated title (Spanish)
- Expresión génica específica del huésped como herramienta para el éxito de la introducción en gorgojos partenogenéticos de<i> Naupactus</i>
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3133031706
- DOI
- 10.1101/2021.02.23.432442
References
- https://openalex.org/W1523584765
- https://openalex.org/W1523825534
- https://openalex.org/W1589825248
- https://openalex.org/W1909217991
- https://openalex.org/W1969463951
- https://openalex.org/W1969870459
- https://openalex.org/W1977689545
- https://openalex.org/W1980491346
- https://openalex.org/W1990201389
- https://openalex.org/W1991906134
- https://openalex.org/W1999574084
- https://openalex.org/W2003644912
- https://openalex.org/W2007091631
- https://openalex.org/W2011657487
- https://openalex.org/W2024561271
- https://openalex.org/W2028833994
- https://openalex.org/W2031481694
- https://openalex.org/W2035805209
- https://openalex.org/W2060953823
- https://openalex.org/W2060988464
- https://openalex.org/W2064206684
- https://openalex.org/W2070313237
- https://openalex.org/W2086079280
- https://openalex.org/W2095102047
- https://openalex.org/W2096135611
- https://openalex.org/W2101877449
- https://openalex.org/W2105319682
- https://openalex.org/W2106716767
- https://openalex.org/W2113166762
- https://openalex.org/W2120193931
- https://openalex.org/W2121580148
- https://openalex.org/W2124985265
- https://openalex.org/W2125624608
- https://openalex.org/W2130410032
- https://openalex.org/W2133665263
- https://openalex.org/W2140434045
- https://openalex.org/W2140797896
- https://openalex.org/W2145851948
- https://openalex.org/W2148937132
- https://openalex.org/W2153195946
- https://openalex.org/W2156454908
- https://openalex.org/W2161129594
- https://openalex.org/W2162966875
- https://openalex.org/W2213605612
- https://openalex.org/W2314644702
- https://openalex.org/W2336014190
- https://openalex.org/W2464515738
- https://openalex.org/W2565495667
- https://openalex.org/W2610713765
- https://openalex.org/W2760275602
- https://openalex.org/W2766791058
- https://openalex.org/W2783735752
- https://openalex.org/W2829003168
- https://openalex.org/W2896130450
- https://openalex.org/W2896582445
- https://openalex.org/W2904181126
- https://openalex.org/W2910278397
- https://openalex.org/W2912036667
- https://openalex.org/W2965950781
- https://openalex.org/W2969323926
- https://openalex.org/W3006918440
- https://openalex.org/W3082078189
- https://openalex.org/W3100664262
- https://openalex.org/W3187233007
- https://openalex.org/W4211103185
- https://openalex.org/W4229788008
- https://openalex.org/W4238860643