Углеводное голодание: как избавиться от подкожного жира

Содержание

Углеводное голодание — Справочник химика 21

    Таким образом, реакции цикл трикарбоновых кислот являются промежуточными реакциями обмена как углеводов, так и жиров. Поэтому нарушения в течении реакций аэробной фазы обмена углеводов являются в то же время и нарушениями окислительного распада жиров. При недостатке углеводов в организме (углеводном голодании) и особенно при сахарном диабете, когда окислительный распад углеводов в организме нарушен, происходит накопление в крови избыточного количества ацетоуксусной кислоты, окисление которой в таких случаях замедлено. Это приводит, с одной стороны, к ацидозу, а с другой—к выделению ацетоуксусной кислоты с мочой. Кроме ацетоуксусной кислоты в случае нарушения обмена с мочой выделяются всегда р-оксимасляная кислота и ацетон  [c.130]
    Во взрослых листьях растений основным дыхательным материалом являются углеводы — главные продукты ассимиляции СО2 при фотосинтезе.
На это указывают многочисленные измерения дыхательного коэффициента листьев в подавляющем большинстве случаев он оказывался очень близким к единице. Однако при углеводном голодании этот коэффициент понижался, что указывает на использование в качестве дыхательного материала соединений с меньшим содержанием кислорода. [c.154]

    Изменение содержания гликогена в печени в период углеводного голодания и углеводного насыщения накануне соревнований [c.364]

    Аминокислоты и глицерин используются для синтеза глюкозы главным образом при голодании или при низком содержании углеводов в рационе (углеводное голодание). В этих условиях глюконеогенез служит для обеспечения глюкозой мозга, в то время как другие органы обеспечиваются энергией за счет окисления жирных кислот. 

[c.266]

    Креатинурия может явиться следствием нарушения нормальной связи между обменом креатина и обменом углеводов. Углеводное голодание (А. В. Палладии) и диабет сопровождаются креатинурией. Выяснилось, [c.463]

    Креатинурия может явиться следствием нарушения нормальной связи между обменом креатина и обменом углеводов. Углеводное голодание (А. В. Палладии) и диабет сопровождаются креатинурией. Выяснилось, что прием больших количеств мяса вызывает креатинурию у нормальных взрослых людей только в том случае, если углеводные запасы организма истощены (С. И. Винокуров). Креатинурия, регулярно наблюдающаяся при голодании, также, по-видимому, связана с недостатком углеводов. 

[c.499]

    Существенное влияние на азотный обмен больного растения могут оказывать возникающие в результате заболевания изменения в обмене углеводов. Так, углеводное голодание клеток, обусловленное нарушениями фотосинтеза и использованием содержащихся в них углеводов гифами паразита, неизбежно должно привести к так называемому белковому дыханию, т. е. расщеплению белка (Pae h, 1934). 

[c.125]

    В регуляции гликогенной функции печени и содержания на нормальном уровне глюкозы в крови, кроме адреналина, участвуют и другие гормоны. Большое влияние на различные стороны углеводного обмена оказывает гормон, образующийся в -клетках островковой ткани поджелудочной железы, инсулин (стр. 148). Посвоему влиянию на распад гликогена в печени и на содержание глюкозы в крови инсулин является антагонистом адреналина. Под влиянием инсулина в печени усиливается синтез гликогена и снижается содержание глюкозы в крови. Снижение нормального содержания глюкозы в крови (ниже 80 мг%) носит название гипогликемии. Путем введения в организм инсулина (в кровь, или под кожу) содержание глюкозы в крови можно снизить до таких пределов (до 40 мг% и ниже), когда снабжение органов и тканей глюкозой становится совершенно недостаточным. В этих случаях благодаря недостаточному подводу глюкозы к мозгу, наблюдается углеводное голодание, вызывающее нарушение функций мозга. Углеводное голодание органов, и в первую очередь головного мозга, вызывает сильные судороги (гипогликемические судороги), и если не принять срочных мер (введение в организм большого количества глюкозы, инъекция адреналина), наступает гибель организма.

С явлениями гипогликемии встречаются у больных сахарной болезнью при передозировке инсулина. Появляющаяся у больных так называемая гипогликемическая кома устраняется введением в организм легко усвояемых углеводов (сахарозы, глюкозы). [c.275]


    В пров,ессах превращения жиров большая роль принадлежит печени. В печени жиры подвергаются гидролизу с образованием глицерина и жирных кислот. При нарушениях обмена веществ, например при углеводном голодании, в клетках паренхимы печени накапливается жир. С подобным явлением встречаются при отравлении организма фосфором, четыреххлористым углеродом и др. Обогащение печени жиром получило название жировой печепи и оно объясняется тем, что доставляемый кровью жир утилизируется не полностью. Изучение окисления жирных кислот в срезах различных тканей и органов показало, что только в срезах печени интенсивно происходит окисление жирных кислот. Считается общепринятым, что основная масса ясирных кислот подвергается р-окислению в печени.
В остальных же тканях р-окисление жирных кислот происходит в ограниченном объеме. [c.314]

    В случае, когда она вызывается наличием креатина в пище, говорят об алиментарной креатинурии. Креатинурия у людей, а также у половозрелых /кивотных бывает и иного происхождения. Креатин с мочой выделяется в результате углеводного голодания, а также различных расстройств, приводящих к истощеш-1ю организма. В этих случаях говорят о патологической креатинурии. У детей и у молодых млекопитающих животных с мочой, независимо от состава пищи, наряду с креатинином всегда выделяется креатин. Это явление известно под названием детской креатинурии. Установ-.чено, что значительное обогащение пищи детей углеводами уменьшает и даже полностью прекращает у них креатинурию. Детскую креатинурию, поскольку обычно она встречается у всех детей и молодых животных, нельзя считать патологическим явлением. 

[c.407]

    Можно предполагать, что креатинурия, вызванная углеводным голоданием и истощением организма, обусловлена тем, что в мышцах и в иных тканях уменьшается содержание креатинфосфорной кислоты и увеличивается содержание креатина.[c.408]

    Га.шктозурия встречается у грудных детей при расстройствах пищеварения. Иногда у детей галактозурия сопровождается задержкой роста. В этих случаях она является результатом нарушения процесса превращения в печени галактозы в глюкозу. В крови больных детей содержится много галактозы (отсюда и выделение ее с мочой) и мало глюкозы. Содержание глюкозы в крови оказывается у них настолько низким, что в результате углеводного голодания тканей наступают гипогликемические судороги (стр. 302). 

[c.501]


Кето-диета: кому она подойдет, а кому лучше даже не начинать

В области диетологии и правильного питания чуть ли не каждый год появляются новые тренды. Такое разнообразие подходов, меню и правил вызвано потребностью людей и запросом в духе «нам скучно питаться полноценно и вести просто здоровый образ жизни, хотим что-то новое». Так уж мы устроены — активно и с интересом реагируем на все новое. А если в этом еще есть намек на «волшебную таблетку» — точно захочется попробовать.

На самом деле, такое чрезмерное любопытство и тяга к экспериментам — не всегда хорошо. Именно из-за стремления быть в мейнстриме, из-за «хайпа», вышли за пределы лечебных учреждений планы питания и протоколы, которые применялись только для лечения аутоиммунных заболеваний и серьезных нарушений в организме. Та же кето-диета — это питание далеко не для всех и может привести к необратимым нарушениям и тяжелым симптомам.

Многие с гордостью говорят, что их организм в кетозе. Но точно ли они понимают, о чем речь? Кетоновые тела — это ацетон. Наличие кетоновых тел в моче — патология. Но давайте поговорим обо всем по порядку.

Что такое кето-диета

Кетогенная диета (Ketogenic diet) — это диета с высоким содержанием жиров и низким содержанием углеводов, для повышения кетоновых тел в крови. Создана она была для лечения эпилепсии и показала эффективность для снижения эпилептических припадков у детей. Исследования на взрослых даже не проводились.

Как работает эта диета: организм лишается глюкозы, мозг перестает использовать ее как источник питания, а функционировать как-то нужно. Здесь спасают жиры — печень преобразует жир в жирные кислоты и кетоновые тела, а мозг использует их вместо глюкозы. Это состояние называется кетоз. По факту это углеводное голодание, и организм вынужден приспособиться, выжить и использовать жир с образованием кетоновых тел.

В результате нарушается равновесие в организме, а негативные ощущения и симптомы чаще превышают возможную пользу.

Кому может подойти кето-диета

Предпосылки для соблюдения кето-диеты — сахарный диабет (но только после очной консультации врача), неврологические и онкологические заболевания. Такая диета позволит сохранить низкий уровень инсулина. Большое «но»: при вышеперечисленных заболеваниях такая диета вводится, как правило, в стационаре и под строгим контролем врачей. Эффективность диеты пока не доказана, исследования продолжаются, однако положительные результаты есть.

Если вы соблюдаете кето-диету, важно сбалансировать рацион и выбирать правильные жиры, среднецепочечные жирные кислоты.

Кому не подойдет кето-диета

Ниже — список состояний, при которых кето-диета противопоказана.

  • Заболевания печени, ожирение печени и цирроз.
  • Синдром Жильбера
  • Период беременности и грудного вскармливания.
  • Заболевания щитовидной железы.
  • Дефицит веса и астеническое телосложение.
  • Пониженное давление.
  • После инфаркта.
  • Желчекаменная болезнь или отсутствие желчного пузыря.
  • Камни в почках.
  • Подагра и заболевания суставов.
  • Острый период любого заболевания.
  • Любые расстройства пищевого поведения.
  • Панические атаки и повышенная тревожность.
  • Аменорея, проблемы с менструальным циклом.

Соблюдать кето-диету просто для снижения веса не эффективно, и результат часто достигается за счет потери воды, а не жира. При этом в процессе такой диеты часто начинаются запоры (констипация) и есть риски обезвоживания, так как ее достаточно сложно грамотно составить без помощи и контроля специалистов.

Есть ли плюсы у кето-диеты

Да, плюсы у кетогенной диеты есть. Исследования и публикации, которые подтверждают пользу, также существуют. Но, когда будете изучать их, обратите внимание: при испытаниях эта диета всегда проходила под ежедневным медицинским контролем. Недавнее исследование показало эффективность данной диеты при сепсисе (заражение крови), но при этом питание вводилось больным через зонд под чутким контролем врачей (статьи и результаты исследований можно найти на сайте PubMed).

Задумавшись над необходимостью следовать какой-либо диете с целью снижения веса, имейте в виду: в первую очередь важны не ограничения в питании, а здоровый образ жизни, режим, а поиск моментального эффекта — не самая удачная идея.

суть метода и план питания перед марафоном

Углеводная загрузка — метод повышения запасов энергии в организме перед соревнованиями. Суть метода: израсходовать все запасы энергии и заполнить их заново. Считается, что при такой схеме организм запасает больше энергии, чем было до углеводной загрузки. У этого метода есть сторонники и противники, но соблюдают диету и те, и другие. Углеводная загрузка превратилась в особый ритуал для марафонцев, иногда ее проводят просто «на всякий случай». В статье разобрались, как работает углеводная загрузка, и как ее правильно проводить.

Источник: Pietro Rampazzo on Unsplash

Источники энергии спортсмена

Углеводы — самый доступный источник энергии в организме. У взрослого человека около 400 г углеводов в виде гликогена хранится в мышцах, около 100 г — в печени, и ещё 5 г содержится в крови в виде глюкозы. Под нагрузкой организм быстро тратит глюкозу и переходит к углеводным запасам — гликогену. При помощи ферментов гликоген расщепляется до глюкозы и поступает в кровь, поддерживая уровень глюкозы в норме.

Для преодоления марафона требуется 4000-4500 кКал. Запасы гликогена взрослого человека обеспечивают примерно 3000-3500 кКал, их хватает на 1,5 часа интенсивной работы. Когда гликоген кончается, организм начинает расщеплять жировые запасы. Но таким способом энергия выделяется медленно, этого не хватает для поддержания интенсивности. В спортивных кругах такое состояние называют «марафонская стена». Отодвинуть эту стену можно тренировками и увеличением запасов гликогена с помощью углеводной загрузки.

Организм сильного марафонца запасает больше гликогена, чем организм среднестатистического человека. При этом, под нагрузкой расходует гликоген более эффективно. Образно говоря, топлива больше, а расход при той же скорости меньше. Поэтому у профессиональных марафонцев может не быть «марафонской стены», и углеводная загрузка может быть бесполезна.

Как углеводы влияют на результат

Влияние углеводов на работоспособность во время физических нагрузок изучается более 100 лет. Проведено много исследований, которые подтвердили: истощение гликогена — главная причина снижения работоспособности. Большие запасы гликогена действительно влияют на результат и повышают выносливость спортсмена. Они помогают улучшить результаты на длинных дистанциях свыше 21 км и длительностью более 90 минут, но не помогут в спринте и других коротких нагрузках.

Чтобы запастись гликогеном перед соревнованиями, необходима углеводная загрузка — насыщение организма углеводами для увеличения запасов гликогена в мышцах и печени. Он служит источником быстрой энергии для работающих мышц. Чем больше запасы — тем дольше спортсмен может сохранять темп.

В исследованиях установлено: в отличие от нетренированных людей, подготовленные атлеты имеют изначально большие запасы гликогена и быстрее накапливают его. Для достижения максимального содержания гликогена в мышцах спортсменам на выносливость достаточно 24–48 часов с момента увеличения потребления углеводов.

Углеводная суперкомпенсация

Чтобы заставить организм запасти больше гликогена, чем обычно, сначала нужно потратить все запасы. Тогда организму будет казаться, что предыдущих запасов оказалось мало, и он будет увеличивать резервы.

Дефицит создается с помощью тяжелых тренировок и ограничения углеводов в питании. За 2 дня запасы гликогена истощаются, для получения энергии организм переходит на жир. Организм на фоне пережитого стресса начинает запасать больше гликогена, чем обычно. Для разгрузки и загрузки гликогена требуется 6-7 дней.

План питания перед марафоном

В спортивной практике используются 2 наиболее популярных режима питания перед марафоном:

Диета с углеводным голоданием

Начинается за 6-7 дней до марафона и состоит из двух этапов: углеводная разгрузка 1-3 дни и углеводная загрузка 4-6 дни. Короткая безуглеводная диета сменяется углеводной загрузкой.

Есть разные варианты этой диеты: с изнурительными тренировками каждый день или с периодическими нагрузками. Вот более легкий режим:

  • За неделю до старта проведите длительную тренировку умеренной интенсивности, чтобы потратить гликоген. После тренировки начинайте безуглеводную диету.
  • 1-3 день: углеводная разгрузка (безуглеводная диета). Ешьте продукты с низким содержанием углеводов: мясо, рыба и морепродукты, яйца и молочные продукты, овощи и зелень (капуста, шпинат, салат латук, авокадо, цукини, спаржа, сельдерей).
  • 4-6 день: углеводная загрузка. Ешьте продукты с высоким содержанием углеводов: крупы, хлеб, макаронные изделия, сладкие фрукты и ягоды, картофель и корнеплоды, соки. Не забывайте добавлять немного белков и жиров.
  • В день марафона: за 3-4 часа до старта углеводный завтрак из расчета 1-4 гр на кг массы тела.

Минусы диеты с ограничением углеводов: дефицит углеводов может привести к упадку сил, раздражительности, проблемам с пищеварением. Поэтому такой метод не рекомендуется начинающим марафонцам, особенно, перед первым марафоном.

Источник: Mark DeYoung on Unsplash

Диета без углеводного голодания

Более щадящий вариант, который состоит из одного этапа — углеводной загрузки. Диета начинается за 6 дней до соревнований. Перед диетой проведите длительную тренировку умеренной интенсивности, чтобы потратить гликоген. Во время диеты постепенно уменьшайте нагрузку на тренировках — чем ближе старт, тем легче и короче тренировка.

  • 1-6 день: углеводная загрузка. Ешьте продукты с высоким содержанием углеводов: крупы, хлеб, макаронные изделия, сладкие фрукты и ягоды, картофель и корнеплоды, соки.
  • В день марафона: за 3-4 часа до старта углеводный завтрак, из расчета 1-4 гр на кг массы тела.

Обе диеты, согласно исследованиям, одинаково эффективны. Выбирайте ту, которая больше подходит лично вам. Любая диета должна быть проверена вами до важных соревнований.

Помните: запас гликогена влияет на работоспособность, но не компенсирует недостаток тренировок. Основной фактор успеха — уровень вашей тренированности. И чем лучше вы подготовлены, тем эффективнее для вас окажется марафонская диета.

Источник: Eaters Collective on Unsplash

Научные источники:

  1. ncbi. nlm.nih.gov
  2. pubmed.ncbi.nlm.nih.gov
  3. nestlenutrition-institute.org
  4. pubmed.ncbi.nlm.nih.gov

Занимайтесь спортом, двигайтесь и путешествуйте! Если нашли ошибку или хотите обсудить статью — пишите в комментариях.

Подписывайтесь на нас в TelegramЯндексДзенВконтакте и Facebook

Нарушение углеводного обмена — Общие сведения, Причины возникновения. Томск

Общие сведения

Углеводный обмен отвечает за процесс усвоения углеводов в организме, их расщепление с образованием промежуточных и конечных продуктов, а также новообразование из соединений, не являющихся углеводами, или превращение простых углеводов в более сложные. Основная роль углеводов определяется их энергетической функцией.

Глюкоза крови является непосредственным источником энергии в организме. Быстрота ее распада и окисления, а также возможность быстрого извлечения из депо обеспечивают экстренную мобилизацию энергетических ресурсов при стремительно нарастающих затратах энергии в случаях эмоционального возбуждения, при интенсивных мышечных нагрузках.

При снижении уровня глюкозы в крови развиваются:

  • судороги;

  • бред;

  • потеря сознания;

  • вегетативные реакции (усиленное потоотделение, изменение просвета кожных сосудов).

Это состояние получило название «гипогликемическая кома». Введение в кровь глюкозы быстро устраняет данные расстройства.

Метаболизм углеводов в организме человека состоит из следующих процессов:

  • Расщепление в пищеварительном тракте поступающих с пищей поли- и дисахаридов до моносахаридов, дальнейшее всасывание моносахаридов из кишечника вкровь.

  • Синтез и распад гликогена в тканях (гликогенез и гликогенолиз).

  • Гликолиз (распад глюкозы).

  • Анаэробный путь прямого окисления глюкозы (пентозный цикл).

  • Взаимопревращение гексоз.

  • Анаэробный метаболизм пирувата.

  • Глюконеогенез — образование углеводов из неуглеводных продуктов.

Нарушения углеводного обмена

Всасывание углеводов нарушается при недостаточности амилолитических ферментов желудочно-кишечного тракта (амилаза панкреатического сока). При этом поступающие с пищей углеводы не расщепляются до моносахаридов и не всасываются. В результате у пациента развивается углеводное голодание.

Всасывание углеводов страдает также при нарушении фосфорилирования глюкозы в кишечной стенке, возникающем при воспалении кишечника, при отравлении ядами, блокирующими фермент гексокиназу (флоридзин, монойодацетат). Не происходит фосфорилирования глюкозы в кишечной стенке и она не поступает в кровь.

Всасывание углеводов особенно легко нарушается у детей грудного возраста, у которых еще не вполне сформировались пищеварительные ферменты и ферменты, обеспечивающие фосфорилирование и дефосфорилирование.

Причины нарушения углеводного обмена, вследствие нарушения гидролиза и всасывания углеводов:

  • гипоксия

  • нарушение функций печени — нарушение образования гликогена из молочной кислоты — ацидоз (гиперлакцидемия).

  • гиповитаминоз В1.


Нарушение синтеза и расщепления гликогена


Синтез гликогена может изменяться в сторону патологического усиления или снижения. Усиление распада гликогена происходит при возбуждении центральной нервной системы. Импульсы по симпатическим путям идут к депо гликогена (печень, мышцы) и активируют гликогенолиз и мобилизацию гликогена. Кроме того, в результате возбуждения центральной нервной системы повышается функция гипофиза, мозгового слоя надпочечников, щитовидной железы, гормоны которых стимулируют распад гликогена.

Повышение распада гликогена при одновременном увеличении потребления мышцами глюкозы происходит при тяжелой мышечной работе. Снижение синтеза гликогена происходит при воспалительных процессах в печени: гепатитах, в ходе которых нарушается ее гликоген-образовательная функция.

При недостатке гликогена тканевая энергетика переключается на жировой и белковый обмены. Образование энергии за счет окисления жира требует много кислорода; в противном случае в избытке накапливаются кетоновые тела и наступает интоксикация. Образование же энергии за счет белков ведет к потере пластического материала. Гликогеноз это нарушение обмена гликогена, сопровождающееся патологическим накоплением гликогена в органах.

Болезнь Гирке гликогеноз, обусловленный врожденным недостатком глюкозо-6-фосфатазы — фермента, содержащегося в клетках печени и почек.

Гликогеноз при врожденном дефиците α-глюкозидазы. Этот фермент отщепляет глюкозные остатки от молекул гликогена и расщепляет мальтозу. Он содержится в лизосомах и разобщен с фосфорилазой цитоплазмы.

При отсутствии α-глюкозидазы в лизосомах накапливается гликоген, который оттесняет цитоплазму, заполняет всю клетку и разрушает ее. Содержание глюкозы в крови нормальное. Гликоген накапливается в печени, почках, сердце. Обмен веществ в миокарде нарушается, сердце увеличивается в размерах. Больные дети рано умирают от сердечной недостаточности.

Нарушения промежуточного обмена углеводов


К нарушению промежуточного обмена углеводов могут привести:

Гипоксические состояния (например, при недостаточности дыхания или кровообращения, при анемиях), анаэробная фаза превращения углеводов преобладает над аэробной фазой. Происходит избыточное накопление в тканях и крови молочной и пировиноградной кислот. Содержание молочной кислоты в крови возрастает в несколько раз. Возникает ацидоз. Нарушаются ферментативные процессы. Снижается образование АТФ.

Расстройства функции печени, где в норме часть молочной кислоты ресинтезируется в глюкозу и гликоген. При поражении печени этот ресинтез нарушается. Развиваются гиперлакцидемия и ацидоз.

Гиповитаминоз В1. Нарушается окисление пировиноградной кислоты, так как витамин B1 входит в состав кофермента, участвующего в этом процессе. Пировиноградная кислота накапливается в избытке и частично переходит в молочную кислоту, содержание которой также возрастает. При нарушении окисления пировиноградной кислоты снижается синтез ацетилхолина и нарушается передача нервных импульсов. Уменьшается образование из пировиноградной кислоты ацетилкоэнзима А. Пировиноградная кислота является фармакологическим ядом для нервных окончаний. При увеличении ее концентрации в 2-3 раза возникают нарушения чувствительности, невриты, параличи и др.

При гиповитаминозе B1 нарушается также и пентозофосфатный путь обмена углеводов, в частности образование рибозы.

Гипергликемия

Гипергликемия это повышение уровня сахара крови выше нормального. В зависимости от этиологических факторов различают следующие виды гипергликемий:

Алиментарная гипергликемия. Развивается при приеме больших количеств сахара. Этот вид гипергликемии используют для оценки состояния углеводного обмена (так называемая сахарная нагрузка). У здорового человека после одномоментного приема 100-150 г сахара содержание глюкозы в крови нарастает, достигая максимума — 1,5-1,7 г/л (150-170 мг%) через 30-45 мин. Затем уровень сахара крови начинает падать и через 2 ч снижается до нормы (0,8-1,2 г/л), а через 3 ч оказывается даже несколько сниженным.

Эмоциональная гипергликемия. При резком преобладании в коре головного мозга раздражительного процесса над тормозным возбуждение иррадиирует на нижележащие отделы центральной нервной системы. Поток импульсов по симпатическим путям, направляясь к печени, усиливает в ней распад гликогена и тормозит переход углеводов в жир. Одновременно возбуждение воздействует через гипоталамические центры и симпатическую нервную систему на надпочечники. Происходит выброс в кровь больших количеств адреналина, стимулирующего гликогенолиз.

Гормональные гипергликемии. Возникают при нарушении функции эндокринных желез, гормоны которых участвуют в регуляции углеводного обмена. Например, гипергликемия развивается при повышении продукции глюкагона — гормона α-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы, который, активируя фосфорилазу печени, способствует гликогенолизу. Сходным действием обладает адреналин. К гипергликемии ведет избыток глюкокортикоидов (стимулируют глюконеогенез и тормозят гексокиназу) и соматотропного гормона гипофиза (тормозит синтез гликогена, способствует образованию ингибитора гексокиназы и активирует инсулиназу печени).

Гипергликемии при некоторых видах наркоза. При эфирном и морфинном наркозах происходит возбуждение симпатических центров и выход адреналина из надпочечников; при хлороформном наркозе к этому присоединяется нарушение гликогенообразовательной функции печени.

Гипергликемия при недостаточности инсулина является наиболее стойкой и выраженной. Ее воспроизводят в эксперименте путем удаления поджелудочной железы. Однако при этом дефицит инсулина сочетается с тяжелым расстройством пищеварения. Поэтому более совершенной экспериментальной моделью инсулиновой недостаточности является недостаточность, вызванная введением аллоксана (C4h3N2O4), который блокирует SH-группы. В β-клетках островков Лангерганса поджелудочной железы, где запасы SH-групп невелики, быстро наступает их дефицит и инсулин становится неактивным.

Экспериментальную недостаточность инсулина можно вызвать дитизоном, блокирующим цинк в β-клетках островков Лангерганса, что ведет к нарушению образования гранул из молекул инсулина и его депонирования. Кроме того, в β-клетках образуется дитизонат цинка, который повреждает молекулы инсулина.

Недостаточность инсулина может быть панкреатической и внепанкреатической. Оба эти вида инсулиновой недостаточности могут вызвать сахарный диабет.


Панкреатическая инсулиновая недостаточность


Этот тип недостаточности развивается при разрушении поджелудочной железы:

В этих случаях нарушаются все функции поджелудочной железы, в том числе и способность вырабатывать инсулин. После панкреатита в 16-18% случаев развивается инсулиновая недостаточность в связи с избыточным разрастанием соединительной ткани, которая нарушает снабжение клеток кислородом.

К инсулиновой недостаточности ведет местная гипоксия островков Лангерганса (атеросклероз, спазм сосудов), где в норме очень интенсивное кровообращение. При этом дисульфидные группы в инсулине переходят в сульфгидрильные и он не оказывает гипогликемического эффекта). Предполагают, что причиной инсулиновой недостаточности может послужить образование в организме при нарушении пуринового обмена аллоксана, близкого по структуре к мочевой кислоте.

Инсулярный аппарат может истощаться после предварительного повышения функции, например при излишнем употреблении в пищу легкоусвояемых углеводов, вызывающих гипергликемию, при переедании. В развитии панкреатической инсулиновой недостаточности важная роль принадлежит исходной наследственной неполноценности инсулярного аппарата.

Внепанкреатическая инсулиновая недостаточность


Этот тип недостаточности может развиться при повышенной активности инсулиназы: фермента, расщепляющего инсулин и образующегося в печени к началу полового созревания.

К недостаточности инсулина могут привести хронические воспалительные процессы, при которых в кровь поступает много протеолитических ферментов, разрушающих инсулин.

Избыток гидрокортизона, тормозящего гексокиназу, снижает действие инсулина. Активность инсулина снижается при избытке в крови неэстерифицированных жирных кислот, которые оказывают на него непосредственное тормозящее влияние.

Причиной недостаточности инсулина может послужить чрезмерно прочная его связь с переносящими белками в крови. Инсулин, связанный с белком, не активен в печени и мышцах, но оказывает обычно действие на жировую ткань.

В ряде случаев при сахарном диабете содержание инсулина в крови нормально или даже повышено. Предполагают, что диабет при этом обусловлен присутствием в крови антагониста инсулина, однако природа этого антагониста не установлена. Образование в организме антител против инсулина ведет к разрушению этого гормона.

Сахарный диабет

Углеводный обмен при сахарном диабете характеризуется следующими особенностями:

  • Резко снижен синтез глюкокиназы, которая при диабете почти полностью исчезает из печени, что ведет к уменьшению образования глюкозо-6-фосфата в клетках печени. Этот момент наряду со сниженным синтезом гликогенсинтетазы обусловливает резкое замедление синтеза гликогена. Происходит обеднение печени гликогеном. При недостатке глюкозо-6-фосфата тормозится пентозофосфатный цикл;

  • Активность глюкозо-6-фосфатазы резко возрастает, поэтому глюкозо-6-фосфат дефосфорилируется и поступает в кровь в виде глюкозы;

  • Тормозится переход глюкозы в жир;

  • Понижается прохождение глюкозы через клеточные мембраны, она плохо усваивается тканями;

  • Резко ускоряется глюконеогенез — образование глюкозы из лактата, пирувата, аминокислот жирных кислот и других продуктов неуглеводного обмена. Ускорение глюконеогенеза при сахарном диабете обусловлено отсутствием подавляющего влияния (супрессии) инсулина на ферменты, обеспечивающие глюконеогенез в клетках печени и почек: пируваткарбоксилазу, глюкозо-6-фосфатазу.


Таким образом, при сахарном диабете имеют место избыточная продукция и недостаточное использование глюкозы тканями, вследствие чего возникает гипергликемия. Содержание сахара в крови при тяжелых формах может достигать 4-5 г/л (400-500 мг%) и выше. При этом резко возрастает осмотическое давление крови, что ведет к обезвоживанию клеток организма. В связи с обезвоживанием глубоко нарушаются функции центральной нервной системы (гиперосмолярная кома).

Сахарная кривая при диабете по сравнению с таковой у здоровых значительно растянута во времени. Значение гипергликемии в патогенезе заболевания двояко. Она играет адаптивную роль, так как при ней тормозится распад гликогена и частично усиливается его синтез. При гипергликемии глюкоза лучше проникает в ткани и они не испытывают резкого недостатка углеводов. Гипергликемия имеет и отрицательное значение.

При ней повышается концентрация глюко- и мукопротеидов, которые легко выпадают в соединительной ткани, способствуя образованию гиалина. Поэтому для сахарного диабета характерно раннее поражение сосудов атеросклерозом. Атеросклеротический процесс захватывает коронарные сосуды сердца (коронарная недостаточность), сосуды почек (гломерулонефриты). В пожилом возрасте сахарный диабет может сочетаться с гипертонической болезнью.

Глюкозурия

В норме глюкоза содержится в провизорной моче. В канальцах она реабсорбируется в виде глюкозофосфата, для образования которого необходима гексокиназа, и после дефосфорилирования поступает в кровь. Таким образом, в окончательной моче сахара в нормальных условиях не содержится.

При диабете процессы фосфорилирования и дефосфорилирования глюкозы в канальцах почек не справляются с избытком глюкозы в первичной моче. Развивается глюкозурия. При тяжелых формах сахарного диабета содержание сахара в моче может достигать 8-10%. Осмотическое давление мочи повышено; в связи с этим в окончательную мочу переходит много воды.

Суточный диурез возрастает до 5-10 л и более (полиурия). Развивается обезвоживание организм, развивается усиленная жажда (полидипсия). При нарушении углеводного обмена следует обратиться к эндокринологу за профессиональной помощью. Врач подберет необходимое медикаментозное лечение и разработает индивидуальную диету.

какая диета лучше белковая или углеводная

какая диета лучше белковая или углеводная

какая диета лучше белковая или углеводная

>>>ПЕРЕЙТИ НА ОФИЦИАЛЬНЫЙ САЙТ >>>

Что такое какая диета лучше белковая или углеводная?

На кето диете я скинула больше десяти килограммов за три недели, но вот выходить из такой диеты резко нельзя, можно опять набрать ненавистные килограммы, надо постепенно добавлять в рацион те продукты которые были под запретом. Поэтому настоятельно рекомендую взять в помощь диетолога, а если личный диетолог для вас это дорого, то KetoPlan – вам в помощь. KetoPlan – это идеальный вариант для желающих похудеть.

Эффект от применения какая диета лучше белковая или углеводная

На кето диете я скинула больше десяти килограммов за три недели, но вот выходить из такой диеты резко нельзя, можно опять набрать ненавистные килограммы, надо постепенно добавлять в рацион те продукты которые были под запретом. Поэтому настоятельно рекомендую взять в помощь диетолога, а если личный диетолог для вас это дорого, то KetoPlan – вам в помощь. KetoPlan – это идеальный вариант для желающих похудеть.

Мнение специалиста

Как заказать

Для того чтобы оформить заказ какая диета лучше белковая или углеводная необходимо оставить свои контактные данные на сайте. В течение 15 минут оператор свяжется с вами. Уточнит у вас все детали и мы отправим ваш заказ. Через 3-10 дней вы получите посылку и оплатите её при получении.

Отзывы покупателей:

Алена

Специально разработанный онлайн курс «КЕТОPLAN» способствует тому, чтобы в теле начали активно расщепляться жиры вместо углеводных молекул. Это альтернативный источник энергии, который находит свое активное применение при расщеплении жиров, катализируемых в полезную для жизнедеятельности энергию!

Kira

Где купить какая диета лучше белковая или углеводная?
Больше белка, меньше углеводов Последние несколько лет высокопротеиновые/низкоуглеводные диеты активно пропагандируются в качестве эффективного средства в избавлении от лишнего веса.  . В-третьих, есть предположение, что высокопротеиновая/низкоуглеводная диета сильнее влияет на уровни инсулина (6). Ги-перинсулиномия и/или инсулиновая резистентность, как полагают, способствует отложению подкожного жира, усиливая чувство голода, повышая вероятность развития непереносимости глюкозы или диабетов у некоторых слоев населения. Лучшие диеты на страже вашего здоровья. В этой статье мы расскажем вам об удивительно-легкой диете — белково-углеводной. Данная диета обеспечит правильное похудение, как прекрасным дамам, так и представителям сильнейшей половины человечества. Правильное похудение при белково-углеводной диете заключается в чередовании употребления по дням белковых и углеводных продуктов, тем самым организм выводит лишнюю жидкость, не сжигая при этом мышечную массу. Тем, кто планирует применить белково-углеводную диету на себе, необходимо знать, что эта диета предполагает систематизированное питание. Белково-углеводное чередование – это особая диета, которая пользуется спросом у спортсменов и даже профессиональных бодибилдеров. Этот режим питания избавляет только от жировой прослойки, не затрагивая мышцы. В результате человек худеет, но сохраняет красивый рельеф на теле. Что такое белково-углеводное чередование. Диета БУЧ изначально была создана для спортсменов. . позволяет улучшить обмен веществ; хорошо сочетается с физическими нагрузками. Как работает белково-углеводное чередование. Диета БУЧ является одной из самых эффективных. Она направлена на улучшение метаболизма и снижение количества потребляемых жиров, которые приводят к увеличению веса. Здоровье. Диеты. 25.03.2011, 16:37. Белковая и углеводная диеты. Белковая и углеводная диеты рассчитаны на людей с разными предпочтениями в еде. Эти диеты объединяет одно: они помогут похудеть без лишних усилий и ограничений в еде. Выясняем также, что такое белково-углеводная диета. Cosmo.ru редакция. Тэги: Здоровье. Похудение. Диеты. Правильное питание. Диета для похудения. РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ. Как работает белковая диета. Белковая диета обеспечивает стабильное и быстрое похудение. Как работает белковая диета? Она сокращает до минимума или полностью исключает из рациона углеводы. Углеводы – главные поставщики энергии в наш организм. Диета. Созвездие красоты»Созвездие Красоты» – это сеть магазинов в лучших торговых центрах России. . Если все они присутствуют в белковой молекуле, белок считается полноценным. Получить такой протеин можно из животных продуктов: мяса, молока, яиц, сыра и рыбы. Усваивается животный белок на 80%. . Ужин предполагает сокращение углеводной пищи и, напротив, увеличение доли белка. А чтобы обеспечить организм жирами в этот прием, можно съесть морскую жирную рыбу с салатом из авокадо и зеленью. Восполнить же недостаток веществ помогут перекусы, в течение которых лучше съедать фрукты, содержащие витамины и минеральные вещества, творог или протеиновые батончики. Как работает белковая диета Белковая диета обеспечивает стабильное и быстрое похудение. Как работает белковая диета? Она сокращает до минимума или пол. . Белковая VS углеводная: какая диета лучше. Как работает белковая диета. Белковая диета обеспечивает стабильное и быстрое похудение. Как работает белковая диета? . Белково-углеводная диета (или диета углеводно-белкового чередования) включает в себя продукты, богатые и углеводами, и белками, но не все подряд и не в любом количестве. Потребляй больше белков, акцент на углеводы делай утром. Съедай на завтрак то, что даст тебе энергии на целый день, а из ужина полностью исключи углеводную пищу. Программа питания и список продуктов высокобелковой диеты на неделю для похудения. Полезные свойства и противопоказания к употреблению белка во время протеиновой системы снижения веса. . Белок: сколько и когда есть, чтобы похудеть. Как подбирать продукты. Лучшие протеиновые диеты. Программа высокопротеиновой диеты на неделю. Риски высокобелковой диеты. Не существует жесткой границы между обычной белковой и высокобелковой диетой (ВБД). Но, как правило, если более чем 35% суточной калорийности составляют протеиновые продукты, говорят о высокобелковой диете. Обычный суточный рацион взрослого человека должен на 30-35% состоять из белков. Белки или углеводы: как должен выглядеть правильный завтрак. Для каждого человека первый прием пищи индивидуален. Одни люди предпочитают есть на завтрак овсянку с омлетом, другие – творог с фруктами, третьи – бутерброды с маслом и чашечкой капучино. Какой же вариант является оптимальным, чтобы начать утро с максимальной пользой для организма? . Несмотря на то, что медленные углеводы несут большую значимость, чем быстрые, употреблять исключительно их во время первого приема пищи не совсем корректно. Расследование: белковые диеты. Какую диету выбрать, чтобы как можно быстрее достичь желаемого веса и размера? К сожалению, решение этого сложного вопроса мы не всегда доверяем специалисту. В преддверии пляжного сезона разберемся со слухами и домыслами, окутывающими популярные белковые диеты. Автор: Татьяна Гавердовская. . Пережить углеводное голодание помогут отруби, вода и молочные продукты. 2. Самое сложное при похудении на высокобелковой диете – сохранить достигнутые результаты. . Многие думают, что раз в белковых диетах мало углеводов, то они хороши для диабетиков. Действительно, при сахарном диабете рекомендуется чуть повысить содержание белка в рационе и снизить калорийность. Белковая VS углеводная: какая диета лучше. Выясняем, есть ли что-то общее у популярных диет, рассчитанных на людей с разными вкусовыми предпочтениями. А заодно узнаем, можно ли их смиксовать. 10.02.2021 13:53. @carodaur. Как работает белковая диета. . Белково-углеводная диета — это, в сущности, просто правильное питание. Белково-углеводная диета (или диета углеводно-белкового чередования) включает в себя продукты, богатые и углеводами, и белками, но не все подряд и не в любом количестве. Потребляй больше белков, акцент на углеводы делай утром. Съедай на завтрак то, что даст тебе энергии на целый день, а из ужина полностью исключи углеводную пищу.
http://www.autosklo.sk/pictures/luchshaia_dieta_dlia_bystrogo_pokhudeniia3980.xml
https://www.ara.biz.pl/userfiles/pravilnyi_uzhin_pri_pravilnom_pitanii_dlia_pokhudeniia9362.xml
http://ienggroup.com.kh/userfiles/skachat_dnevnik_pitaniia_dlia_pokhudeniia_besplatno6101.xml
http://www.caoba.co.uk/userfiles/dieta_dlia_khoroshego_pishchevareniia3960.xml
http://belosnezhkaltd.ru/upload/khoroshaia_dieta_meniu4017.xml
На кето диете я скинула больше десяти килограммов за три недели, но вот выходить из такой диеты резко нельзя, можно опять набрать ненавистные килограммы, надо постепенно добавлять в рацион те продукты которые были под запретом. Поэтому настоятельно рекомендую взять в помощь диетолога, а если личный диетолог для вас это дорого, то KetoPlan – вам в помощь. KetoPlan – это идеальный вариант для желающих похудеть.
какая диета лучше белковая или углеводная
На кето диете я скинула больше десяти килограммов за три недели, но вот выходить из такой диеты резко нельзя, можно опять набрать ненавистные килограммы, надо постепенно добавлять в рацион те продукты которые были под запретом. Поэтому настоятельно рекомендую взять в помощь диетолога, а если личный диетолог для вас это дорого, то KetoPlan – вам в помощь. KetoPlan – это идеальный вариант для желающих похудеть.
Щадящая диета для похудения. Необходимость соблюдения диеты при наличии проблем с желудочно-кишечным трактом очевидна и не подлежит сомнению. Здоровых людей, имеющих лишний, вес волнует, можно ли похудеть с помощью щадящей диеты и какому её типу стоит отдать предпочтение. На основе оздоровительных методик Стол 1 и Стол 8 для людей с заболеваниями ЖКТ и нарушением обмена веществ была составлена щадящая диета для похудения. Щадящая диета — легкий способ для похудения без голода. Каждый человек, вне зависимости от пола, возраста, образа жизни хочет выглядеть молодо, красиво и привлекательно. Но лишние килограммы убивают веру в себя и свои силы, растят сомнения, комплексы. . При этом человек будет хорошо себя чувствовать, будут исключены такие негативные побочные эффекты, как упадок сил, снижение концентрации внимания, апатия, депрессивное состояние. Правила щадящей диеты. Щадящая диета представляет собой специально организованный режим и рацион питания, который применяется с лечебной и профилактической целью. . Щадящая диета для похудения и при заболеваниях ЖКТ, печени, после операции. Алексей Портнов, медицинский редактор Последняя редакция: 23.03.2021. х. Разрабатываем диету для похудения. Лучшая диета — это та, которую вы разработали сами. Конечно, вы можете воспользоваться помощью профессионального диетолога, который в деталях рассчитает соотношение макронутриентов в вашем меню и подстроит рацион под ваши цели. . Примерная диета в щадящем режиме может выглядеть следующим образом: Завтрак. Овсяная каша на воде со свежими ягодами. Хорошая новость в том, что существуют эффективные диеты, не требующие кулинарных изысков. Главный принцип ленивого рациона: перед едой нужно выпивать 2 стакана чистой теплой воды. Обязательно только теплой! . Более щадящий вариант: очищающий метод, который заключается в отказе от продуктов животного происхождения, а также жареных, жирных и копченых блюд. Их следует заменить овощами, фруктами, злаками, нежирными молочными продуктами. Диеты для похудения. У нас вы найдёте самые эффективные диеты, проверенные не только в теории, но и на практике, результаты которых вы также узнаете только у нас. У нас Вы сможете подобрать диету оптимально подходящую вам. Вам не придётся перечитывать сотни диет, так как у нас собраны только самые лучшие диеты, проверенные не одними людьми. Но помните, что главной целью остаётся здоровье! Поэтому не забудьте о правильном и здоровом питании. Специально для тех, кто страдает от проблем с желудком, разработана диета № 1, в меню которой, вопреки советскому названию, могут входить вкусные, питательные и полезные блюда. Жесткую диету № 1 назначают при язве желудка и двенадцатиперстной кишки, а также после лечения острого гастрита. Но пока такие проблемы не возникли, принципы диеты № 1 могут стать основой для здорового питания, которое помогает вашему пищеварению. Основные правила. Щадящая диета – это обогащенный минералами и витаминами рацион для относительно быстрого похудения. С его помощью удается вывести из организма шлаки и токсины, копившиеся долгие годы. Впервые термин щадящая диета был введен в лексикон советским терапевтом М. И. Певзнером, которого принято считать основателем диетологии, как науки. . Считаю щадящую диету самой лучшей для похудения. Главный ее плюс – отсутствие чувства голода. Не все эффективные диеты для похудения могут быть одновременно безопасными. Рассмотрим, на каких из них можно остановиться без дополнительного вреда для здоровья. . Однако, не все диеты могут быть одинаково эффективными, а главное безопасными. Уже никто не хочет страдать от приступов голода, слабости, головокружений и повышенной раздражительности, в прочем, как и анемии и гастрита. Диета при заболеваниях кишечника. Списки разрешенных и запрещенных продуктов. Разновидности диет при различных заболеваниях ЖКТ. Диета при заболеваниях кишечника у детей. . По этой же причине в наиболее щадящих диетах резко ограничиваются овощи, фрукты и злаковые, содержащие много клетчатки и клеточных оболочек. Особенно их много в наружной части злаков (отруби, пшено, мука грубого помола, крупы из дробленой пшеницы), бобовых.

Александр Георгиевич ТКАЧЕНКО — Пермский государственный национальный исследовательский университет


Доктор медицинских наук, профессор,


Тел.: (342) 212-21-59

 


Образование
1972 г. – окончил Пермский государственный медицинский институт, диплом с отличием. 
1980 г. – кандидат биологических наук по специальности 03.00.07 Микробиология. Был первым аспирантом Института экологии и генетики микроорганизмов. Диссертация посвящена исследованию проблем регуляции роста и развития микроорганизмов.
1993 г. – доктор медицинских наук по специальностям 03.00.07 Микробиология и 03.00.04 Биохимия.


Учебно-методическая деятельность

Названия учебных курсов:
Учебный модуль «Физиология, биохимия и биоэнергетика микроорганизмов», читает «Физиология и биоэнергетика микроорганизмов» и «Механизмы адаптации микроорганизмов к стрессу».

Учебно-методическая работа

Ткаченко А.Г. Молекулярные механизмы стрессорных ответов у микроорганизмов. Екатеринбург УрО РАН, 2012. – 267 с.


Научная деятельность
Сфера научных интересов:

Регуляция роста и развития  микроорганизмов. Энергетическое состояние бактериальной клетки. Полиамины. Реакция микроорганизмов на стресс. Антибиотикорезистентность. Адаптивные реакции микроорганизмов на окислительный, температурный и кислотный стрессы, осмотический шок, углеводное и азотное голодание. RpoS-зависимые стрессорные реакции.


Руководство научной работой студентов, аспирантов и др.

Научный руководитель бакалавров и магистрантов направления подготовки Микробиология.


Избранные публикации
Число научных трудов: более 150
1. Ткаченко А.Г. «Органы чувств» у микроорганизмов и механизмы проведения стресса // Вестник Уральской медицинской академической науки. 2011. № 4/4(38). С. 15-16.
2. Широкова О.А. Нестерова Л.Ю. Ткаченко А.Г. Биогенные полиамины как фактор регуляции биоплёнкообразования Escherichia coli // Вестник Уральской медицинской академической науки. 2011. № 4/1(38). С. 68–69.
3. Караваева Е.А. Нестерова Л.Ю. Ткаченко А.Г. Биоплёнкообразование — один из механизмов участия полиаминов в развитии антибиотикорезистентности природных штаммов Escherichia coli // Вестник Уральской медицинской академической науки. 2011. № 4/1 (38). С. 31–32.
4. Ахова А.В. Ткаченко А.Г. Роль полиаминов в адаптации Escherichia coli к действию фторхинолоновых антибиотиков // Вестник Уральской медицинской академической науки. 2011. №4/1(38). С. 19.
5. Нестерова Л.Ю. Караваева Е.А. Ткаченко А.Г. Полиамины как регуляторы биоплёнкообразования природных изолятов Escherichia coli с разной степенью устойчивости к фторхинолонам // Вестник Пермского Университета. 2011. Вып. 2. С. 32–37.
6. Шумков М.С., Гончаренко А.В., Кылосова А.М., Ткаченко А.Г. Полиамины как фактор регуляции гена ldcC Escherichia coli в условиях действия антибиотиков // Вестник Уральской медицинской академической науки. 2011. №4/1 (38). С. 69–70.
7. Ткаченко А.Г. Механизмы адаптации микроорганизмов к стрессу // Учебное пособие. Пермь: Перский гос. университет, 2011.
7. Нестерова Л.Ю., Ткаченко А.Г. Роль факторов общей стрессорной устойчивости в формировании резистентности Escherichia coli к фторхинолонам // Вестник Пермского Университета. 2010. Вып. 1(1). С. 21–26.
8. Шумков М.С. Кылосова А.М. Ткаченко А.Г. Гончаренко А.В.
Изменение экспрессии ldcC Escherichia coli как фактор адаптации к антибиотикам // Вестник Пермского Университета. 2010. Вып. 1(1).

Награды, премии, научные звания
Стипендиат государственной стипендии выдающимся ученым России. Лауреат премии Пермского края I степени за цикл работ «Механизмы адаптации микроорганизмов к стрессу», 2003 г. Награжден грамотами Президиума РАН, Президиумов УрО РАН, ПНЦ УрО РАН и Благодарственным письмом главы города Перми, 2007 г. 

Сушка тела

Сжечь жир, а мышцы оставить! Если ты занимаешься спортом и хочешь подсушить тело, сделать его более рельефным, убрать подкожный жир, а не худеть за счет потери мышц, тебе необходимо углеводное голодание — диета с минимальным содержанием углеводов.

Когда человек худеет с помощью обычной диеты, очень часто жир остается, а похудение происходит за счет уменьшения мышечной массы. Это делает тело слабым, замедляет обмен веществ, и внешний вид похудевшего счастливца далек от ярких картинок, обычно прилагающихся к диетам.

Избавляться от лишнего веса нужно с умом — только спорт и сбалансированное питание гарантируют безопасное похудение, которое преобразит твой внешний вид и не причинит здоровью никакого ущерба. Углеводное голодание — для самых стойких, но более эффективного метода похудения просто не существует.

Диета для сушки тела

Правильный подход к сушке тела — основа успеха. Запомни: занятия спортом во время сушки обязательны, тогда она даст максимальный видимый эффект.

Выбирай любые нагрузки по душе: бег, спортзал, велосипедные прогулки, активную длительную ходьбу. К спорту добавь правильную диету. При дефиците глюкозы в организме происходит расщепление жира, а ведь именно к этому мы стремимся. Потому откажись от продуктов, содержащих глюкозу.

Об этих продуктах лучше забыть

  1. Сладости — заменяй мёдом

    © DepositPhotos
  2. Мучные изделия — заменяй кашами, но не более 200 г в день

    © DepositPhotos

  3. Молочные жиры — только нежирный творог, кефир, молоко

    © DepositPhotos

  4. Животные жиры — заменяй рыбой

    © DepositPhotos

Основные правила питания

  1. Поддерживай метаболизм с помощью дробного питания.
  2. В день выпивай не менее 2,5 л чистой воды.
  3. Вечером не ешь каши.
  4. Подсчитывай калории и уменьшай их потребление.
  5. Не ешь за 2 часа до тренировки и после нее в течение 2 часов.

1 неделя: от углеводов нужно отказываться постепенно. Ешь каши, яйца, творог, белую рыбу. Откажись от соли и масла, используй специи, но в небольших количествах.

2 неделя: ешь как можно больше овощей, потребление каш уменьши.

3 неделя: желательно принимать витамины, пей жидкость в достаточном количестве. Если появятся неприятные ощущения — запах изо рта, легкое головокружение, слабость — выпей немного сладкого фруктового сока. Конечно, это средство для крайнего случая. Ухудшение самочувствия на этом этапе вызвано накоплением кетоновых тел в организме, для растворения которых нужна глюкоза.

4 и 5 недели: питание такое же, как и в во 2 неделю — строгое.

Больше 5 недель сушку проводить нельзя!

Этот план питания не терпит резкого выхода — добавляй в свой рацион углеводы постепенно, иначе весь потерянный вес вернется с лихвой.

Заведи блокнот и записывай туда то, что ешь, это поможет контролировать меню и не есть ничего запретного и лишнего. Всё получится, если взяться за дело всерьез! Расскажи о том, как проводить сушку, подругам — эта диета поражает своей эффективностью.

Влияние голодания на углеводный обмен у Harmonia axyridis (Pallas)

Biol Open. 2017 июл 15; 6 (7): 1096–1103.

, 1, * , 2, * , 1 , 1 , 1 , 2 , 2 и 1, ‡ 9000 -5

Zuo

1 Ханчжоу Ключевая лаборатория адаптации и эволюции животных, Колледж наук о жизни и окружающей среде, Ханчжоуский педагогический университет, Ханчжоу, Чжэцзян 310036, Китай

Су Ван

2 Институт защиты растений и окружающей среды Пекинской академии Сельское и лесное хозяйство, Пекин 100089, Китай

Shi-Gui Wang

1 Ханчжоу Ключевая лаборатория адаптации и эволюции животных, Колледж наук о жизни и окружающей среде, Ханчжоуский педагогический университет, Ханчжоу, Чжэцзян 310036, Китай

Лу Чжан

1 Ханчжоу ключевая лаборатория адаптации и эволюции животных, Колледж наук о жизни и окружающей среде, Ханчжоуский педагогический университет, Ханчжоу, Чжэцзян 310036, C hina

Ян-Ся Сюй

1 Ханчжоу Ключевая лаборатория адаптации и эволюции животных, Колледж наук о жизни и окружающей среде, Ханчжоуский педагогический университет, Ханчжоу, Чжэцзян 310036, Китай

Сяо-Цзюнь Гуо

2 Институт отделения защиты растений и окружающей среды, Пекинская академия сельскохозяйственных и лесных наук, Пекин 100089, Китай

Fan Zhang

2 Институт защиты растений и окружающей среды Пекинской академии сельскохозяйственных и лесных наук, Пекин 100089, Китай

Bin Tang

1 Ханчжоу Ключевая лаборатория адаптации и эволюции животных, Колледж наук о жизни и окружающей среде, Ханчжоуский педагогический университет, Ханчжоу, Чжэцзян 310036, Китай

1 Ханчжоу Ключевая лаборатория адаптации и эволюции животных, Колледж жизни и окружающей среды Наук, Ханчжоуский педагогический университет, Ханчжоу, Чжэцзян 310036, Китай

2 Институт защиты растений и окружающей среды Пекинской академии сельскохозяйственных и лесных наук, Пекин 100089, Китай

* Эти авторы внесли равный вклад в эту работу

Получено 1 марта 2017 г .; Принят в печать 8 июня 2017 г.

Авторские права © 2017. Опубликовано The Company of Biologies Ltd. Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0), которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильной атрибуции оригинала. Эта статья цитируется в других статьях PMC.

РЕФЕРАТ

Трегалоза играет важную роль в хранении энергии, метаболизме и защите насекомых от экстремальных условий окружающей среды.Трегалоза является основным сахаром в крови у насекомых, и ее можно быстро использовать в качестве источника энергии в случае необходимости. Чтобы выяснить механизмы реакции на голодание, мы наблюдали влияние голодания на трегалозу и гликоген, активность треалазы и относительную экспрессию генов в метаболических путях трегалозы и гликогена у инвазивного жука Harmonia axyridis . Наши результаты показывают, что уровни трегалозы и активность двух типов треалаз значительно снизились в первые 8 часов голодания, в то время как относительная экспрессия HaTreh2-1 увеличилась.В то время как трегалоза оставалась почти постоянной на относительно высоком уровне от 8 до 24 часов, уровни гликогена значительно снизились с 8 до 24 часов голодания. Аналогичным образом, экспрессия гликогенфосфорилазы ( HaGP ) была значительно выше при голодании от 12 до 24 часов, чем в первые 8 часов, в то время как экспрессия гликогенсинтазы ( HaGS ) была относительно стабильной. Кроме того, содержание трегалозы значительно снизилось от 24-часового голодания до 72-часового голодания, в то время как активность трегалозы и относительная экспрессия примерно HaTreh генов обычно увеличивались к концу периода голодания.Экспрессия трегалозо-6-фосфатсинтазы ( HaTPS ) значительно увеличилась, поддерживая увеличение синтеза трегалозы. Эти результаты показывают, что трегалоза играет ключевую роль в энергии, обеспечиваемой во время процесса голодания, посредством молекулярной и биохимической регуляции метаболизма трегалозы и гликогена.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Trehalase, Trehalose, Glycogen, Starvation, QRT-PCR, Harmonia axyridis

ВВЕДЕНИЕ

Жук Harmonia axyridis (Pallas) (Coleoptera: Coccinellidae завезен во многие страны как средство биологической борьбы с насекомыми-вредителями (Roy et al., 2016). Harmonia axyridis особенно вынослива, и ее резкое распространение во многих странах было встречено с большим трепетом. В дополнение к резкому увеличению численности в странах, где он был интродуцирован, H. axyridis также распространился во многие страны, где он не был намеренно выпущен (Brown et al., 2008a). Например, не только H. axyridis является общеизвестно инвазивным в Европе (Adriaens et al., 2008; Brown et al., 2008a, b), но также сообщается о глобальном распространении H.axyridis — это быстрый процесс (Brown et al., 2011). Тем не менее, этот жук считается важным естественным врагом насекомых-вредителей (Zappalà et al., 2013; Mirande et al., 2015) и находится в центре внимания стратегий борьбы с вредителями как в сельском, так и в лесном хозяйстве азиатских стран, включая Китай. (Tang et al., 2014). Устойчивость H. axyridis к холоду является важной характеристикой и широко изучалась в отношении приложений биологической борьбы и аспектов инвазивности (Bazzocchi et al., 2004; Берквенс и др., 2010; Первез, Омкар, 2006; van Lenteren et al., 2008).

Трегалоза представляет собой невосстанавливающий сахар, который состоит из двух гликозидно связанных глюкозных единиц, и, хотя он обнаружен в различных таксонах (например, бактериях, дрожжах, грибах, нематодах, растениях, насекомых и других беспозвоночных), это отсутствует у млекопитающих (Elbein, 1974; Elbein et al., 2003; Frison et al., 2007; Wingler, 2002). Гликоген — это полисахарид, широко распространенный в микроорганизмах и клетках животных, где его основная роль — резервный углевод (Tang et al., 2012а, б). Хранение углеводов требуется в большинстве типов клеток, чтобы при необходимости они могли разлагаться для производства энергии. Предыдущие исследования метаболизма трегалозы и гликогена показали, что в синтезе трегалозы из гликогена или глюкозы у насекомых участвует несколько ферментов (Elbein et al., 2003; Kunieda et al., 2006; Montooth et al., 2003; Tang et al. , 2010), где глюкозо-6-фосфат (G6P), глюкозо-1-фосфат (G1P) и уридиндифосфат (UDP) -глюкоза являются неотъемлемыми субстратами или побочными продуктами энергетического метаболизма насекомых.Некоторыми ферментами (или генами), участвующими в энергетическом метаболизме насекомых, являются треалаза (Treh или TRE), гексокиназа (HK), глюкозо-6-фосфатаза (G-6-pase), глюкофосфатаза (PGM), гликогенфосфорилаза (GP), гликоген. синтаза (GS), UDP-глюкозопирофосфорилаза (UGPase), трегалозо-6-фосфатсинтаза (TPS) и трегалозо-6-фосфатфосфатаза (TPP) (Tang et al., 2012a; Yang et al., 2017). Трегалоза и гликоген являются центральными источниками глюкозы и глюкозо-6-фосфата у насекомых и могут быть ключевыми промежуточными продуктами (Tang et al., 2012а). Гликоген может расщепляться GP, PGM и UGPase на глюкозу-6-P и UDP-глюкозу, тем самым вступая в метаболический путь трегалозы.

Энергетический обмен у насекомых аналогичен энергетическому обмену у других животных; однако синтез и использование трегалозы уникальны для энергетического метаболизма насекомых, поскольку сахар в крови у насекомых представляет собой трегалозу, а не глюкозу (Friedman, 1978; Silva et al., 2004; Terra and Ferreira, 1994; Thompson, 2003; Tang et al. др., 2010). Трегалоза и гликоген являются ключевыми источниками энергии у насекомых и, как известно, играют важную роль в физиологической адаптации (Qin et al., 2012; Tang et al., 2012b). Гликоген накапливается во время диауксической фазы роста или в ответ на ограничения углерода, азота, серы или фосфора и гидролизуется в условиях углеродного голодания (Johnston and Carlson, 1992). Кроме того, трегалоза не только является одним из основных запасов энергии у насекомых, жизненно важным как для движения, так и для развития, но также может играть защитную роль, защищая белки и клеточные мембраны от различных стрессов окружающей среды (например, высыхания, обезвоживания, тепла, замораживания и т. Д. и окисление) (Bale, Hayward, 2010; Elbein et al., 2003; Фридман, 1978; Khani et al., 2007; Thompson, 2003), и было показано, что он быстро используется в стрессовых условиях (Thompson, 2003; Tang et al., 2014).

Для выживания, поскольку жизненно важно, чтобы животные поддерживали положительный баланс между энергией, полученной от кормления, и энергией, выделяемой на активность и рост, поскольку запасы энергии присущи всем живым организмам. Жировое тело и гемолимфа важны для хранения энергии насекомыми (Schilman and Roces, 2008), где трегалоза, как было показано, является основным свободно циркулирующим сахаром в гемолимфе насекомых (Thompson, 2003).В соответствии с предыдущими знаниями ожидается, что уровни трегалозы в гемолимфе насекомых будут зависеть как от количества потребляемых углеводов, так и от количества метаболизируемых, чтобы покрыть энергетические потребности данного человека (Schilman and Roces, 2008).

Насекомые, часто находящиеся под угрозой голода, обладают большей способностью пережить голод, подвергаясь ряду физиологических изменений. Было показано, что у насекомых голодание на личиночной стадии снижает скорость метаболизма взрослых особей (Wang et al., 2016a), что приводит к увеличению запасов энергии гликогена, триглицеридов (Wang et al., 2016a), глюкозы и трегалозы у взрослых (Kim and Hong, 2015; Wang et al., 2016a; Zauner et al., 2000 ) во время начальной стадии голодания; но это может привести к снижению содержания трегалозы и глюкозы с увеличением времени голодания (Laparie et al., 2012; Schilman and Roces, 2008). Хорошо известно, что было показано, что голодание регулируется инсулином и 20-гидроксиэкдизоном (20E) (Keshan et al., 2016; Ким и Хонг, 2015).

Harmonia axyridis способна выживать в различных условиях окружающей среды и широко распространена по всему миру. Хищные насекомые, такие как H. axyridis , могут выжить и даже процветать в условиях голода, когда мало насекомых-вредителей, на которых можно охотиться (Shi et al., 2016; Tang et al., 2014). В предыдущем исследовании (Tang et al., 2014) мы обнаружили, что скорость спринта и максимальное расстояние перемещения увеличились, а частота пауз уменьшилась у взрослых H.axyridis голодал в течение 8 часов по сравнению с контрольными (0 часов) взрослыми особями. Напротив, экспрессия мРНК генов треалазы, включая HaTreh2-1 и HaTreh2-2 , быстро увеличивалась у взрослых, голодавших с 8 до 18 часов, особенно с HaTreh2-1 , которая экспрессировалась в 289 раз у взрослых. голодал в течение 18 часов по сравнению с контрольными взрослыми. Напротив, экспрессия трегалозо-6-фосфатсинтазы ( HaTPS ) снижалась до 12 часов, а затем увеличивалась (Tang et al., 2014). На сегодняшний день клонировано более семи генов треалазы (Shi et al., 2016; Tang et al., 2014), а также один ген TPS (Qin et al., 2012), один ген GP , и один ген GS . Мы хотим знать, как эти гены регулируют баланс трегалозы и гликогена в условиях голодания. Расширение наших знаний о генах, участвующих в реакции насекомых на голодание, поможет выяснить функцию метаболизма трегалозы при голодании.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Влияние голодания на содержание трегалозы и гликогена

Здесь мы сравнили содержание трегалозы и гликогена в ответ на разные периоды голодания у жука H.axyridis . В целом, наши результаты показывают, что содержание трегалозы и гликогена снижалось по мере увеличения времени голодания. Результаты показали, что самый высокий наблюдаемый уровень содержания трегалозы [98,21 ± 11,31 мг трегалозы / г белка (среднее ± стандартное отклонение)] был при 0-часовом голодании ( F 7, 16 = 22,74, P <0,001) ( A), в то время как самый высокий наблюдаемый уровень содержания гликогена (43,66 ± 1,18 мг глюкозы / г белка) наблюдался при 4-часовом голодании ( F 7, 16 = 352,93, P <0.001) (В). Содержание трегалозы значительно снизилось от 0 ч до 8 ч голодания, стабилизировалось при относительно высоком количестве с 8 ч до 24 ч (> 49,49 мг трегалозы / г белка) и продолжало снижаться в течение всего эксперимента до 24,25 ± 2,65. мг трегалозы / г белка при 72-часовом голодании (A). Кроме того, результаты показывают, что содержание гликогена снизилось более чем на 40 мкг глюкозы / мг белка в течение первых 8 часов, а затем значительно снизилось до самого низкого наблюдаемого уровня (1,97 ± 0,98 мг глюкозы / г белка) через 48 часов голодания ( Б).

Изменения трегалозы и гликогена у взрослых немеланических животных Harmonia axyridis в ответ на голодание (0–72 ч). (A) Изменения трегалозы при голодании. (B) Изменения гликогена во время голодания. Столбцы с разными буквами указывают на существенные различия ( P <0,05; односторонний тест ANOVA). Данные представлены в виде средних значений ± стандартное отклонение. ( n = 3).

Влияние голодания на активность растворимой и мембраносвязанной треалазы

Здесь мы оценили влияние голодания на активность растворимой и мембраносвязанной треалазы и обнаружили, что два типа треалазы демонстрируют сходную тенденцию во время процесса голодания.Как правило, активность треалазы была на самом высоком уровне в начале голодания и снижалась с 0 до 8 часов. Результаты показывают, что растворимая треалаза значительно снизилась с 28,06 ± 3,79 мг трегалозы / г белка / мин в 0 ч до 7,41 ± 0,889 мг трегалозы / г белка / мин через 8 ч и стабилизировалась приблизительно при 5,51 ± 0,21 мг трегалозы / г белка. / мин с 8 до 24 часов с последующим значительным увеличением до 17,26 ± 6,54 мг трегалозы / г белка / мин при 48-часовом голодании и 17,76 ± 1,05 мг трегалозы / г белка / мин при 72-часовом голодании ( F 7 , 16 = 15.92, P <0,001) (А). Кроме того, активность мембраносвязанной треалазы также значительно снижалась в каждый момент времени, с 18,28 ± 0,93 мг трегалозы / г белка / мин в 0 ч до 4,55 ± 0,22 мг трегалозы / г белка / мин в 8 ч, после чего активность увеличивалась. значительно до более чем 9,38 ± 2,39 мг трегалозы / г белка / мин через 18, 48 и 72 часа голодания ( F 7, 16 = 40,88, P <0,001) (B).

Изменения активности треалазы у Harmonia axyridis в ответ на голодание (0–72 ч). (A) Изменения активности растворимой треалазы во время голодания. (B) Изменения активности мембраносвязанной треалазы во время голодания. Столбцы с разными буквами указывают на существенные различия ( P <0,05; односторонний тест ANOVA). Данные представлены как среднее ± стандартное отклонение. ( n = 3).

Изменения в экспрессии мРНК растворимой треалазы и мембраносвязанной треалазы во время голодания

Подобно ферментативной активности растворимой и мембраносвязанной треалазы, экспрессия мРНК большинства растворимых и мембраносвязанных генов треалазы также снизилась в течение восьми месяцев. голодание, за исключением Трех2-1 в 8 ч и 18 ч ( F 7,16 = 25.82, P <0,001) и Treh3 через 24 часа ( F 7, 16 = 35,72, P <0,001) (A и B). Экспрессия Treh2-2 была самой низкой в ​​0 часов (контрольная группа) и показывала относительно высокие уровни только в течение 8 и 72 часов голодания ( F 7, 16 = 43,14, P <0,001) (B) . Экспрессия Treh2-3 значительно снизилась с 0 часов до 4 часов с последующим увеличением экспрессии на время эксперимента ( F 7, 16 = 351.48, P <0,001) (С). Экспрессия мРНК Treh2-4 ( F 7, 16 = 244,26, P <0,001) и Treh2-5 ( F 7, 16 = 232,82, P <0,001 ) продемонстрировал аналогичные тенденции к снижению в течение первых 12 часов эксперимента, после чего экспрессия Treh2-4 увеличивалась в каждый момент времени с 18 до 48 часов, а экспрессия Treh2-5 сохраняла относительно высокие уровни с 18 часов. до 48 ч.Уровни мРНК Treh2-4 и Treh2-5 были самыми низкими при 72-часовом голодании (D, E).

Количественная экспрессия мРНК мРНК пяти растворимых генов треалазы в Harmonia axyridis в ответ на голодание (0–72 ч). (A) Экспрессия мРНК HaTreh2-1 . (B) экспрессия мРНК HaTreh2-2 . (C) экспрессия мРНК HaTreh2-3 . (D) Экспрессия мРНК HaTreh2-4 . (E) экспрессия мРНК HaTreh2-5 .Экспрессия гена связана с экспрессией эндогенного контроля Harp49 ( H. axyridis , ген рибосомного белка 49), измеренной с помощью qRT-PCR. Данные представлены как среднее ± стандартное отклонение. ( n = 3). Столбцы с разными буквами указывают на существенные различия ( P <0,05; односторонний тест ANOVA).

Количественная экспрессия мРНК двух мембраносвязанных генов треалазы в Harmonia axyridis в ответ на голодание (0–72 ч). (A) Экспрессия мРНК HaTreh3 .(B) экспрессия мРНК HaTreh3-подобного . Экспрессия гена связана с экспрессией эндогенного контроля Harp49 ( H. axyridis , ген рибосомного белка 49), измеренной с помощью qRT-PCR. Данные представлены как среднее ± стандартное отклонение. ( n = 3). Столбцы с разными буквами указывают на существенные различия ( P <0,05; односторонний тест ANOVA).

Результаты показали, что тенденции в экспрессии мРНК Treh3-like и Treh3 были разными.Экспрессия мРНК Treh3-подобной у голодающих взрослых особей H. axyridis была ниже, чем в контрольной группе, и была самой низкой у взрослых, голодавших в течение 8 часов, при этом значительных различий между точками времени от 4 до 72 часов не было ( F 7, 16 = 20,23, P <0,001) (B). Напротив, экспрессия Treh3-подобной мРНК различалась в зависимости от продолжительности периода голодания. Экспрессия мРНК Treh3 значительно снизилась с 0 до 4 часов, увеличилась через 8 и 12 часов, была самой низкой через 18 часов, увеличилась до максимального уровня экспрессии через 24 часа, значительно снизилась с 24 часов до 72 часов. , и, наконец, поддерживал относительно высокие уровни через 48 и 72 часа, которые существенно не отличались от таковых в 0 часов (A).

Влияние голодания на экспрессию TPS

Экспрессию мРНК гена TPS, идентифицированного в H. axyridis , рассчитывали для всех восьми периодов голодания. Экспрессия мРНК TPS была различной в ходе эксперимента с голоданием ( F 7, 16 = 32,75, P <0,001). Результаты показали, что экспрессия TPS между 4 и 18 часами была ниже, чем в 0 часов голодания, и существенно не различалась между четырьмя временными точками в этот период.Экспрессия TPS значительно увеличивалась с 18 до 24 часов, достигала максимума через 24 часа и снижалась с 24 до 72 часов, поддерживая более высокий уровень через 48 часов, и имела значительную разницу с контрольной группой (0 часов) ().

Количественная экспрессия мРНК трегалозо-6-фосфатсинтазы ( HaTPS ) в Harmonia axyridis в ответ на голодание (0–72 ч). Экспрессия гена относится к экспрессии эндогенного контроля Harp49 ( H. axyridis , ген рибосомного белка 49), измеренной с помощью qRT-PCR.Данные представлены как среднее ± стандартное отклонение. ( n = 3). Столбцы с разными буквами указывают на существенные различия ( P <0,05; односторонний тест ANOVA).

Влияние голодания на экспрессию

HaGP и HaGS

Экспрессия мРНК гликогенфосфорилазы ( HaGP ) и гликоген-синтазы ( HaGS ) была обнаружена с помощью qRT-PCR (Suann et al., 2015). В результате в период голодания уровень HaGP увеличился, а экспрессия HaGS снизилась ().Изменения экспрессии мРНК HaGP достоверно не различались в 0 ч, 4 ч, 8 ч, 48 ч и 72 ч и были в пять раз выше, чем в контрольной группе через 12 ч и 18 ч. Экспрессия HaGP также значительно снизилась с 12 до 48 часов, достигнув самого низкого уровня экспрессии ( F 7, 16 = 164,85, P <0,001) (A). Экспрессия мРНК HaGS была ниже, чем в контрольной группе от 4 до 72 часов голодания, и была значительно ниже в 0 часов голодания, чем в 4 и 72 часа голодания ( F 7, 16 = 5.48, P = 0,002) (В). Кроме того, не было достоверных различий от 4 до 72 часов голодания.

Количественная экспрессия мРНК гликогенфосфорилазы (GP) и гликогенсинтазы (GS) в Harmonia axyridis в ответ на голодание (0–72 ч). (A) Экспрессия мРНК HaGP . (B) экспрессия мРНК HaGS . Экспрессия гена связана с экспрессией эндогенного контроля Harp49 ( H. axyridis , ген рибосомного белка 49), измеренной с помощью qRT-PCR.Данные представлены как среднее ± стандартное отклонение. ( n = 3). Столбцы с разными буквами указывают на существенные различия ( P <0,05; односторонний тест ANOVA).

ОБСУЖДЕНИЕ

Треалазы могут катализировать гидролиз одного моля трегалозы до двух моль глюкозы и используются для поглощения или утилизации трегалозы в гемолимфе. У насекомых существует два разных типа треалазы: растворимая треалаза (Treh2) и мембраносвязанная треалаза (Treh3), которая включает более одной потенциальной трансмембранной спирали (Chen et al., 2010; Tang et al., 2012a). В нашем исследовании концентрации трегалозы и гликогена уменьшались с увеличением времени голодания (), аналогично результатам предыдущего исследования, показывающего, что низкий уровень депривации и высокий уровень депривации (т.е. неподвижность и активное поведение) у муравьев приводили к значительному снижению содержания трегалозы в ответ на 11–13 дней углеводной депривации (Schilman and Roces, 2008). При воздействии сильного лишения сахара уровни трегалозы и фруктозы у неподвижных муравьев были выше по сравнению с активными муравьями, при этом не было значительной разницы в уровнях глюкозы.Эти результаты показали, что движение насекомых подпитывается энергией трегалозы и фруктозы (Schilman and Roces, 2008). Точно так же жук H. axyridis голодал при нормальных условиях, и, поскольку им нужно было найти пищу для смягчения голода, наблюдалось увеличение скорости спринта и максимального расстояния перемещения, в то время как частота пауз уменьшалась, когда жуков голодали в течение 8 часов в сутки. сравнение с контрольными (0 ч) взрослыми особями (Tang et al., 2014). В таких условиях и по мере увеличения потребности в энергии мы обнаружили, что эта энергия поступает из трегалозы до 8 часов голодания у взрослых H.axyridis (A), в то время как уровни трегалозы и гликогена значительно снизились (в девять раз ниже) с 8 до 24 часов (). Эти результаты показывают, что гликоген был основным энергетическим ресурсом, потребляемым от 8 до 24 часов голодания.

Гликоген можно использовать в качестве второй формы хранения энергии во время коротких периодов голодания, поскольку количество трегалозы продолжало снижаться с 48 до 72 часов голодания, в то время как гликоген сохранялся на более низком уровне (). В другом исследовании уровни трегалозы увеличивались через 12-48 часов голодания, в то время как экспрессия инсулиноподобных пептидов (ИЛП) снижалась у личинок Spodoptera exigua (Hübner) (Lepidoptera: Noctuidae) (Kim and Hong, 2015). .Более того, уровни трегалозы значительно увеличиваются, когда экспрессия генов ILP подавляется посредством RNAi как в S. exigua , так и в Drosophila melanogaster (Kim and Hong, 2015; Zhang et al., 2009). С другой стороны, концентрация трегалозы в титрах жирных кислот и гемолимфе постепенно снижалась в течение шести дней голодания у моли Heliothis virescens (Fabricius) (Lepidoptera, Noctuidae) (Foster and Johnson, 2010). Другие ранее опубликованные исследования также продемонстрировали, что гликоген и трегалоза играют важную роль в голодании и условиях лишения пищи, регулируя экспрессию рецептора инсулина (InR) через инсулин и 20E (Keshan et al., 2016; Мацуда и др., 2015). Также было показано, что существуют различия во влиянии голодания на трегалозу и гликоген в зависимости от развития, где количество трегалозы и гликогена снижалось у взрослых (по сравнению с личинками) в ответ на голодание, как в настоящем исследовании () (Keshan et al. ., 2016; Wang et al., 2016а, б).

В ранее опубликованном эксперименте по голоданию взрослых особей H. axyridis , экспрессия HaTPS снизилась в течение первых 12 часов и продолжала расти (Tang et al., 2014), тогда как в настоящем исследовании экспрессия HaTPS существенно не изменилась от 4 до 18 часов голодания (). Более того, экспрессия HaTPS значительно увеличилась с 24 ч до 48 ч по сравнению с 0 ч и достигла относительно высокого уровня через 72 ч голодания (). Эти результаты показывают, что трегалоза может синтезироваться в основном в период от 24 до 72 часов перед лицом голода, и что другие сахара играют роль противодействия голоданию и превращаются в трегалозу.Выяснение других потенциальных сахаров-хранилищ, участвующих в реакции на голодание H. axyridis , потребует дальнейших исследований.

Было высказано предположение, что наиболее важной функцией треалазы является облегчение поглощения и использования трегалозы из крови (Azuma and Yamashita, 1985a, b; Tang et al., 2008; Zhao et al., 2016). Результаты предыдущего исследования показали, что скорость спринта после 4 часов голода была ниже, чем через 8 часов (Tang et al., 2014), что указывает на первоначальные трудности в адаптации к голоданию у взрослых особей H.axyridis . По мере увеличения продолжительности голодания скорость спринта снижалась все больше и больше, указывая на то, что доступная энергия также уменьшалась (Tang et al., 2014). Этот результат согласуется с нашими результатами об уровнях экспрессии HaTPS и HaTreh2-1 , а также наблюдаемой активности растворимых и мембраносвязанных трегалаз. Наше наблюдение, что экспрессия HaGP увеличилась в ответ на голодание через 12 часов (A), согласуется с наблюдениями изменений содержания трегалозы и гликогена (), а также с экспрессией HaGP и HaGS .В другом исследовании экспрессия мРНК гликогенсинтазы снижалась, а гликогенфосфорилаза увеличивалась в ответ на кратковременное голодание (т. Е. 6 ч, 12 ч и 24 ч) у S. exigua (Tang et al., 2012a, b. ). Кроме того, семь генов треалазы в H. axyridis включают в себя общую активность растворимой треалазы и мембраносвязанной треалазы, где каждый ген треалазы играет особую роль в течение периода голодания. Например, HaTreh2-1 играл роль в разложении трегалозы в течение первых 8 часов голодания (A), в то время как HaTreh2-3 , HaTreh2-4 , HaTreh2-5 и HaTreh3 , по-видимому, регулируют изменения уровня трегалозы через 24 и 48 часов голодания (и A).Таким образом, треалаза, TPS, GP и GS работают вместе, чтобы регулировать изменения уровней трегалозы и гликогена в ответ на голодный стресс.

В этом исследовании взрослые особи H. axyridis были помещены в пластиковую посуду для культивирования в начале эксперимента по голоданию, где взрослые особи могут двигаться, но не летать. Ранее сообщалось, что у саранчи уровни трегалозы изменяются сразу же, когда насекомые начинают летать (Van der Horst et al., 1978). Способность H. axyridis , распространенного по всему миру, выживать в неблагоприятных условиях очень высока.Поскольку в некоторых странах он считается инвазивным видом, исследования физиологических и биохимических основ регуляции трегалозы перед лицом голода могут быть полезны для помощи в борьбе с инвазиями.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Экспериментальные насекомые

Harmonia axyridis были собраны в деревне Ванцзяюань, Пекин, Китай. Экспериментальная популяция содержалась в нашей лаборатории более 2 лет, кормилась Aphis medicaginis (Koch) и поддерживалась при температуре 25 ± 1 ° C.Меланиновые и немеланические популяции создавали и поддерживали в следующих условиях: 25 ° C, относительная влажность 70% и фотопериод 16 часов света: 8 часов темноты. Стадии развития синхронизировались при каждой линьке путем сбора новых личинок, куколок или взрослых особей путем ежедневного кормления свежим A. medicaginis . Ткани брюшной полости на разных стадиях развития препарировали в физиологическом растворе насекомых, содержащем 0,75% NaCl, и хранили при -80 ° C до дальнейшего анализа. Для всех процедур голодания использовали 7-дневных взрослых из немеланической группы.

Голодание

Было использовано восемь обработок (т.е. периодов голодания) для наблюдения эффектов голодания с течением времени: 0 часов (контроль), 4 часа, 8 часов, 12 часов, 18 часов, 24 часа, 48 часов и 72 часа. час Более десяти взрослых особей добавляли в пластиковую культуральную посуду (Φ9 см) для каждой обработки голоданием. Все эксперименты с голоданием повторяли от трех до пяти раз для каждой обработки.

Приготовление углеводных экстрактов

От пяти до семи взрослых особей жуков (с удаленными надкрыльями) помещали в 1.Центрифужная пробирка 5 мл. После добавления 200 мкл 20 мМ фосфатно-солевого буфера (PBS, pH 6,0) ткани гомогенизировали при 0 ° C (гомогенизатор TGrinder OSE-Y20; Tiangen Biotech Co., Ltd., Пекин) с последующей обработкой ультразвуком в течение 30 с (VCX 130PB, Sonics, Ньютаун, Коннектикут, США). Добавляли PBS (800 мкл) и гомогенаты центрифугировали при 12000 × g при 4 ° C в течение 10 мин. Осадки удаляли и аликвоты супернатанта анализировали для определения концентрации белка с использованием метода связывания белок-краситель (Bio-Rad, Геркулес, Калифорния, США) с бычьим сывороточным альбумином в качестве стандарта.Затем 500 мкл супернатанта добавляли в пробирку на 1,5 мл и затем кипятили, после чего раствор центрифугировали при 12000 × g в течение 10 минут для удаления любого остаточного белка. Супернатант был поровну разделен между двумя пробирками: одну подвергали непосредственно анализу содержания гликогена, а другую обрабатывали для измерения трегалозы. Поскольку гликоген нестабилен в сильной кислоте, но стабилен в сильнощелочных условиях, а глюкоза нестабильна в сильных кислотных или щелочных условиях, в то время как трегалоза очень устойчива в кислотных или щелочных условиях, чтобы измерить трегалозу, мы сначала гидролизовали гликоген до глюкоза в серной кислоте (H 2 SO 4 ) в условиях нагревания.Впоследствии вся глюкоза разлагалась в щелочных условиях. Таким образом, полученный супернатант содержал трегалозу без других загрязняющих углеводов и белков. Подробности анализов трегалозы и гликогена следующие.

Измерение содержания трегалозы и гликогена

Содержание трегалозы оценивали с использованием модифицированной версии ранее описанного протокола (Ge et al., 2011). Вкратце, 50 мкл супернатанта добавляли в пробирку на 1,5 мл, добавляли 50 мкл 1% H 2 SO 4 , и пробирку инкубировали при 90 ° C на водяной бане в течение 10 минут для гидролиза гликогена, после который охлаждали на льду в течение 3 мин.Затем к разложившейся глюкозе добавляли 50 мкл 30% гидроксида калия, и супернатант снова инкубировали в воде при 90 ° C в течение 10 минут и охлаждали на льду в течение 3 минут. Затем добавляли 4 объема 0,2% (м / об) антрона (Sigma, Шанхай, Китай) в 80% растворе H 2 SO 4 после его охлаждения на льду в течение 3 минут и кипячения супернатанта в течение 10 минут. . После охлаждения 200 мкл реакционного раствора помещали в 96-луночный планшет и определяли оптическую плотность при 620 нм с использованием SpectraMax M5 (Molecular Devices, Саннивейл, Калифорния, США).Содержание трегалозы рассчитывали на основе стандартной кривой и выражали в мг трегалозы на 1 г общего белка.

Содержание гликогена измеряли, как описано Santos et al. (2008). Вкратце, 100 мкл супернатанта (из раздела 2.3) инкубировали в течение 4 ч при 37 ° C в присутствии 20 мкл (1 ед.) Амилоглюкозидазы (EC 3.2.1.3; Sigma-Aldrich), разведенной в 100 мМ ацетате натрия (pH 5,5). гидролизовать гликоген. Количество глюкозы, образованной из гликогена, определяли с использованием набора для анализа глюкозы (GAGO20-1KT; Sigma-Aldrich) в соответствии с инструкциями производителя.Контроли готовили в отсутствие фермента, и количество гликогена рассчитывали, исключая эндогенную глюкозу. Содержание гликогена рассчитывали как мг глюкозы на 1 г общего белка.

Анализ активности растворимой треалазы и мембраносвязанной треалазы

Активность треалазы определяли, как описано ранее (Tatun et al., 2008). Вкратце, три брюшных ткани взрослых жуков объединяли с 200 мкл 20 мМ PBS (pH 6,0) в пробирке на 1,5 мл и гомогенизировали при 0 ° C (гомогенизатор TGrinder OSE-Y20, TIANGEN, Китай), а затем обрабатывали ультразвуком в течение 30 с (VCX 130ПБ; Соникс).К гомогенату добавляли PBS (800 мкл), раствор центрифугировали при 1000 × g при 4 ° C в течение 10 минут, остатки кутикулы удаляли и полученный супернатант снова центрифугировали при 105000 × г и 4 ° C в течение 60 мин (CP100MX; Hitachi, Токио, Япония). Фракцию супернатанта переносили в новую пробирку и непосредственно использовали для измерения активности растворимой трегалазы. Фракцию осадка дважды промывали PBS и затем суспендировали в 200 мкл PBS для измерения мембраносвязанной треалазы.Концентрацию белка в каждом образце определяли перед анализом треалазы с использованием метода связывания белок-краситель (Bio-Rad) с бычьим сывороточным альбумином в качестве стандарта. Для анализа активности треалазы реакционная смесь (250 мкл) состояла из 62,5 мкл 40 мМ трегалозы (Sigma, США) в 20 мМ PBS (pH 6,0), 50 мкл растворимой или мембраносвязанной фракции треалазы и 137,5 мкл. мкл PBS. Смесь инкубировали при 37 ° C в течение 30 мин, после чего реакцию останавливали нагреванием в кипящей воде в течение 5 мин.Коагулированный белок удаляли центрифугированием при 12000 × g при 4 ° C в течение 10 мин. Аликвоту полученного супернатанта использовали для измерения количества глюкозы с помощью набора для анализа глюкозы (GAGO20-1KT, Sigma-Aldrich) в соответствии с инструкциями производителя; данные были выражены в мг глюкозы на грамм белка в минуту.

Экстракция РНК, синтез кДНК и количественная ПЦР в реальном времени

Полную РНК экстрагировали из тканей брюшной полости с использованием Trizol (Invitrogen, Waltham, MA, USA).Синтез первой цепи кДНК проводили с использованием набора реагентов PrimeScript ® RT с gDNA Eraser (TaKaRa, Shiga, Japan) в соответствии с инструкциями производителя. КДНК первой цепи (1 мкл) использовали в качестве матрицы для полимеразной цепной реакции (ПЦР).

Тотальную РНК выделяли из взрослых особей H. axyridis после индукции холодом, и 1 мкг общей РНК использовали для последующего синтеза кДНК первой цепи с использованием описанного выше метода. Уровни экспрессии выбранных генов из H.axyridis , включая пять растворимых трегалаз, две мембраносвязанных трегалазы, TPS, GP и GS, оценивали с помощью количественной ПЦР в реальном времени (qRT – PCR) с использованием системы Bio-Rad CFX96 ™ и SsoFast ™ EvaGreen ® Supermix ( Био-Рад). Затем кОТ-ПЦР выполняли в общем реакционном объеме 20 мкл, содержащем 1 мкл образца кДНК, 1 мкл (10 мкмоль / мкл) каждого праймера, 7 мкл воды, свободной от РНКазы и ДНКазы, и 10 мкл SsoFastTM EvaGreen ®. Супермикс. Праймеры были заменены на H 2 O в качестве отрицательного контроля и на Harp49 ( H.axyridis , ген рибосомного белка 49, регистрационный номер GenBank {«type»: «entrez-нуклеотид», «attrs»: {«text»: «AB552923», «term_id»: «327343027», «term_text»: «AB552923» }} AB552923) использовали в качестве эндогенного контроля или других эталонных генов (Olson et al., 2014). Праймеры были следующими: Harp49-qF (5′-GCG ATC GCT ATG GAA AAC TC-3 ‘) и Harp49-qR (5′-TAC GAT TTT GCA TCA ACA GT-3′) (Osanai- Futahashi et al., 2012; Shi et al., 2016). Праймеры для генов треалазы, TPS, GP и GS H.axyridis были разработаны как часть этого исследования для нацеливания на уникальные регионы. Последовательности праймеров и температура отжига каждой пары праймеров показаны на рис. Эффективность усиления мишени идентична эффективности усиления эталона при каждой температуре отжига. Параметры цикла были следующими: 95 ° C в течение 3 минут для начальной денатурации, затем 40 циклов при 95 ° C в течение 10 с и 56–62,5 ° C в течение 30 секунд. Анализ кривой плавления (65–95 ° C) выполняли в соответствии с инструкциями производителя, чтобы гарантировать, что амплифицирован только один продукт (SsoFastTM EvaGreen ® Supermix; Bio-Rad).Данные были проанализированы с использованием метода относительной количественной оценки (ΔΔC t ) (Livak and Schmittgen, 2001).

Таблица 1.

Праймеры, использованные в этом исследовании

Статистический анализ

Все данные были представлены как относительная экспрессия мРНК (среднее ± стандартное отклонение). Данные были оценены на предмет нормальности и однородности дисперсии. Содержание трегалозы, содержание гликогена, две активности треалазы и относительная экспрессия мРНК анализировали с использованием однофакторного дисперсионного анализа с программным пакетом Statistica версии 7.0 (StatSoft Inc., Талса, США). Множественные сравнения средних были проведены с использованием критерия Тьюки. Различия между средними значениями считались значительными, когда P ≤0,05.

Сноски

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих или финансовых интересов.

Вклад авторов

Концептуализация: Z.-K.S., S.-G.W., B.T .; Методология: З.-К.С .; Формальный анализ: Z.-K.S., S.W., L.Z .; Исследование: З.-K.S., Y.-X.X., X.-J.G .; Ресурсы: S.-G.W., F.Z .; Курирование данных: Z.-K.S., S.W., L.Z .; Написание — черновик: Б.Т .; Написание — просмотр и редактирование: S.W., L.Z .; Надзор: X.-J.G., F.Z., B.T .; Администрация проекта: Б.Т .; Финансирование: S.-G.W., F.Z., B.T.

Финансирование

Работа выполнена при поддержке Национальной программы фундаментальных исследований Китая (грант № 2013CB127600), Национального фонда естественных наук Китая (гранты № 31071731 и 31371996), Пекинской программы NOVA (грант №Z121105002512039), Программа технических инноваций Пекинской академии сельскохозяйственных и лесных наук (грант № 20170107) и Пекинская технологическая программа (грант № D171100001617003).

Ссылки

  • Adriaens T., San Martin y Gomez G. и Maes D. (2008). История инвазии, предпочтения в среде обитания и фенология инвазивной божьей коровки Harmonia axyridis в Бельгии. BioControl 53, 69-88. 10.1007 / s10526-007-9137-6 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Адзума М.и Ямасита О. (1985a). Клеточная локализация и предполагаемая функция треалазы средней кишки у личинки тутового шелкопряда, Bombyx mori . Тканевая клетка 17, 539-551. 10.1016 / 0040-8166 (85) -8 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Адзума М. и Ямасита О. (1985b). Иммуногистохимическая и биохимическая локализация треалазы в развивающихся яичниках тутового шелкопряда, Bombyx mori . Insect Biochem. 15, 589-596. 10.1016 / 0020-1790 (85) -2 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Бэйл Дж.С. и Хейворд С. А. Л. (2010). Зимуют насекомые в условиях меняющегося климата. J. Exp. Биол. 213, 980-994. 10.1242 / jeb.037911 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Баццокки Г. Г., Ланзони А., Аччинелли Г. и Берджио Г. (2004). Зимовка, фенология и плодовитость Harmonia axyridis в сравнении с аборигенными кокцинеллидами в Италии. BioControl 49, 245-260. 10.1023 / B: BICO.0000025382.07841.b4 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Берквенс Н., Бейл Дж. С., Берквенс Д., Тирри Л. и Де Клерк П. (2010). Холодостойкость божьей коровки арлекин Harmonia axyridis в Европе. J. Insect Physiol. 56, 438-444. 10.1016 / j.jinsphys.2009.11.019 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Браун П. М., Рой Х. Э., Ротери П., Рой Д. Б., Уэр Р. Л. и Майерус М. Э. Н. (2008a). Harmonia axyridis в Великобритании: анализ распространения и распространения неместной кокцинеллиды. BioControl 53, 55-67.10.1007 / s10526-007-9124-y [CrossRef] [Google Scholar]
  • Brown PMJ, Adriaens T., Bathon H., Cuppen J., Goldarazena A., Hägg T., Kenis M., Klausnitzer BEM, Kovář I. ., Loomans AJM et al. (2008b). Harmonia axyridis в Европе: распространение и распространение неместной кокцинеллиды. BioControl 53, 5-21. 10.1007 / s10526-007-9132-y [CrossRef] [Google Scholar]
  • Brown P. M. J., Thomas C. E., Lombaert E., Jeffries D. L., Estoup A. и Handley L.-J. Л. (2011). Глобальное распространение Harmonia axyridis (Coleoptera: Coccinellidae): распространение, расселение и маршруты инвазии. Биоконтроль 56, 623-641. 10.1007 / s10526-011-9379-1 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Chen J., Tang B., Chen H., Yao Q., Huang X., Chen J., Zhang D. и Zhang W. ( 2010). Различные функции растворимых и мембраносвязанных генов треалазы насекомых в биосинтезе хитина выявлены с помощью РНК-интерференции. PLoS ONE 5, e10133 10.1371 / журнал.pone.0010133 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Эльбейн А. Д. (1974). Метаболизм α, α-трегалозы. Adv. Углеводы. Chem. Biochem. 30, 227-256. 10.1016 / S0065-2318 (08) 60266-8 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Эльбейн А. Д., Пан Ю. Т., Пастушак И. и Кэрролл Д. (2003). Новое понимание трегалозы: многофункциональной молекулы. Гликобиология 13, 17Р-27Р. 10.1093 / glycob / cwg047 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Фостер С.П. и Джонсон С. П. (2010). Питание и концентрация трегалозы в гемолимфе влияют на выработку половых феромонов у девственных бабочек Heliothis virescens . J. Insect Physiol. 56, 1617–1623. 10.1016 / j.jinsphys.2010.06.002 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Фридман С. (1978). Регуляция трехолозы, один из аспектов метаболического гомеостаза. Annu. Преподобный Энтомол. 23, 389-407. 10.1146 / annurev.en.23.010178.002133 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Фрисон М., Парру Дж. Л., Гийомо Д., Маскелье Д., Франсуа Дж., Шомон Ф. и Батоко Х. (2007). Треалаза Arabidopsis thaliana представляет собой связанный с плазматической мембраной фермент с внеклеточной активностью. FEBS Lett. 581, 4010-4016. 10.1016 / j.febslet.2007.07.036 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ge L.-Q., Zhao K.-F., Huang L.-J. и Wu J.-C. (2011). Влияние триазофоса на содержание трегалозы, активность треалазы и экспрессию их генов в коричневой цикадке Nilaparvata lugens (Stal) (Hemiptera: Delphacidae). Пестик. Biochem. Physiol. 100, 172–181. 10.1016 / j.pestbp.2011.03.007 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Джонстон М. и Карлсон М. (1992). Регулирование использования углерода и фосфатов. В г. Молекулярная и клеточная биология дрожжевых сахаромицетов (изд. Джонс Э. У., Прингл Дж. Р. и Броуч Дж. Р.). С. 193-281. Колд-Спринг-Харбор, Нью-Йорк: Лаборатория издательства Колд-Спринг-Харбор: Нью-Йорк. [Google Scholar]
  • Кешан Б., Тунаоджам Б.и Х.С.Д. (2016). Действие инсулина и 20-гидроксиэкдизона в Bombyx mori: содержание гликогена и характер экспрессии рецепторов инсулина и экдизона в жировом теле. Gen. Comp. Эндокринол. 241, 108-117. 10.1016 / j.ygcen.2016.06.022 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Хани А., Мохаррамипур С. и Барзегар М. (2007). Холодостойкость и накопление трегалозы у зимующих личинок плодожорки, Cydia pomonella (Lepidoptera: Tortricidae). Eur. Дж.Энтомол. 104, 385 10.14411 / eje.2007.057 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ким И. и Хонг Ю. (2015). Регулирование уровня трегалозы в гемолимфе с помощью инсулиноподобного пептида посредством диэфирного ритма кормления совки Spodoptera exigua. Пептиды 68, 91-98. 10.1016 / j.peptides.2015.02.003 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Kunieda T., Fujiyuki T., Kucharski R., Foret S., Ament SA, Toth AL, Ohashi K., Takeuchi H. , Камикоути А., Каге Э. и др. (2006).Гены и пути метаболизма углеводов у насекомых: выводы из генома медоносной пчелы. Insect Mol. Биол. 15, 563-576. 10.1111 / j.1365-2583.2006.00677.x [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Лапари М., Ларвор В., Френо Й. и Рено Д. (2012). Устойчивость к истощению и влияние диеты на запасы энергии хищного жужелица ( Merizodus soledadinus ; Carabidae), вторгающегося на острова Кергелен. Комп. Biochem. Physiol. Мол.Интегр. Physiol. 161, 122–129. 10.1016 / j.cbpa.2011.09.011 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ливак К. Дж. И Шмитген Т. Д. (2001). Анализ данных относительной экспрессии генов с использованием количественной ПЦР в реальном времени и метода 2 ΔΔC t . Методы 25, 402-408. 10.1006 / meth.2001.1262 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Мацуда Х., Ямада Т., Йошида М. и Нисимура Т. (2015). Летает без трегалозы. J. Biol. Chem. 290, 1244–1255.10.1074 / jbc.M114.619411 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Mirande L., Desneux N., Haramboure M., Schneider M. I. (2015). Внутригильдейское хищничество между экзотической и местной кокцинеллидой в Аргентине: роль плотности добычи. J. Pest Sci. 88, 155–162. 10.1007 / s10340-014-0597-z [CrossRef] [Google Scholar]
  • Монтут К. Л., Марден Дж. Х. и Кларк А. Г. (2003). Картирование детерминант изменения энергетического метаболизма, дыхания и полета у дрозофилы. Генетика 165, 623-635. 10.1007 / s10340-014-0597-z [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Олсон Р. Л., Фаррис Р. Э., Барр Н. Б. и Коньято А. И. (2014). Молекулярная идентификация Trogoderma granarium (Coleoptera: Dermestidae) с использованием гена 16s. J. Pest Sci. 87, 701-710. 10.1007 / s10340-014-0621-3 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Осанай-Футахаши М., Охде Т., Хирата Дж., Утино К., Футахаси Р., Тамура Т., Ниими Т.и Сезуцу Х. (2012). Видимый доминантный маркер трансгенеза насекомых. Nat. Commun. 3, 1295 10.1038 / ncomms2312 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Первез А. и Омкар А. (2006). Экология и применение биологической борьбы с разноцветной азиатской божьей коровкой, Harmonia axyridis : обзор. Biocontrol. Sci. Technol. 16, 111-128. 10.1080 / 09583150500335350 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Цинь З., Ван С., Вэй П., Сюй К. Д., Тан Б. и Чжан Ф. (2012). Молекулярное клонирование и экспрессия при холодной индукции гена трегалозо-6-фосфатсинтазы в Harmonia axyridis (Pallas). Acta Entomol. Грех. 55, 651-658. [Google Scholar]
  • Рой Х. Э., Браун П. М. Дж., Адрианс Т., Берквенс Н., Боргес И., Клюзелла-Труллас С., Комонт Р. Ф., Клерк П. Д., Рене Эшен Р., Эступ А. и др. (2016). Божья коровка арлекин, Harmonia axyridis : глобальные взгляды на историю вторжений и экологию. Bio. Вторжения 18, 997-1044. 10.1007 / s10530-016-1077-6 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Сантос Р., Мариано А. К., Росас-Оливейра Р., Паскарелли Б., Мачадо Э. А., Мейер-Фернандес Дж. Р. и Гондим К. С. (2008). Накопление и утилизация углеводов ооцитами Rhodnius prolixus. Arch. Насекомое Biochem. Physiol. 67, 55-62. 10.1002 / arch.20217 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Шилман П. Э. и Роузес Ф. (2008). Уровни сахара в гемолимфе у муравьев, питающихся нектаром: зависимость от метаболических расходов и углеводной депривации. J. Comp. Physiol. B 178, 157–165. 10.1007 / s00360-007-0207-y [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ши З., Лю X., Сюй Ц., Цинь З., Ван С., Чжан Ф., Ван С.Г. и Тан Б. . (2016). Два новых гена растворимой треалазы, клонированные из Harmonia axyridis , и регуляция фермента при быстро меняющейся температуре. Комп. Biochem. Physiol. B Biochem. Мол. Биол. 198, 10-18. 10.1016 / j.cbpb.2016.03.002 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Сильва М.К. П., Терра В. Р. и Феррейра К. (2004). Роль карбоксильных, гуанидиновых и имидазольных групп в катализе треалазой средней кишки, очищенной от личинок насекомых. Insect Biochem. Мол. Биол. 34, 1089-1099. 10.1016 / j.ibmb.2004.07.001 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Суанн М., Богема Д. Р., Чен Ю., Мэнсфилд С., Барчиа И. М. и Херрон Г. А. (2015). Метод TaqMan qPCR для определения устойчивости к kdr в Aphis gossypii демонстрирует улучшенную чувствительность по сравнению с традиционной ПЦР – ПДРФ. J. Pest Sci. 88, 785-791. 10.1007 / s10340-015-0651-5 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Тан Б., Чен X., Лю Ю., Тиан Х., Лю Дж., Ху Дж., Сюй В. и Чжан В. ( 2008 г.). Характеристика и паттерны экспрессии мембраносвязанной треалазы из Spodoptera exigua . BMC Mol. Биол. 9, 51 10.1186 / 1471-2199-9-51 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Тан Б., Чен Дж., Яо К., Пан З., Сюй В., Ван С. и Чжан В. (2010). Характеристика гена трегалозо-6-фосфатсинтазы из Spodoptera exigu a и идентификация его функции посредством РНК-интерференции. J. Insect Physiol. 56, 813-821. 10.1016 / j.jinsphys.2010.02.009 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Тан Б., Вэй П., Чен Дж., Ван С. Г. и Чжан В. К. (2012a). Прогресс в особенностях генов и функциях треалаз насекомых. Acta Entomol. Грех. 55, 1315-1321. [Google Scholar]
  • Тан Б., Сюй К., Цзоу К., Фанг К., Ван С. и Е Г. (2012b). Секвенирование и характеристика генов гликогенсинтазы и гликогенфосфорилазы из Spodoptera exigua и анализ их функции при голодании и чрезмерном потреблении сахара. Arch. Насекомое Biochem. Physiol. 80, 42-62. 10.1002 / arch.21027 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Тан Б., Цинь З., Ши З.-К., Ван С., Го X.-J., Ван С.-Г. и Чжан Ф. (2014). Треалаза в Harmonia axyridis (Coleoptera: Coccinellidae): влияние на двигательную активность жуков и корреляцию с метаболизмом трегалозы в условиях голодания. Заявл. Энтомол. Zool. 49, 255-264. 10.1007 / s13355-014-0244-4 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Татун Н., Сингтрипоп Т., Тунгджитвитаякул Дж. И Сакураи С. (2008). Регулирование активности растворимой и мембраносвязанной треалазы и экспрессии фермента в средней кишке личинок бамбукового мотылька Omphisa fuscidentalis. Insect Biochem. Мол. Биол. 38, 788-795. 10.1016 / j.ibmb.2008.05.003 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Терра В. Р. и Феррейра К. (1994). Пищеварительные ферменты насекомых: свойства, компартментализация и функции. Комп. Biochem. Physiol. B Комп. Biochem. 109, 1-62.10.1016 / 0305-0491 (94) -4 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Томпсон С. Н. (2003). Трегалоза — сахар «крови» насекомых. Adv. Насекомое. Physiol. 31, 205–285. 10.1016 / s0065-2806 (03) 31004-5 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ван дер Хорст Д. Дж., Ван Дорн Дж. М. и Бинаккерс А. М. Т. (1978). Динамика пула гемолимфы трегалозы во время полета саранчи, Locusta migratoria . Insect Biochem. 8, 413-416. 10.1016 / 0020-1790 (78) -7 [CrossRef] [Google Scholar]
  • ван Лентерен Дж.К., Луманс А. Дж. М., Бабендрайер Д. и Биглер Ф. (2008). Harmonia axyridis : оценка экологического риска для Северо-Западной Европы. BioControl 53, 37-54. 10.1007 / s10526-007-9120-2 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ван Ю., Кэмпбелл Дж. Б., Кафтаноглу О., Пейдж Р. Э. мл., Амдам Г. В. и Харрисон Дж. Ф. (2016a). Голодание личинок улучшает метаболический ответ на голодание взрослых медоносных пчел ( Apis mellifera L.). J. Exp. Биол. 219, 960-968.10.1242 / jeb.136374 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ван Ю., Кафтаноглу О., Брент С. С., Пейдж Р. Э. младший и Амдам Г. В. (2016b). Стресс голодания во время развития личинок способствует адаптивной реакции у взрослых медоносных пчел ( Apis mellifera L.). J. Exp. Биол. 219, 949-959. 10.1242 / jeb.130435 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Уинглер А. (2002). Функция биосинтеза трегалозы у растений. Фитохимия 60, 437-440.10.1016 / S0031-9422 (02) 00137-1 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ян М., Чжао Л., Шен К., Се Г., Ван С. и Тан Б. (2017). Нокдаун двух трегалозо-6-фосфатсинтаз серьезно влияет на экспрессию гена метаболизма хитина у коричневой цикадки Nilaparvata lugens . Pest Manag. Sci. 73, 206-216. 10.1002 / ps.4287 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Zappalà L., Biondi A., Alma A., Al-Jboory IJ, Arnò J., Bayram A., Chailleux A., El-Arnaouty A ., Герлинг Д., Генауи Ю. и др. (2013). Естественные враги южноамериканской моли, Tuta absoluta, в Европе, Северной Африке и на Ближнем Востоке, и их потенциальное использование в стратегиях борьбы с вредителями. J. Pest Sci. 86, 635-647. 10.1007 / s10340-013-0531-9 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Zauner C., Schneeweiss B., Kranz A., Madl C., Ratheiser K., Kramer L., Roth E., Schneider B. and Ленц К. (2000). Расход энергии в покое при кратковременном голодании увеличивается в результате повышения уровня норэпинефрина в сыворотке крови. Am. J. Clin. Nutr. 71, 1511-1515. [PubMed] [Google Scholar]
  • Чжан Х., Лю Дж., Ли К. Р., Момен Б., Кохански Р. А. и Пик Л. (2009). Делеция инсулиноподобных пептидов дрозофилы вызывает дефекты роста и метаболические нарушения. Proc. Natl. Акад. Sci. США 106, 19617–19622. 10.1073 / pnas.03106 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Zhao L., Yang M., Shen Q., Liu X., Shi Z., Wang S. и Tang B. ( 2016). Функциональная характеристика трех генов треалазы, регулирующих путь метаболизма хитина у коричневой цикадки, с использованием РНК-интерференции. Sci. Реп. 6, 27841 10.1038 / srep27841 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

Влияние голодания на углеводный обмен у Harmonia axyridis (Pallas)

Biol Open. 2017 июл 15; 6 (7): 1096–1103.

, 1, * , 2, * , 1 , 1 , 1 , 2 , 2 и 1, ‡ 9000 -5

Zuo

1 Ханчжоу Ключевая лаборатория адаптации и эволюции животных, Колледж наук о жизни и окружающей среде, Ханчжоуский педагогический университет, Ханчжоу, Чжэцзян 310036, Китай

Су Ван

2 Институт защиты растений и окружающей среды Пекинской академии Сельское и лесное хозяйство, Пекин 100089, Китай

Shi-Gui Wang

1 Ханчжоу Ключевая лаборатория адаптации и эволюции животных, Колледж наук о жизни и окружающей среде, Ханчжоуский педагогический университет, Ханчжоу, Чжэцзян 310036, Китай

Лу Чжан

1 Ханчжоу ключевая лаборатория адаптации и эволюции животных, Колледж наук о жизни и окружающей среде, Ханчжоуский педагогический университет, Ханчжоу, Чжэцзян 310036, C hina

Ян-Ся Сюй

1 Ханчжоу Ключевая лаборатория адаптации и эволюции животных, Колледж наук о жизни и окружающей среде, Ханчжоуский педагогический университет, Ханчжоу, Чжэцзян 310036, Китай

Сяо-Цзюнь Гуо

2 Институт отделения защиты растений и окружающей среды, Пекинская академия сельскохозяйственных и лесных наук, Пекин 100089, Китай

Fan Zhang

2 Институт защиты растений и окружающей среды Пекинской академии сельскохозяйственных и лесных наук, Пекин 100089, Китай

Bin Tang

1 Ханчжоу Ключевая лаборатория адаптации и эволюции животных, Колледж наук о жизни и окружающей среде, Ханчжоуский педагогический университет, Ханчжоу, Чжэцзян 310036, Китай

1 Ханчжоу Ключевая лаборатория адаптации и эволюции животных, Колледж жизни и окружающей среды Наук, Ханчжоуский педагогический университет, Ханчжоу, Чжэцзян 310036, Китай

2 Институт защиты растений и окружающей среды Пекинской академии сельскохозяйственных и лесных наук, Пекин 100089, Китай

* Эти авторы внесли равный вклад в эту работу

Получено 1 марта 2017 г .; Принят в печать 8 июня 2017 г.

Авторские права © 2017. Опубликовано The Company of Biologies Ltd. Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0), которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильной атрибуции оригинала. Эта статья цитируется в других статьях PMC.

РЕФЕРАТ

Трегалоза играет важную роль в хранении энергии, метаболизме и защите насекомых от экстремальных условий окружающей среды.Трегалоза является основным сахаром в крови у насекомых, и ее можно быстро использовать в качестве источника энергии в случае необходимости. Чтобы выяснить механизмы реакции на голодание, мы наблюдали влияние голодания на трегалозу и гликоген, активность треалазы и относительную экспрессию генов в метаболических путях трегалозы и гликогена у инвазивного жука Harmonia axyridis . Наши результаты показывают, что уровни трегалозы и активность двух типов треалаз значительно снизились в первые 8 часов голодания, в то время как относительная экспрессия HaTreh2-1 увеличилась.В то время как трегалоза оставалась почти постоянной на относительно высоком уровне от 8 до 24 часов, уровни гликогена значительно снизились с 8 до 24 часов голодания. Аналогичным образом, экспрессия гликогенфосфорилазы ( HaGP ) была значительно выше при голодании от 12 до 24 часов, чем в первые 8 часов, в то время как экспрессия гликогенсинтазы ( HaGS ) была относительно стабильной. Кроме того, содержание трегалозы значительно снизилось от 24-часового голодания до 72-часового голодания, в то время как активность трегалозы и относительная экспрессия примерно HaTreh генов обычно увеличивались к концу периода голодания.Экспрессия трегалозо-6-фосфатсинтазы ( HaTPS ) значительно увеличилась, поддерживая увеличение синтеза трегалозы. Эти результаты показывают, что трегалоза играет ключевую роль в энергии, обеспечиваемой во время процесса голодания, посредством молекулярной и биохимической регуляции метаболизма трегалозы и гликогена.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Trehalase, Trehalose, Glycogen, Starvation, QRT-PCR, Harmonia axyridis

ВВЕДЕНИЕ

Жук Harmonia axyridis (Pallas) (Coleoptera: Coccinellidae завезен во многие страны как средство биологической борьбы с насекомыми-вредителями (Roy et al., 2016). Harmonia axyridis особенно вынослива, и ее резкое распространение во многих странах было встречено с большим трепетом. В дополнение к резкому увеличению численности в странах, где он был интродуцирован, H. axyridis также распространился во многие страны, где он не был намеренно выпущен (Brown et al., 2008a). Например, не только H. axyridis является общеизвестно инвазивным в Европе (Adriaens et al., 2008; Brown et al., 2008a, b), но также сообщается о глобальном распространении H.axyridis — это быстрый процесс (Brown et al., 2011). Тем не менее, этот жук считается важным естественным врагом насекомых-вредителей (Zappalà et al., 2013; Mirande et al., 2015) и находится в центре внимания стратегий борьбы с вредителями как в сельском, так и в лесном хозяйстве азиатских стран, включая Китай. (Tang et al., 2014). Устойчивость H. axyridis к холоду является важной характеристикой и широко изучалась в отношении приложений биологической борьбы и аспектов инвазивности (Bazzocchi et al., 2004; Берквенс и др., 2010; Первез, Омкар, 2006; van Lenteren et al., 2008).

Трегалоза представляет собой невосстанавливающий сахар, который состоит из двух гликозидно связанных глюкозных единиц, и, хотя он обнаружен в различных таксонах (например, бактериях, дрожжах, грибах, нематодах, растениях, насекомых и других беспозвоночных), это отсутствует у млекопитающих (Elbein, 1974; Elbein et al., 2003; Frison et al., 2007; Wingler, 2002). Гликоген — это полисахарид, широко распространенный в микроорганизмах и клетках животных, где его основная роль — резервный углевод (Tang et al., 2012а, б). Хранение углеводов требуется в большинстве типов клеток, чтобы при необходимости они могли разлагаться для производства энергии. Предыдущие исследования метаболизма трегалозы и гликогена показали, что в синтезе трегалозы из гликогена или глюкозы у насекомых участвует несколько ферментов (Elbein et al., 2003; Kunieda et al., 2006; Montooth et al., 2003; Tang et al. , 2010), где глюкозо-6-фосфат (G6P), глюкозо-1-фосфат (G1P) и уридиндифосфат (UDP) -глюкоза являются неотъемлемыми субстратами или побочными продуктами энергетического метаболизма насекомых.Некоторыми ферментами (или генами), участвующими в энергетическом метаболизме насекомых, являются треалаза (Treh или TRE), гексокиназа (HK), глюкозо-6-фосфатаза (G-6-pase), глюкофосфатаза (PGM), гликогенфосфорилаза (GP), гликоген. синтаза (GS), UDP-глюкозопирофосфорилаза (UGPase), трегалозо-6-фосфатсинтаза (TPS) и трегалозо-6-фосфатфосфатаза (TPP) (Tang et al., 2012a; Yang et al., 2017). Трегалоза и гликоген являются центральными источниками глюкозы и глюкозо-6-фосфата у насекомых и могут быть ключевыми промежуточными продуктами (Tang et al., 2012а). Гликоген может расщепляться GP, PGM и UGPase на глюкозу-6-P и UDP-глюкозу, тем самым вступая в метаболический путь трегалозы.

Энергетический обмен у насекомых аналогичен энергетическому обмену у других животных; однако синтез и использование трегалозы уникальны для энергетического метаболизма насекомых, поскольку сахар в крови у насекомых представляет собой трегалозу, а не глюкозу (Friedman, 1978; Silva et al., 2004; Terra and Ferreira, 1994; Thompson, 2003; Tang et al. др., 2010). Трегалоза и гликоген являются ключевыми источниками энергии у насекомых и, как известно, играют важную роль в физиологической адаптации (Qin et al., 2012; Tang et al., 2012b). Гликоген накапливается во время диауксической фазы роста или в ответ на ограничения углерода, азота, серы или фосфора и гидролизуется в условиях углеродного голодания (Johnston and Carlson, 1992). Кроме того, трегалоза не только является одним из основных запасов энергии у насекомых, жизненно важным как для движения, так и для развития, но также может играть защитную роль, защищая белки и клеточные мембраны от различных стрессов окружающей среды (например, высыхания, обезвоживания, тепла, замораживания и т. Д. и окисление) (Bale, Hayward, 2010; Elbein et al., 2003; Фридман, 1978; Khani et al., 2007; Thompson, 2003), и было показано, что он быстро используется в стрессовых условиях (Thompson, 2003; Tang et al., 2014).

Для выживания, поскольку жизненно важно, чтобы животные поддерживали положительный баланс между энергией, полученной от кормления, и энергией, выделяемой на активность и рост, поскольку запасы энергии присущи всем живым организмам. Жировое тело и гемолимфа важны для хранения энергии насекомыми (Schilman and Roces, 2008), где трегалоза, как было показано, является основным свободно циркулирующим сахаром в гемолимфе насекомых (Thompson, 2003).В соответствии с предыдущими знаниями ожидается, что уровни трегалозы в гемолимфе насекомых будут зависеть как от количества потребляемых углеводов, так и от количества метаболизируемых, чтобы покрыть энергетические потребности данного человека (Schilman and Roces, 2008).

Насекомые, часто находящиеся под угрозой голода, обладают большей способностью пережить голод, подвергаясь ряду физиологических изменений. Было показано, что у насекомых голодание на личиночной стадии снижает скорость метаболизма взрослых особей (Wang et al., 2016a), что приводит к увеличению запасов энергии гликогена, триглицеридов (Wang et al., 2016a), глюкозы и трегалозы у взрослых (Kim and Hong, 2015; Wang et al., 2016a; Zauner et al., 2000 ) во время начальной стадии голодания; но это может привести к снижению содержания трегалозы и глюкозы с увеличением времени голодания (Laparie et al., 2012; Schilman and Roces, 2008). Хорошо известно, что было показано, что голодание регулируется инсулином и 20-гидроксиэкдизоном (20E) (Keshan et al., 2016; Ким и Хонг, 2015).

Harmonia axyridis способна выживать в различных условиях окружающей среды и широко распространена по всему миру. Хищные насекомые, такие как H. axyridis , могут выжить и даже процветать в условиях голода, когда мало насекомых-вредителей, на которых можно охотиться (Shi et al., 2016; Tang et al., 2014). В предыдущем исследовании (Tang et al., 2014) мы обнаружили, что скорость спринта и максимальное расстояние перемещения увеличились, а частота пауз уменьшилась у взрослых H.axyridis голодал в течение 8 часов по сравнению с контрольными (0 часов) взрослыми особями. Напротив, экспрессия мРНК генов треалазы, включая HaTreh2-1 и HaTreh2-2 , быстро увеличивалась у взрослых, голодавших с 8 до 18 часов, особенно с HaTreh2-1 , которая экспрессировалась в 289 раз у взрослых. голодал в течение 18 часов по сравнению с контрольными взрослыми. Напротив, экспрессия трегалозо-6-фосфатсинтазы ( HaTPS ) снижалась до 12 часов, а затем увеличивалась (Tang et al., 2014). На сегодняшний день клонировано более семи генов треалазы (Shi et al., 2016; Tang et al., 2014), а также один ген TPS (Qin et al., 2012), один ген GP , и один ген GS . Мы хотим знать, как эти гены регулируют баланс трегалозы и гликогена в условиях голодания. Расширение наших знаний о генах, участвующих в реакции насекомых на голодание, поможет выяснить функцию метаболизма трегалозы при голодании.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Влияние голодания на содержание трегалозы и гликогена

Здесь мы сравнили содержание трегалозы и гликогена в ответ на разные периоды голодания у жука H.axyridis . В целом, наши результаты показывают, что содержание трегалозы и гликогена снижалось по мере увеличения времени голодания. Результаты показали, что самый высокий наблюдаемый уровень содержания трегалозы [98,21 ± 11,31 мг трегалозы / г белка (среднее ± стандартное отклонение)] был при 0-часовом голодании ( F 7, 16 = 22,74, P <0,001) ( A), в то время как самый высокий наблюдаемый уровень содержания гликогена (43,66 ± 1,18 мг глюкозы / г белка) наблюдался при 4-часовом голодании ( F 7, 16 = 352,93, P <0.001) (В). Содержание трегалозы значительно снизилось от 0 ч до 8 ч голодания, стабилизировалось при относительно высоком количестве с 8 ч до 24 ч (> 49,49 мг трегалозы / г белка) и продолжало снижаться в течение всего эксперимента до 24,25 ± 2,65. мг трегалозы / г белка при 72-часовом голодании (A). Кроме того, результаты показывают, что содержание гликогена снизилось более чем на 40 мкг глюкозы / мг белка в течение первых 8 часов, а затем значительно снизилось до самого низкого наблюдаемого уровня (1,97 ± 0,98 мг глюкозы / г белка) через 48 часов голодания ( Б).

Изменения трегалозы и гликогена у взрослых немеланических животных Harmonia axyridis в ответ на голодание (0–72 ч). (A) Изменения трегалозы при голодании. (B) Изменения гликогена во время голодания. Столбцы с разными буквами указывают на существенные различия ( P <0,05; односторонний тест ANOVA). Данные представлены в виде средних значений ± стандартное отклонение. ( n = 3).

Влияние голодания на активность растворимой и мембраносвязанной треалазы

Здесь мы оценили влияние голодания на активность растворимой и мембраносвязанной треалазы и обнаружили, что два типа треалазы демонстрируют сходную тенденцию во время процесса голодания.Как правило, активность треалазы была на самом высоком уровне в начале голодания и снижалась с 0 до 8 часов. Результаты показывают, что растворимая треалаза значительно снизилась с 28,06 ± 3,79 мг трегалозы / г белка / мин в 0 ч до 7,41 ± 0,889 мг трегалозы / г белка / мин через 8 ч и стабилизировалась приблизительно при 5,51 ± 0,21 мг трегалозы / г белка. / мин с 8 до 24 часов с последующим значительным увеличением до 17,26 ± 6,54 мг трегалозы / г белка / мин при 48-часовом голодании и 17,76 ± 1,05 мг трегалозы / г белка / мин при 72-часовом голодании ( F 7 , 16 = 15.92, P <0,001) (А). Кроме того, активность мембраносвязанной треалазы также значительно снижалась в каждый момент времени, с 18,28 ± 0,93 мг трегалозы / г белка / мин в 0 ч до 4,55 ± 0,22 мг трегалозы / г белка / мин в 8 ч, после чего активность увеличивалась. значительно до более чем 9,38 ± 2,39 мг трегалозы / г белка / мин через 18, 48 и 72 часа голодания ( F 7, 16 = 40,88, P <0,001) (B).

Изменения активности треалазы у Harmonia axyridis в ответ на голодание (0–72 ч). (A) Изменения активности растворимой треалазы во время голодания. (B) Изменения активности мембраносвязанной треалазы во время голодания. Столбцы с разными буквами указывают на существенные различия ( P <0,05; односторонний тест ANOVA). Данные представлены как среднее ± стандартное отклонение. ( n = 3).

Изменения в экспрессии мРНК растворимой треалазы и мембраносвязанной треалазы во время голодания

Подобно ферментативной активности растворимой и мембраносвязанной треалазы, экспрессия мРНК большинства растворимых и мембраносвязанных генов треалазы также снизилась в течение восьми месяцев. голодание, за исключением Трех2-1 в 8 ч и 18 ч ( F 7,16 = 25.82, P <0,001) и Treh3 через 24 часа ( F 7, 16 = 35,72, P <0,001) (A и B). Экспрессия Treh2-2 была самой низкой в ​​0 часов (контрольная группа) и показывала относительно высокие уровни только в течение 8 и 72 часов голодания ( F 7, 16 = 43,14, P <0,001) (B) . Экспрессия Treh2-3 значительно снизилась с 0 часов до 4 часов с последующим увеличением экспрессии на время эксперимента ( F 7, 16 = 351.48, P <0,001) (С). Экспрессия мРНК Treh2-4 ( F 7, 16 = 244,26, P <0,001) и Treh2-5 ( F 7, 16 = 232,82, P <0,001 ) продемонстрировал аналогичные тенденции к снижению в течение первых 12 часов эксперимента, после чего экспрессия Treh2-4 увеличивалась в каждый момент времени с 18 до 48 часов, а экспрессия Treh2-5 сохраняла относительно высокие уровни с 18 часов. до 48 ч.Уровни мРНК Treh2-4 и Treh2-5 были самыми низкими при 72-часовом голодании (D, E).

Количественная экспрессия мРНК мРНК пяти растворимых генов треалазы в Harmonia axyridis в ответ на голодание (0–72 ч). (A) Экспрессия мРНК HaTreh2-1 . (B) экспрессия мРНК HaTreh2-2 . (C) экспрессия мРНК HaTreh2-3 . (D) Экспрессия мРНК HaTreh2-4 . (E) экспрессия мРНК HaTreh2-5 .Экспрессия гена связана с экспрессией эндогенного контроля Harp49 ( H. axyridis , ген рибосомного белка 49), измеренной с помощью qRT-PCR. Данные представлены как среднее ± стандартное отклонение. ( n = 3). Столбцы с разными буквами указывают на существенные различия ( P <0,05; односторонний тест ANOVA).

Количественная экспрессия мРНК двух мембраносвязанных генов треалазы в Harmonia axyridis в ответ на голодание (0–72 ч). (A) Экспрессия мРНК HaTreh3 .(B) экспрессия мРНК HaTreh3-подобного . Экспрессия гена связана с экспрессией эндогенного контроля Harp49 ( H. axyridis , ген рибосомного белка 49), измеренной с помощью qRT-PCR. Данные представлены как среднее ± стандартное отклонение. ( n = 3). Столбцы с разными буквами указывают на существенные различия ( P <0,05; односторонний тест ANOVA).

Результаты показали, что тенденции в экспрессии мРНК Treh3-like и Treh3 были разными.Экспрессия мРНК Treh3-подобной у голодающих взрослых особей H. axyridis была ниже, чем в контрольной группе, и была самой низкой у взрослых, голодавших в течение 8 часов, при этом значительных различий между точками времени от 4 до 72 часов не было ( F 7, 16 = 20,23, P <0,001) (B). Напротив, экспрессия Treh3-подобной мРНК различалась в зависимости от продолжительности периода голодания. Экспрессия мРНК Treh3 значительно снизилась с 0 до 4 часов, увеличилась через 8 и 12 часов, была самой низкой через 18 часов, увеличилась до максимального уровня экспрессии через 24 часа, значительно снизилась с 24 часов до 72 часов. , и, наконец, поддерживал относительно высокие уровни через 48 и 72 часа, которые существенно не отличались от таковых в 0 часов (A).

Влияние голодания на экспрессию TPS

Экспрессию мРНК гена TPS, идентифицированного в H. axyridis , рассчитывали для всех восьми периодов голодания. Экспрессия мРНК TPS была различной в ходе эксперимента с голоданием ( F 7, 16 = 32,75, P <0,001). Результаты показали, что экспрессия TPS между 4 и 18 часами была ниже, чем в 0 часов голодания, и существенно не различалась между четырьмя временными точками в этот период.Экспрессия TPS значительно увеличивалась с 18 до 24 часов, достигала максимума через 24 часа и снижалась с 24 до 72 часов, поддерживая более высокий уровень через 48 часов, и имела значительную разницу с контрольной группой (0 часов) ().

Количественная экспрессия мРНК трегалозо-6-фосфатсинтазы ( HaTPS ) в Harmonia axyridis в ответ на голодание (0–72 ч). Экспрессия гена относится к экспрессии эндогенного контроля Harp49 ( H. axyridis , ген рибосомного белка 49), измеренной с помощью qRT-PCR.Данные представлены как среднее ± стандартное отклонение. ( n = 3). Столбцы с разными буквами указывают на существенные различия ( P <0,05; односторонний тест ANOVA).

Влияние голодания на экспрессию

HaGP и HaGS

Экспрессия мРНК гликогенфосфорилазы ( HaGP ) и гликоген-синтазы ( HaGS ) была обнаружена с помощью qRT-PCR (Suann et al., 2015). В результате в период голодания уровень HaGP увеличился, а экспрессия HaGS снизилась ().Изменения экспрессии мРНК HaGP достоверно не различались в 0 ч, 4 ч, 8 ч, 48 ч и 72 ч и были в пять раз выше, чем в контрольной группе через 12 ч и 18 ч. Экспрессия HaGP также значительно снизилась с 12 до 48 часов, достигнув самого низкого уровня экспрессии ( F 7, 16 = 164,85, P <0,001) (A). Экспрессия мРНК HaGS была ниже, чем в контрольной группе от 4 до 72 часов голодания, и была значительно ниже в 0 часов голодания, чем в 4 и 72 часа голодания ( F 7, 16 = 5.48, P = 0,002) (В). Кроме того, не было достоверных различий от 4 до 72 часов голодания.

Количественная экспрессия мРНК гликогенфосфорилазы (GP) и гликогенсинтазы (GS) в Harmonia axyridis в ответ на голодание (0–72 ч). (A) Экспрессия мРНК HaGP . (B) экспрессия мРНК HaGS . Экспрессия гена связана с экспрессией эндогенного контроля Harp49 ( H. axyridis , ген рибосомного белка 49), измеренной с помощью qRT-PCR.Данные представлены как среднее ± стандартное отклонение. ( n = 3). Столбцы с разными буквами указывают на существенные различия ( P <0,05; односторонний тест ANOVA).

ОБСУЖДЕНИЕ

Треалазы могут катализировать гидролиз одного моля трегалозы до двух моль глюкозы и используются для поглощения или утилизации трегалозы в гемолимфе. У насекомых существует два разных типа треалазы: растворимая треалаза (Treh2) и мембраносвязанная треалаза (Treh3), которая включает более одной потенциальной трансмембранной спирали (Chen et al., 2010; Tang et al., 2012a). В нашем исследовании концентрации трегалозы и гликогена уменьшались с увеличением времени голодания (), аналогично результатам предыдущего исследования, показывающего, что низкий уровень депривации и высокий уровень депривации (т.е. неподвижность и активное поведение) у муравьев приводили к значительному снижению содержания трегалозы в ответ на 11–13 дней углеводной депривации (Schilman and Roces, 2008). При воздействии сильного лишения сахара уровни трегалозы и фруктозы у неподвижных муравьев были выше по сравнению с активными муравьями, при этом не было значительной разницы в уровнях глюкозы.Эти результаты показали, что движение насекомых подпитывается энергией трегалозы и фруктозы (Schilman and Roces, 2008). Точно так же жук H. axyridis голодал при нормальных условиях, и, поскольку им нужно было найти пищу для смягчения голода, наблюдалось увеличение скорости спринта и максимального расстояния перемещения, в то время как частота пауз уменьшалась, когда жуков голодали в течение 8 часов в сутки. сравнение с контрольными (0 ч) взрослыми особями (Tang et al., 2014). В таких условиях и по мере увеличения потребности в энергии мы обнаружили, что эта энергия поступает из трегалозы до 8 часов голодания у взрослых H.axyridis (A), в то время как уровни трегалозы и гликогена значительно снизились (в девять раз ниже) с 8 до 24 часов (). Эти результаты показывают, что гликоген был основным энергетическим ресурсом, потребляемым от 8 до 24 часов голодания.

Гликоген можно использовать в качестве второй формы хранения энергии во время коротких периодов голодания, поскольку количество трегалозы продолжало снижаться с 48 до 72 часов голодания, в то время как гликоген сохранялся на более низком уровне (). В другом исследовании уровни трегалозы увеличивались через 12-48 часов голодания, в то время как экспрессия инсулиноподобных пептидов (ИЛП) снижалась у личинок Spodoptera exigua (Hübner) (Lepidoptera: Noctuidae) (Kim and Hong, 2015). .Более того, уровни трегалозы значительно увеличиваются, когда экспрессия генов ILP подавляется посредством RNAi как в S. exigua , так и в Drosophila melanogaster (Kim and Hong, 2015; Zhang et al., 2009). С другой стороны, концентрация трегалозы в титрах жирных кислот и гемолимфе постепенно снижалась в течение шести дней голодания у моли Heliothis virescens (Fabricius) (Lepidoptera, Noctuidae) (Foster and Johnson, 2010). Другие ранее опубликованные исследования также продемонстрировали, что гликоген и трегалоза играют важную роль в голодании и условиях лишения пищи, регулируя экспрессию рецептора инсулина (InR) через инсулин и 20E (Keshan et al., 2016; Мацуда и др., 2015). Также было показано, что существуют различия во влиянии голодания на трегалозу и гликоген в зависимости от развития, где количество трегалозы и гликогена снижалось у взрослых (по сравнению с личинками) в ответ на голодание, как в настоящем исследовании () (Keshan et al. ., 2016; Wang et al., 2016а, б).

В ранее опубликованном эксперименте по голоданию взрослых особей H. axyridis , экспрессия HaTPS снизилась в течение первых 12 часов и продолжала расти (Tang et al., 2014), тогда как в настоящем исследовании экспрессия HaTPS существенно не изменилась от 4 до 18 часов голодания (). Более того, экспрессия HaTPS значительно увеличилась с 24 ч до 48 ч по сравнению с 0 ч и достигла относительно высокого уровня через 72 ч голодания (). Эти результаты показывают, что трегалоза может синтезироваться в основном в период от 24 до 72 часов перед лицом голода, и что другие сахара играют роль противодействия голоданию и превращаются в трегалозу.Выяснение других потенциальных сахаров-хранилищ, участвующих в реакции на голодание H. axyridis , потребует дальнейших исследований.

Было высказано предположение, что наиболее важной функцией треалазы является облегчение поглощения и использования трегалозы из крови (Azuma and Yamashita, 1985a, b; Tang et al., 2008; Zhao et al., 2016). Результаты предыдущего исследования показали, что скорость спринта после 4 часов голода была ниже, чем через 8 часов (Tang et al., 2014), что указывает на первоначальные трудности в адаптации к голоданию у взрослых особей H.axyridis . По мере увеличения продолжительности голодания скорость спринта снижалась все больше и больше, указывая на то, что доступная энергия также уменьшалась (Tang et al., 2014). Этот результат согласуется с нашими результатами об уровнях экспрессии HaTPS и HaTreh2-1 , а также наблюдаемой активности растворимых и мембраносвязанных трегалаз. Наше наблюдение, что экспрессия HaGP увеличилась в ответ на голодание через 12 часов (A), согласуется с наблюдениями изменений содержания трегалозы и гликогена (), а также с экспрессией HaGP и HaGS .В другом исследовании экспрессия мРНК гликогенсинтазы снижалась, а гликогенфосфорилаза увеличивалась в ответ на кратковременное голодание (т. Е. 6 ч, 12 ч и 24 ч) у S. exigua (Tang et al., 2012a, b. ). Кроме того, семь генов треалазы в H. axyridis включают в себя общую активность растворимой треалазы и мембраносвязанной треалазы, где каждый ген треалазы играет особую роль в течение периода голодания. Например, HaTreh2-1 играл роль в разложении трегалозы в течение первых 8 часов голодания (A), в то время как HaTreh2-3 , HaTreh2-4 , HaTreh2-5 и HaTreh3 , по-видимому, регулируют изменения уровня трегалозы через 24 и 48 часов голодания (и A).Таким образом, треалаза, TPS, GP и GS работают вместе, чтобы регулировать изменения уровней трегалозы и гликогена в ответ на голодный стресс.

В этом исследовании взрослые особи H. axyridis были помещены в пластиковую посуду для культивирования в начале эксперимента по голоданию, где взрослые особи могут двигаться, но не летать. Ранее сообщалось, что у саранчи уровни трегалозы изменяются сразу же, когда насекомые начинают летать (Van der Horst et al., 1978). Способность H. axyridis , распространенного по всему миру, выживать в неблагоприятных условиях очень высока.Поскольку в некоторых странах он считается инвазивным видом, исследования физиологических и биохимических основ регуляции трегалозы перед лицом голода могут быть полезны для помощи в борьбе с инвазиями.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Экспериментальные насекомые

Harmonia axyridis были собраны в деревне Ванцзяюань, Пекин, Китай. Экспериментальная популяция содержалась в нашей лаборатории более 2 лет, кормилась Aphis medicaginis (Koch) и поддерживалась при температуре 25 ± 1 ° C.Меланиновые и немеланические популяции создавали и поддерживали в следующих условиях: 25 ° C, относительная влажность 70% и фотопериод 16 часов света: 8 часов темноты. Стадии развития синхронизировались при каждой линьке путем сбора новых личинок, куколок или взрослых особей путем ежедневного кормления свежим A. medicaginis . Ткани брюшной полости на разных стадиях развития препарировали в физиологическом растворе насекомых, содержащем 0,75% NaCl, и хранили при -80 ° C до дальнейшего анализа. Для всех процедур голодания использовали 7-дневных взрослых из немеланической группы.

Голодание

Было использовано восемь обработок (т.е. периодов голодания) для наблюдения эффектов голодания с течением времени: 0 часов (контроль), 4 часа, 8 часов, 12 часов, 18 часов, 24 часа, 48 часов и 72 часа. час Более десяти взрослых особей добавляли в пластиковую культуральную посуду (Φ9 см) для каждой обработки голоданием. Все эксперименты с голоданием повторяли от трех до пяти раз для каждой обработки.

Приготовление углеводных экстрактов

От пяти до семи взрослых особей жуков (с удаленными надкрыльями) помещали в 1.Центрифужная пробирка 5 мл. После добавления 200 мкл 20 мМ фосфатно-солевого буфера (PBS, pH 6,0) ткани гомогенизировали при 0 ° C (гомогенизатор TGrinder OSE-Y20; Tiangen Biotech Co., Ltd., Пекин) с последующей обработкой ультразвуком в течение 30 с (VCX 130PB, Sonics, Ньютаун, Коннектикут, США). Добавляли PBS (800 мкл) и гомогенаты центрифугировали при 12000 × g при 4 ° C в течение 10 мин. Осадки удаляли и аликвоты супернатанта анализировали для определения концентрации белка с использованием метода связывания белок-краситель (Bio-Rad, Геркулес, Калифорния, США) с бычьим сывороточным альбумином в качестве стандарта.Затем 500 мкл супернатанта добавляли в пробирку на 1,5 мл и затем кипятили, после чего раствор центрифугировали при 12000 × g в течение 10 минут для удаления любого остаточного белка. Супернатант был поровну разделен между двумя пробирками: одну подвергали непосредственно анализу содержания гликогена, а другую обрабатывали для измерения трегалозы. Поскольку гликоген нестабилен в сильной кислоте, но стабилен в сильнощелочных условиях, а глюкоза нестабильна в сильных кислотных или щелочных условиях, в то время как трегалоза очень устойчива в кислотных или щелочных условиях, чтобы измерить трегалозу, мы сначала гидролизовали гликоген до глюкоза в серной кислоте (H 2 SO 4 ) в условиях нагревания.Впоследствии вся глюкоза разлагалась в щелочных условиях. Таким образом, полученный супернатант содержал трегалозу без других загрязняющих углеводов и белков. Подробности анализов трегалозы и гликогена следующие.

Измерение содержания трегалозы и гликогена

Содержание трегалозы оценивали с использованием модифицированной версии ранее описанного протокола (Ge et al., 2011). Вкратце, 50 мкл супернатанта добавляли в пробирку на 1,5 мл, добавляли 50 мкл 1% H 2 SO 4 , и пробирку инкубировали при 90 ° C на водяной бане в течение 10 минут для гидролиза гликогена, после который охлаждали на льду в течение 3 мин.Затем к разложившейся глюкозе добавляли 50 мкл 30% гидроксида калия, и супернатант снова инкубировали в воде при 90 ° C в течение 10 минут и охлаждали на льду в течение 3 минут. Затем добавляли 4 объема 0,2% (м / об) антрона (Sigma, Шанхай, Китай) в 80% растворе H 2 SO 4 после его охлаждения на льду в течение 3 минут и кипячения супернатанта в течение 10 минут. . После охлаждения 200 мкл реакционного раствора помещали в 96-луночный планшет и определяли оптическую плотность при 620 нм с использованием SpectraMax M5 (Molecular Devices, Саннивейл, Калифорния, США).Содержание трегалозы рассчитывали на основе стандартной кривой и выражали в мг трегалозы на 1 г общего белка.

Содержание гликогена измеряли, как описано Santos et al. (2008). Вкратце, 100 мкл супернатанта (из раздела 2.3) инкубировали в течение 4 ч при 37 ° C в присутствии 20 мкл (1 ед.) Амилоглюкозидазы (EC 3.2.1.3; Sigma-Aldrich), разведенной в 100 мМ ацетате натрия (pH 5,5). гидролизовать гликоген. Количество глюкозы, образованной из гликогена, определяли с использованием набора для анализа глюкозы (GAGO20-1KT; Sigma-Aldrich) в соответствии с инструкциями производителя.Контроли готовили в отсутствие фермента, и количество гликогена рассчитывали, исключая эндогенную глюкозу. Содержание гликогена рассчитывали как мг глюкозы на 1 г общего белка.

Анализ активности растворимой треалазы и мембраносвязанной треалазы

Активность треалазы определяли, как описано ранее (Tatun et al., 2008). Вкратце, три брюшных ткани взрослых жуков объединяли с 200 мкл 20 мМ PBS (pH 6,0) в пробирке на 1,5 мл и гомогенизировали при 0 ° C (гомогенизатор TGrinder OSE-Y20, TIANGEN, Китай), а затем обрабатывали ультразвуком в течение 30 с (VCX 130ПБ; Соникс).К гомогенату добавляли PBS (800 мкл), раствор центрифугировали при 1000 × g при 4 ° C в течение 10 минут, остатки кутикулы удаляли и полученный супернатант снова центрифугировали при 105000 × г и 4 ° C в течение 60 мин (CP100MX; Hitachi, Токио, Япония). Фракцию супернатанта переносили в новую пробирку и непосредственно использовали для измерения активности растворимой трегалазы. Фракцию осадка дважды промывали PBS и затем суспендировали в 200 мкл PBS для измерения мембраносвязанной треалазы.Концентрацию белка в каждом образце определяли перед анализом треалазы с использованием метода связывания белок-краситель (Bio-Rad) с бычьим сывороточным альбумином в качестве стандарта. Для анализа активности треалазы реакционная смесь (250 мкл) состояла из 62,5 мкл 40 мМ трегалозы (Sigma, США) в 20 мМ PBS (pH 6,0), 50 мкл растворимой или мембраносвязанной фракции треалазы и 137,5 мкл. мкл PBS. Смесь инкубировали при 37 ° C в течение 30 мин, после чего реакцию останавливали нагреванием в кипящей воде в течение 5 мин.Коагулированный белок удаляли центрифугированием при 12000 × g при 4 ° C в течение 10 мин. Аликвоту полученного супернатанта использовали для измерения количества глюкозы с помощью набора для анализа глюкозы (GAGO20-1KT, Sigma-Aldrich) в соответствии с инструкциями производителя; данные были выражены в мг глюкозы на грамм белка в минуту.

Экстракция РНК, синтез кДНК и количественная ПЦР в реальном времени

Полную РНК экстрагировали из тканей брюшной полости с использованием Trizol (Invitrogen, Waltham, MA, USA).Синтез первой цепи кДНК проводили с использованием набора реагентов PrimeScript ® RT с gDNA Eraser (TaKaRa, Shiga, Japan) в соответствии с инструкциями производителя. КДНК первой цепи (1 мкл) использовали в качестве матрицы для полимеразной цепной реакции (ПЦР).

Тотальную РНК выделяли из взрослых особей H. axyridis после индукции холодом, и 1 мкг общей РНК использовали для последующего синтеза кДНК первой цепи с использованием описанного выше метода. Уровни экспрессии выбранных генов из H.axyridis , включая пять растворимых трегалаз, две мембраносвязанных трегалазы, TPS, GP и GS, оценивали с помощью количественной ПЦР в реальном времени (qRT – PCR) с использованием системы Bio-Rad CFX96 ™ и SsoFast ™ EvaGreen ® Supermix ( Био-Рад). Затем кОТ-ПЦР выполняли в общем реакционном объеме 20 мкл, содержащем 1 мкл образца кДНК, 1 мкл (10 мкмоль / мкл) каждого праймера, 7 мкл воды, свободной от РНКазы и ДНКазы, и 10 мкл SsoFastTM EvaGreen ®. Супермикс. Праймеры были заменены на H 2 O в качестве отрицательного контроля и на Harp49 ( H.axyridis , ген рибосомного белка 49, регистрационный номер GenBank {«type»: «entrez-нуклеотид», «attrs»: {«text»: «AB552923», «term_id»: «327343027», «term_text»: «AB552923» }} AB552923) использовали в качестве эндогенного контроля или других эталонных генов (Olson et al., 2014). Праймеры были следующими: Harp49-qF (5′-GCG ATC GCT ATG GAA AAC TC-3 ‘) и Harp49-qR (5′-TAC GAT TTT GCA TCA ACA GT-3′) (Osanai- Futahashi et al., 2012; Shi et al., 2016). Праймеры для генов треалазы, TPS, GP и GS H.axyridis были разработаны как часть этого исследования для нацеливания на уникальные регионы. Последовательности праймеров и температура отжига каждой пары праймеров показаны на рис. Эффективность усиления мишени идентична эффективности усиления эталона при каждой температуре отжига. Параметры цикла были следующими: 95 ° C в течение 3 минут для начальной денатурации, затем 40 циклов при 95 ° C в течение 10 с и 56–62,5 ° C в течение 30 секунд. Анализ кривой плавления (65–95 ° C) выполняли в соответствии с инструкциями производителя, чтобы гарантировать, что амплифицирован только один продукт (SsoFastTM EvaGreen ® Supermix; Bio-Rad).Данные были проанализированы с использованием метода относительной количественной оценки (ΔΔC t ) (Livak and Schmittgen, 2001).

Таблица 1.

Праймеры, использованные в этом исследовании

Статистический анализ

Все данные были представлены как относительная экспрессия мРНК (среднее ± стандартное отклонение). Данные были оценены на предмет нормальности и однородности дисперсии. Содержание трегалозы, содержание гликогена, две активности треалазы и относительная экспрессия мРНК анализировали с использованием однофакторного дисперсионного анализа с программным пакетом Statistica версии 7.0 (StatSoft Inc., Талса, США). Множественные сравнения средних были проведены с использованием критерия Тьюки. Различия между средними значениями считались значительными, когда P ≤0,05.

Сноски

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих или финансовых интересов.

Вклад авторов

Концептуализация: Z.-K.S., S.-G.W., B.T .; Методология: З.-К.С .; Формальный анализ: Z.-K.S., S.W., L.Z .; Исследование: З.-K.S., Y.-X.X., X.-J.G .; Ресурсы: S.-G.W., F.Z .; Курирование данных: Z.-K.S., S.W., L.Z .; Написание — черновик: Б.Т .; Написание — просмотр и редактирование: S.W., L.Z .; Надзор: X.-J.G., F.Z., B.T .; Администрация проекта: Б.Т .; Финансирование: S.-G.W., F.Z., B.T.

Финансирование

Работа выполнена при поддержке Национальной программы фундаментальных исследований Китая (грант № 2013CB127600), Национального фонда естественных наук Китая (гранты № 31071731 и 31371996), Пекинской программы NOVA (грант №Z121105002512039), Программа технических инноваций Пекинской академии сельскохозяйственных и лесных наук (грант № 20170107) и Пекинская технологическая программа (грант № D171100001617003).

Ссылки

  • Adriaens T., San Martin y Gomez G. и Maes D. (2008). История инвазии, предпочтения в среде обитания и фенология инвазивной божьей коровки Harmonia axyridis в Бельгии. BioControl 53, 69-88. 10.1007 / s10526-007-9137-6 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Адзума М.и Ямасита О. (1985a). Клеточная локализация и предполагаемая функция треалазы средней кишки у личинки тутового шелкопряда, Bombyx mori . Тканевая клетка 17, 539-551. 10.1016 / 0040-8166 (85) -8 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Адзума М. и Ямасита О. (1985b). Иммуногистохимическая и биохимическая локализация треалазы в развивающихся яичниках тутового шелкопряда, Bombyx mori . Insect Biochem. 15, 589-596. 10.1016 / 0020-1790 (85) -2 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Бэйл Дж.С. и Хейворд С. А. Л. (2010). Зимуют насекомые в условиях меняющегося климата. J. Exp. Биол. 213, 980-994. 10.1242 / jeb.037911 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Баццокки Г. Г., Ланзони А., Аччинелли Г. и Берджио Г. (2004). Зимовка, фенология и плодовитость Harmonia axyridis в сравнении с аборигенными кокцинеллидами в Италии. BioControl 49, 245-260. 10.1023 / B: BICO.0000025382.07841.b4 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Берквенс Н., Бейл Дж. С., Берквенс Д., Тирри Л. и Де Клерк П. (2010). Холодостойкость божьей коровки арлекин Harmonia axyridis в Европе. J. Insect Physiol. 56, 438-444. 10.1016 / j.jinsphys.2009.11.019 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Браун П. М., Рой Х. Э., Ротери П., Рой Д. Б., Уэр Р. Л. и Майерус М. Э. Н. (2008a). Harmonia axyridis в Великобритании: анализ распространения и распространения неместной кокцинеллиды. BioControl 53, 55-67.10.1007 / s10526-007-9124-y [CrossRef] [Google Scholar]
  • Brown PMJ, Adriaens T., Bathon H., Cuppen J., Goldarazena A., Hägg T., Kenis M., Klausnitzer BEM, Kovář I. ., Loomans AJM et al. (2008b). Harmonia axyridis в Европе: распространение и распространение неместной кокцинеллиды. BioControl 53, 5-21. 10.1007 / s10526-007-9132-y [CrossRef] [Google Scholar]
  • Brown P. M. J., Thomas C. E., Lombaert E., Jeffries D. L., Estoup A. и Handley L.-J. Л. (2011). Глобальное распространение Harmonia axyridis (Coleoptera: Coccinellidae): распространение, расселение и маршруты инвазии. Биоконтроль 56, 623-641. 10.1007 / s10526-011-9379-1 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Chen J., Tang B., Chen H., Yao Q., Huang X., Chen J., Zhang D. и Zhang W. ( 2010). Различные функции растворимых и мембраносвязанных генов треалазы насекомых в биосинтезе хитина выявлены с помощью РНК-интерференции. PLoS ONE 5, e10133 10.1371 / журнал.pone.0010133 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Эльбейн А. Д. (1974). Метаболизм α, α-трегалозы. Adv. Углеводы. Chem. Biochem. 30, 227-256. 10.1016 / S0065-2318 (08) 60266-8 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Эльбейн А. Д., Пан Ю. Т., Пастушак И. и Кэрролл Д. (2003). Новое понимание трегалозы: многофункциональной молекулы. Гликобиология 13, 17Р-27Р. 10.1093 / glycob / cwg047 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Фостер С.П. и Джонсон С. П. (2010). Питание и концентрация трегалозы в гемолимфе влияют на выработку половых феромонов у девственных бабочек Heliothis virescens . J. Insect Physiol. 56, 1617–1623. 10.1016 / j.jinsphys.2010.06.002 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Фридман С. (1978). Регуляция трехолозы, один из аспектов метаболического гомеостаза. Annu. Преподобный Энтомол. 23, 389-407. 10.1146 / annurev.en.23.010178.002133 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Фрисон М., Парру Дж. Л., Гийомо Д., Маскелье Д., Франсуа Дж., Шомон Ф. и Батоко Х. (2007). Треалаза Arabidopsis thaliana представляет собой связанный с плазматической мембраной фермент с внеклеточной активностью. FEBS Lett. 581, 4010-4016. 10.1016 / j.febslet.2007.07.036 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ge L.-Q., Zhao K.-F., Huang L.-J. и Wu J.-C. (2011). Влияние триазофоса на содержание трегалозы, активность треалазы и экспрессию их генов в коричневой цикадке Nilaparvata lugens (Stal) (Hemiptera: Delphacidae). Пестик. Biochem. Physiol. 100, 172–181. 10.1016 / j.pestbp.2011.03.007 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Джонстон М. и Карлсон М. (1992). Регулирование использования углерода и фосфатов. В г. Молекулярная и клеточная биология дрожжевых сахаромицетов (изд. Джонс Э. У., Прингл Дж. Р. и Броуч Дж. Р.). С. 193-281. Колд-Спринг-Харбор, Нью-Йорк: Лаборатория издательства Колд-Спринг-Харбор: Нью-Йорк. [Google Scholar]
  • Кешан Б., Тунаоджам Б.и Х.С.Д. (2016). Действие инсулина и 20-гидроксиэкдизона в Bombyx mori: содержание гликогена и характер экспрессии рецепторов инсулина и экдизона в жировом теле. Gen. Comp. Эндокринол. 241, 108-117. 10.1016 / j.ygcen.2016.06.022 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Хани А., Мохаррамипур С. и Барзегар М. (2007). Холодостойкость и накопление трегалозы у зимующих личинок плодожорки, Cydia pomonella (Lepidoptera: Tortricidae). Eur. Дж.Энтомол. 104, 385 10.14411 / eje.2007.057 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ким И. и Хонг Ю. (2015). Регулирование уровня трегалозы в гемолимфе с помощью инсулиноподобного пептида посредством диэфирного ритма кормления совки Spodoptera exigua. Пептиды 68, 91-98. 10.1016 / j.peptides.2015.02.003 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Kunieda T., Fujiyuki T., Kucharski R., Foret S., Ament SA, Toth AL, Ohashi K., Takeuchi H. , Камикоути А., Каге Э. и др. (2006).Гены и пути метаболизма углеводов у насекомых: выводы из генома медоносной пчелы. Insect Mol. Биол. 15, 563-576. 10.1111 / j.1365-2583.2006.00677.x [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Лапари М., Ларвор В., Френо Й. и Рено Д. (2012). Устойчивость к истощению и влияние диеты на запасы энергии хищного жужелица ( Merizodus soledadinus ; Carabidae), вторгающегося на острова Кергелен. Комп. Biochem. Physiol. Мол.Интегр. Physiol. 161, 122–129. 10.1016 / j.cbpa.2011.09.011 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ливак К. Дж. И Шмитген Т. Д. (2001). Анализ данных относительной экспрессии генов с использованием количественной ПЦР в реальном времени и метода 2 ΔΔC t . Методы 25, 402-408. 10.1006 / meth.2001.1262 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Мацуда Х., Ямада Т., Йошида М. и Нисимура Т. (2015). Летает без трегалозы. J. Biol. Chem. 290, 1244–1255.10.1074 / jbc.M114.619411 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Mirande L., Desneux N., Haramboure M., Schneider M. I. (2015). Внутригильдейское хищничество между экзотической и местной кокцинеллидой в Аргентине: роль плотности добычи. J. Pest Sci. 88, 155–162. 10.1007 / s10340-014-0597-z [CrossRef] [Google Scholar]
  • Монтут К. Л., Марден Дж. Х. и Кларк А. Г. (2003). Картирование детерминант изменения энергетического метаболизма, дыхания и полета у дрозофилы. Генетика 165, 623-635. 10.1007 / s10340-014-0597-z [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Олсон Р. Л., Фаррис Р. Э., Барр Н. Б. и Коньято А. И. (2014). Молекулярная идентификация Trogoderma granarium (Coleoptera: Dermestidae) с использованием гена 16s. J. Pest Sci. 87, 701-710. 10.1007 / s10340-014-0621-3 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Осанай-Футахаши М., Охде Т., Хирата Дж., Утино К., Футахаси Р., Тамура Т., Ниими Т.и Сезуцу Х. (2012). Видимый доминантный маркер трансгенеза насекомых. Nat. Commun. 3, 1295 10.1038 / ncomms2312 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Первез А. и Омкар А. (2006). Экология и применение биологической борьбы с разноцветной азиатской божьей коровкой, Harmonia axyridis : обзор. Biocontrol. Sci. Technol. 16, 111-128. 10.1080 / 09583150500335350 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Цинь З., Ван С., Вэй П., Сюй К. Д., Тан Б. и Чжан Ф. (2012). Молекулярное клонирование и экспрессия при холодной индукции гена трегалозо-6-фосфатсинтазы в Harmonia axyridis (Pallas). Acta Entomol. Грех. 55, 651-658. [Google Scholar]
  • Рой Х. Э., Браун П. М. Дж., Адрианс Т., Берквенс Н., Боргес И., Клюзелла-Труллас С., Комонт Р. Ф., Клерк П. Д., Рене Эшен Р., Эступ А. и др. (2016). Божья коровка арлекин, Harmonia axyridis : глобальные взгляды на историю вторжений и экологию. Bio. Вторжения 18, 997-1044. 10.1007 / s10530-016-1077-6 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Сантос Р., Мариано А. К., Росас-Оливейра Р., Паскарелли Б., Мачадо Э. А., Мейер-Фернандес Дж. Р. и Гондим К. С. (2008). Накопление и утилизация углеводов ооцитами Rhodnius prolixus. Arch. Насекомое Biochem. Physiol. 67, 55-62. 10.1002 / arch.20217 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Шилман П. Э. и Роузес Ф. (2008). Уровни сахара в гемолимфе у муравьев, питающихся нектаром: зависимость от метаболических расходов и углеводной депривации. J. Comp. Physiol. B 178, 157–165. 10.1007 / s00360-007-0207-y [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ши З., Лю X., Сюй Ц., Цинь З., Ван С., Чжан Ф., Ван С.Г. и Тан Б. . (2016). Два новых гена растворимой треалазы, клонированные из Harmonia axyridis , и регуляция фермента при быстро меняющейся температуре. Комп. Biochem. Physiol. B Biochem. Мол. Биол. 198, 10-18. 10.1016 / j.cbpb.2016.03.002 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Сильва М.К. П., Терра В. Р. и Феррейра К. (2004). Роль карбоксильных, гуанидиновых и имидазольных групп в катализе треалазой средней кишки, очищенной от личинок насекомых. Insect Biochem. Мол. Биол. 34, 1089-1099. 10.1016 / j.ibmb.2004.07.001 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Суанн М., Богема Д. Р., Чен Ю., Мэнсфилд С., Барчиа И. М. и Херрон Г. А. (2015). Метод TaqMan qPCR для определения устойчивости к kdr в Aphis gossypii демонстрирует улучшенную чувствительность по сравнению с традиционной ПЦР – ПДРФ. J. Pest Sci. 88, 785-791. 10.1007 / s10340-015-0651-5 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Тан Б., Чен X., Лю Ю., Тиан Х., Лю Дж., Ху Дж., Сюй В. и Чжан В. ( 2008 г.). Характеристика и паттерны экспрессии мембраносвязанной треалазы из Spodoptera exigua . BMC Mol. Биол. 9, 51 10.1186 / 1471-2199-9-51 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Тан Б., Чен Дж., Яо К., Пан З., Сюй В., Ван С. и Чжан В. (2010). Характеристика гена трегалозо-6-фосфатсинтазы из Spodoptera exigu a и идентификация его функции посредством РНК-интерференции. J. Insect Physiol. 56, 813-821. 10.1016 / j.jinsphys.2010.02.009 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Тан Б., Вэй П., Чен Дж., Ван С. Г. и Чжан В. К. (2012a). Прогресс в особенностях генов и функциях треалаз насекомых. Acta Entomol. Грех. 55, 1315-1321. [Google Scholar]
  • Тан Б., Сюй К., Цзоу К., Фанг К., Ван С. и Е Г. (2012b). Секвенирование и характеристика генов гликогенсинтазы и гликогенфосфорилазы из Spodoptera exigua и анализ их функции при голодании и чрезмерном потреблении сахара. Arch. Насекомое Biochem. Physiol. 80, 42-62. 10.1002 / arch.21027 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Тан Б., Цинь З., Ши З.-К., Ван С., Го X.-J., Ван С.-Г. и Чжан Ф. (2014). Треалаза в Harmonia axyridis (Coleoptera: Coccinellidae): влияние на двигательную активность жуков и корреляцию с метаболизмом трегалозы в условиях голодания. Заявл. Энтомол. Zool. 49, 255-264. 10.1007 / s13355-014-0244-4 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Татун Н., Сингтрипоп Т., Тунгджитвитаякул Дж. И Сакураи С. (2008). Регулирование активности растворимой и мембраносвязанной треалазы и экспрессии фермента в средней кишке личинок бамбукового мотылька Omphisa fuscidentalis. Insect Biochem. Мол. Биол. 38, 788-795. 10.1016 / j.ibmb.2008.05.003 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Терра В. Р. и Феррейра К. (1994). Пищеварительные ферменты насекомых: свойства, компартментализация и функции. Комп. Biochem. Physiol. B Комп. Biochem. 109, 1-62.10.1016 / 0305-0491 (94) -4 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Томпсон С. Н. (2003). Трегалоза — сахар «крови» насекомых. Adv. Насекомое. Physiol. 31, 205–285. 10.1016 / s0065-2806 (03) 31004-5 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ван дер Хорст Д. Дж., Ван Дорн Дж. М. и Бинаккерс А. М. Т. (1978). Динамика пула гемолимфы трегалозы во время полета саранчи, Locusta migratoria . Insect Biochem. 8, 413-416. 10.1016 / 0020-1790 (78) -7 [CrossRef] [Google Scholar]
  • ван Лентерен Дж.К., Луманс А. Дж. М., Бабендрайер Д. и Биглер Ф. (2008). Harmonia axyridis : оценка экологического риска для Северо-Западной Европы. BioControl 53, 37-54. 10.1007 / s10526-007-9120-2 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ван Ю., Кэмпбелл Дж. Б., Кафтаноглу О., Пейдж Р. Э. мл., Амдам Г. В. и Харрисон Дж. Ф. (2016a). Голодание личинок улучшает метаболический ответ на голодание взрослых медоносных пчел ( Apis mellifera L.). J. Exp. Биол. 219, 960-968.10.1242 / jeb.136374 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ван Ю., Кафтаноглу О., Брент С. С., Пейдж Р. Э. младший и Амдам Г. В. (2016b). Стресс голодания во время развития личинок способствует адаптивной реакции у взрослых медоносных пчел ( Apis mellifera L.). J. Exp. Биол. 219, 949-959. 10.1242 / jeb.130435 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Уинглер А. (2002). Функция биосинтеза трегалозы у растений. Фитохимия 60, 437-440.10.1016 / S0031-9422 (02) 00137-1 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ян М., Чжао Л., Шен К., Се Г., Ван С. и Тан Б. (2017). Нокдаун двух трегалозо-6-фосфатсинтаз серьезно влияет на экспрессию гена метаболизма хитина у коричневой цикадки Nilaparvata lugens . Pest Manag. Sci. 73, 206-216. 10.1002 / ps.4287 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Zappalà L., Biondi A., Alma A., Al-Jboory IJ, Arnò J., Bayram A., Chailleux A., El-Arnaouty A ., Герлинг Д., Генауи Ю. и др. (2013). Естественные враги южноамериканской моли, Tuta absoluta, в Европе, Северной Африке и на Ближнем Востоке, и их потенциальное использование в стратегиях борьбы с вредителями. J. Pest Sci. 86, 635-647. 10.1007 / s10340-013-0531-9 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Zauner C., Schneeweiss B., Kranz A., Madl C., Ratheiser K., Kramer L., Roth E., Schneider B. and Ленц К. (2000). Расход энергии в покое при кратковременном голодании увеличивается в результате повышения уровня норэпинефрина в сыворотке крови. Am. J. Clin. Nutr. 71, 1511-1515. [PubMed] [Google Scholar]
  • Чжан Х., Лю Дж., Ли К. Р., Момен Б., Кохански Р. А. и Пик Л. (2009). Делеция инсулиноподобных пептидов дрозофилы вызывает дефекты роста и метаболические нарушения. Proc. Natl. Акад. Sci. США 106, 19617–19622. 10.1073 / pnas.03106 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Zhao L., Yang M., Shen Q., Liu X., Shi Z., Wang S. и Tang B. ( 2016). Функциональная характеристика трех генов треалазы, регулирующих путь метаболизма хитина у коричневой цикадки, с использованием РНК-интерференции. Sci. Реп. 6, 27841 10.1038 / srep27841 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

Влияние голодания на углеводный обмен у Harmonia axyridis (Pallas)

Biol Open. 2017 июл 15; 6 (7): 1096–1103.

, 1, * , 2, * , 1 , 1 , 1 , 2 , 2 и 1, ‡ 9000 -5

Zuo

1 Ханчжоу Ключевая лаборатория адаптации и эволюции животных, Колледж наук о жизни и окружающей среде, Ханчжоуский педагогический университет, Ханчжоу, Чжэцзян 310036, Китай

Су Ван

2 Институт защиты растений и окружающей среды Пекинской академии Сельское и лесное хозяйство, Пекин 100089, Китай

Shi-Gui Wang

1 Ханчжоу Ключевая лаборатория адаптации и эволюции животных, Колледж наук о жизни и окружающей среде, Ханчжоуский педагогический университет, Ханчжоу, Чжэцзян 310036, Китай

Лу Чжан

1 Ханчжоу ключевая лаборатория адаптации и эволюции животных, Колледж наук о жизни и окружающей среде, Ханчжоуский педагогический университет, Ханчжоу, Чжэцзян 310036, C hina

Ян-Ся Сюй

1 Ханчжоу Ключевая лаборатория адаптации и эволюции животных, Колледж наук о жизни и окружающей среде, Ханчжоуский педагогический университет, Ханчжоу, Чжэцзян 310036, Китай

Сяо-Цзюнь Гуо

2 Институт отделения защиты растений и окружающей среды, Пекинская академия сельскохозяйственных и лесных наук, Пекин 100089, Китай

Fan Zhang

2 Институт защиты растений и окружающей среды Пекинской академии сельскохозяйственных и лесных наук, Пекин 100089, Китай

Bin Tang

1 Ханчжоу Ключевая лаборатория адаптации и эволюции животных, Колледж наук о жизни и окружающей среде, Ханчжоуский педагогический университет, Ханчжоу, Чжэцзян 310036, Китай

1 Ханчжоу Ключевая лаборатория адаптации и эволюции животных, Колледж жизни и окружающей среды Наук, Ханчжоуский педагогический университет, Ханчжоу, Чжэцзян 310036, Китай

2 Институт защиты растений и окружающей среды Пекинской академии сельскохозяйственных и лесных наук, Пекин 100089, Китай

* Эти авторы внесли равный вклад в эту работу

Получено 1 марта 2017 г .; Принят в печать 8 июня 2017 г.

Авторские права © 2017. Опубликовано The Company of Biologies Ltd. Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0), которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильной атрибуции оригинала. Эта статья цитируется в других статьях PMC.

РЕФЕРАТ

Трегалоза играет важную роль в хранении энергии, метаболизме и защите насекомых от экстремальных условий окружающей среды.Трегалоза является основным сахаром в крови у насекомых, и ее можно быстро использовать в качестве источника энергии в случае необходимости. Чтобы выяснить механизмы реакции на голодание, мы наблюдали влияние голодания на трегалозу и гликоген, активность треалазы и относительную экспрессию генов в метаболических путях трегалозы и гликогена у инвазивного жука Harmonia axyridis . Наши результаты показывают, что уровни трегалозы и активность двух типов треалаз значительно снизились в первые 8 часов голодания, в то время как относительная экспрессия HaTreh2-1 увеличилась.В то время как трегалоза оставалась почти постоянной на относительно высоком уровне от 8 до 24 часов, уровни гликогена значительно снизились с 8 до 24 часов голодания. Аналогичным образом, экспрессия гликогенфосфорилазы ( HaGP ) была значительно выше при голодании от 12 до 24 часов, чем в первые 8 часов, в то время как экспрессия гликогенсинтазы ( HaGS ) была относительно стабильной. Кроме того, содержание трегалозы значительно снизилось от 24-часового голодания до 72-часового голодания, в то время как активность трегалозы и относительная экспрессия примерно HaTreh генов обычно увеличивались к концу периода голодания.Экспрессия трегалозо-6-фосфатсинтазы ( HaTPS ) значительно увеличилась, поддерживая увеличение синтеза трегалозы. Эти результаты показывают, что трегалоза играет ключевую роль в энергии, обеспечиваемой во время процесса голодания, посредством молекулярной и биохимической регуляции метаболизма трегалозы и гликогена.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Trehalase, Trehalose, Glycogen, Starvation, QRT-PCR, Harmonia axyridis

ВВЕДЕНИЕ

Жук Harmonia axyridis (Pallas) (Coleoptera: Coccinellidae завезен во многие страны как средство биологической борьбы с насекомыми-вредителями (Roy et al., 2016). Harmonia axyridis особенно вынослива, и ее резкое распространение во многих странах было встречено с большим трепетом. В дополнение к резкому увеличению численности в странах, где он был интродуцирован, H. axyridis также распространился во многие страны, где он не был намеренно выпущен (Brown et al., 2008a). Например, не только H. axyridis является общеизвестно инвазивным в Европе (Adriaens et al., 2008; Brown et al., 2008a, b), но также сообщается о глобальном распространении H.axyridis — это быстрый процесс (Brown et al., 2011). Тем не менее, этот жук считается важным естественным врагом насекомых-вредителей (Zappalà et al., 2013; Mirande et al., 2015) и находится в центре внимания стратегий борьбы с вредителями как в сельском, так и в лесном хозяйстве азиатских стран, включая Китай. (Tang et al., 2014). Устойчивость H. axyridis к холоду является важной характеристикой и широко изучалась в отношении приложений биологической борьбы и аспектов инвазивности (Bazzocchi et al., 2004; Берквенс и др., 2010; Первез, Омкар, 2006; van Lenteren et al., 2008).

Трегалоза представляет собой невосстанавливающий сахар, который состоит из двух гликозидно связанных глюкозных единиц, и, хотя он обнаружен в различных таксонах (например, бактериях, дрожжах, грибах, нематодах, растениях, насекомых и других беспозвоночных), это отсутствует у млекопитающих (Elbein, 1974; Elbein et al., 2003; Frison et al., 2007; Wingler, 2002). Гликоген — это полисахарид, широко распространенный в микроорганизмах и клетках животных, где его основная роль — резервный углевод (Tang et al., 2012а, б). Хранение углеводов требуется в большинстве типов клеток, чтобы при необходимости они могли разлагаться для производства энергии. Предыдущие исследования метаболизма трегалозы и гликогена показали, что в синтезе трегалозы из гликогена или глюкозы у насекомых участвует несколько ферментов (Elbein et al., 2003; Kunieda et al., 2006; Montooth et al., 2003; Tang et al. , 2010), где глюкозо-6-фосфат (G6P), глюкозо-1-фосфат (G1P) и уридиндифосфат (UDP) -глюкоза являются неотъемлемыми субстратами или побочными продуктами энергетического метаболизма насекомых.Некоторыми ферментами (или генами), участвующими в энергетическом метаболизме насекомых, являются треалаза (Treh или TRE), гексокиназа (HK), глюкозо-6-фосфатаза (G-6-pase), глюкофосфатаза (PGM), гликогенфосфорилаза (GP), гликоген. синтаза (GS), UDP-глюкозопирофосфорилаза (UGPase), трегалозо-6-фосфатсинтаза (TPS) и трегалозо-6-фосфатфосфатаза (TPP) (Tang et al., 2012a; Yang et al., 2017). Трегалоза и гликоген являются центральными источниками глюкозы и глюкозо-6-фосфата у насекомых и могут быть ключевыми промежуточными продуктами (Tang et al., 2012а). Гликоген может расщепляться GP, PGM и UGPase на глюкозу-6-P и UDP-глюкозу, тем самым вступая в метаболический путь трегалозы.

Энергетический обмен у насекомых аналогичен энергетическому обмену у других животных; однако синтез и использование трегалозы уникальны для энергетического метаболизма насекомых, поскольку сахар в крови у насекомых представляет собой трегалозу, а не глюкозу (Friedman, 1978; Silva et al., 2004; Terra and Ferreira, 1994; Thompson, 2003; Tang et al. др., 2010). Трегалоза и гликоген являются ключевыми источниками энергии у насекомых и, как известно, играют важную роль в физиологической адаптации (Qin et al., 2012; Tang et al., 2012b). Гликоген накапливается во время диауксической фазы роста или в ответ на ограничения углерода, азота, серы или фосфора и гидролизуется в условиях углеродного голодания (Johnston and Carlson, 1992). Кроме того, трегалоза не только является одним из основных запасов энергии у насекомых, жизненно важным как для движения, так и для развития, но также может играть защитную роль, защищая белки и клеточные мембраны от различных стрессов окружающей среды (например, высыхания, обезвоживания, тепла, замораживания и т. Д. и окисление) (Bale, Hayward, 2010; Elbein et al., 2003; Фридман, 1978; Khani et al., 2007; Thompson, 2003), и было показано, что он быстро используется в стрессовых условиях (Thompson, 2003; Tang et al., 2014).

Для выживания, поскольку жизненно важно, чтобы животные поддерживали положительный баланс между энергией, полученной от кормления, и энергией, выделяемой на активность и рост, поскольку запасы энергии присущи всем живым организмам. Жировое тело и гемолимфа важны для хранения энергии насекомыми (Schilman and Roces, 2008), где трегалоза, как было показано, является основным свободно циркулирующим сахаром в гемолимфе насекомых (Thompson, 2003).В соответствии с предыдущими знаниями ожидается, что уровни трегалозы в гемолимфе насекомых будут зависеть как от количества потребляемых углеводов, так и от количества метаболизируемых, чтобы покрыть энергетические потребности данного человека (Schilman and Roces, 2008).

Насекомые, часто находящиеся под угрозой голода, обладают большей способностью пережить голод, подвергаясь ряду физиологических изменений. Было показано, что у насекомых голодание на личиночной стадии снижает скорость метаболизма взрослых особей (Wang et al., 2016a), что приводит к увеличению запасов энергии гликогена, триглицеридов (Wang et al., 2016a), глюкозы и трегалозы у взрослых (Kim and Hong, 2015; Wang et al., 2016a; Zauner et al., 2000 ) во время начальной стадии голодания; но это может привести к снижению содержания трегалозы и глюкозы с увеличением времени голодания (Laparie et al., 2012; Schilman and Roces, 2008). Хорошо известно, что было показано, что голодание регулируется инсулином и 20-гидроксиэкдизоном (20E) (Keshan et al., 2016; Ким и Хонг, 2015).

Harmonia axyridis способна выживать в различных условиях окружающей среды и широко распространена по всему миру. Хищные насекомые, такие как H. axyridis , могут выжить и даже процветать в условиях голода, когда мало насекомых-вредителей, на которых можно охотиться (Shi et al., 2016; Tang et al., 2014). В предыдущем исследовании (Tang et al., 2014) мы обнаружили, что скорость спринта и максимальное расстояние перемещения увеличились, а частота пауз уменьшилась у взрослых H.axyridis голодал в течение 8 часов по сравнению с контрольными (0 часов) взрослыми особями. Напротив, экспрессия мРНК генов треалазы, включая HaTreh2-1 и HaTreh2-2 , быстро увеличивалась у взрослых, голодавших с 8 до 18 часов, особенно с HaTreh2-1 , которая экспрессировалась в 289 раз у взрослых. голодал в течение 18 часов по сравнению с контрольными взрослыми. Напротив, экспрессия трегалозо-6-фосфатсинтазы ( HaTPS ) снижалась до 12 часов, а затем увеличивалась (Tang et al., 2014). На сегодняшний день клонировано более семи генов треалазы (Shi et al., 2016; Tang et al., 2014), а также один ген TPS (Qin et al., 2012), один ген GP , и один ген GS . Мы хотим знать, как эти гены регулируют баланс трегалозы и гликогена в условиях голодания. Расширение наших знаний о генах, участвующих в реакции насекомых на голодание, поможет выяснить функцию метаболизма трегалозы при голодании.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Влияние голодания на содержание трегалозы и гликогена

Здесь мы сравнили содержание трегалозы и гликогена в ответ на разные периоды голодания у жука H.axyridis . В целом, наши результаты показывают, что содержание трегалозы и гликогена снижалось по мере увеличения времени голодания. Результаты показали, что самый высокий наблюдаемый уровень содержания трегалозы [98,21 ± 11,31 мг трегалозы / г белка (среднее ± стандартное отклонение)] был при 0-часовом голодании ( F 7, 16 = 22,74, P <0,001) ( A), в то время как самый высокий наблюдаемый уровень содержания гликогена (43,66 ± 1,18 мг глюкозы / г белка) наблюдался при 4-часовом голодании ( F 7, 16 = 352,93, P <0.001) (В). Содержание трегалозы значительно снизилось от 0 ч до 8 ч голодания, стабилизировалось при относительно высоком количестве с 8 ч до 24 ч (> 49,49 мг трегалозы / г белка) и продолжало снижаться в течение всего эксперимента до 24,25 ± 2,65. мг трегалозы / г белка при 72-часовом голодании (A). Кроме того, результаты показывают, что содержание гликогена снизилось более чем на 40 мкг глюкозы / мг белка в течение первых 8 часов, а затем значительно снизилось до самого низкого наблюдаемого уровня (1,97 ± 0,98 мг глюкозы / г белка) через 48 часов голодания ( Б).

Изменения трегалозы и гликогена у взрослых немеланических животных Harmonia axyridis в ответ на голодание (0–72 ч). (A) Изменения трегалозы при голодании. (B) Изменения гликогена во время голодания. Столбцы с разными буквами указывают на существенные различия ( P <0,05; односторонний тест ANOVA). Данные представлены в виде средних значений ± стандартное отклонение. ( n = 3).

Влияние голодания на активность растворимой и мембраносвязанной треалазы

Здесь мы оценили влияние голодания на активность растворимой и мембраносвязанной треалазы и обнаружили, что два типа треалазы демонстрируют сходную тенденцию во время процесса голодания.Как правило, активность треалазы была на самом высоком уровне в начале голодания и снижалась с 0 до 8 часов. Результаты показывают, что растворимая треалаза значительно снизилась с 28,06 ± 3,79 мг трегалозы / г белка / мин в 0 ч до 7,41 ± 0,889 мг трегалозы / г белка / мин через 8 ч и стабилизировалась приблизительно при 5,51 ± 0,21 мг трегалозы / г белка. / мин с 8 до 24 часов с последующим значительным увеличением до 17,26 ± 6,54 мг трегалозы / г белка / мин при 48-часовом голодании и 17,76 ± 1,05 мг трегалозы / г белка / мин при 72-часовом голодании ( F 7 , 16 = 15.92, P <0,001) (А). Кроме того, активность мембраносвязанной треалазы также значительно снижалась в каждый момент времени, с 18,28 ± 0,93 мг трегалозы / г белка / мин в 0 ч до 4,55 ± 0,22 мг трегалозы / г белка / мин в 8 ч, после чего активность увеличивалась. значительно до более чем 9,38 ± 2,39 мг трегалозы / г белка / мин через 18, 48 и 72 часа голодания ( F 7, 16 = 40,88, P <0,001) (B).

Изменения активности треалазы у Harmonia axyridis в ответ на голодание (0–72 ч). (A) Изменения активности растворимой треалазы во время голодания. (B) Изменения активности мембраносвязанной треалазы во время голодания. Столбцы с разными буквами указывают на существенные различия ( P <0,05; односторонний тест ANOVA). Данные представлены как среднее ± стандартное отклонение. ( n = 3).

Изменения в экспрессии мРНК растворимой треалазы и мембраносвязанной треалазы во время голодания

Подобно ферментативной активности растворимой и мембраносвязанной треалазы, экспрессия мРНК большинства растворимых и мембраносвязанных генов треалазы также снизилась в течение восьми месяцев. голодание, за исключением Трех2-1 в 8 ч и 18 ч ( F 7,16 = 25.82, P <0,001) и Treh3 через 24 часа ( F 7, 16 = 35,72, P <0,001) (A и B). Экспрессия Treh2-2 была самой низкой в ​​0 часов (контрольная группа) и показывала относительно высокие уровни только в течение 8 и 72 часов голодания ( F 7, 16 = 43,14, P <0,001) (B) . Экспрессия Treh2-3 значительно снизилась с 0 часов до 4 часов с последующим увеличением экспрессии на время эксперимента ( F 7, 16 = 351.48, P <0,001) (С). Экспрессия мРНК Treh2-4 ( F 7, 16 = 244,26, P <0,001) и Treh2-5 ( F 7, 16 = 232,82, P <0,001 ) продемонстрировал аналогичные тенденции к снижению в течение первых 12 часов эксперимента, после чего экспрессия Treh2-4 увеличивалась в каждый момент времени с 18 до 48 часов, а экспрессия Treh2-5 сохраняла относительно высокие уровни с 18 часов. до 48 ч.Уровни мРНК Treh2-4 и Treh2-5 были самыми низкими при 72-часовом голодании (D, E).

Количественная экспрессия мРНК мРНК пяти растворимых генов треалазы в Harmonia axyridis в ответ на голодание (0–72 ч). (A) Экспрессия мРНК HaTreh2-1 . (B) экспрессия мРНК HaTreh2-2 . (C) экспрессия мРНК HaTreh2-3 . (D) Экспрессия мРНК HaTreh2-4 . (E) экспрессия мРНК HaTreh2-5 .Экспрессия гена связана с экспрессией эндогенного контроля Harp49 ( H. axyridis , ген рибосомного белка 49), измеренной с помощью qRT-PCR. Данные представлены как среднее ± стандартное отклонение. ( n = 3). Столбцы с разными буквами указывают на существенные различия ( P <0,05; односторонний тест ANOVA).

Количественная экспрессия мРНК двух мембраносвязанных генов треалазы в Harmonia axyridis в ответ на голодание (0–72 ч). (A) Экспрессия мРНК HaTreh3 .(B) экспрессия мРНК HaTreh3-подобного . Экспрессия гена связана с экспрессией эндогенного контроля Harp49 ( H. axyridis , ген рибосомного белка 49), измеренной с помощью qRT-PCR. Данные представлены как среднее ± стандартное отклонение. ( n = 3). Столбцы с разными буквами указывают на существенные различия ( P <0,05; односторонний тест ANOVA).

Результаты показали, что тенденции в экспрессии мРНК Treh3-like и Treh3 были разными.Экспрессия мРНК Treh3-подобной у голодающих взрослых особей H. axyridis была ниже, чем в контрольной группе, и была самой низкой у взрослых, голодавших в течение 8 часов, при этом значительных различий между точками времени от 4 до 72 часов не было ( F 7, 16 = 20,23, P <0,001) (B). Напротив, экспрессия Treh3-подобной мРНК различалась в зависимости от продолжительности периода голодания. Экспрессия мРНК Treh3 значительно снизилась с 0 до 4 часов, увеличилась через 8 и 12 часов, была самой низкой через 18 часов, увеличилась до максимального уровня экспрессии через 24 часа, значительно снизилась с 24 часов до 72 часов. , и, наконец, поддерживал относительно высокие уровни через 48 и 72 часа, которые существенно не отличались от таковых в 0 часов (A).

Влияние голодания на экспрессию TPS

Экспрессию мРНК гена TPS, идентифицированного в H. axyridis , рассчитывали для всех восьми периодов голодания. Экспрессия мРНК TPS была различной в ходе эксперимента с голоданием ( F 7, 16 = 32,75, P <0,001). Результаты показали, что экспрессия TPS между 4 и 18 часами была ниже, чем в 0 часов голодания, и существенно не различалась между четырьмя временными точками в этот период.Экспрессия TPS значительно увеличивалась с 18 до 24 часов, достигала максимума через 24 часа и снижалась с 24 до 72 часов, поддерживая более высокий уровень через 48 часов, и имела значительную разницу с контрольной группой (0 часов) ().

Количественная экспрессия мРНК трегалозо-6-фосфатсинтазы ( HaTPS ) в Harmonia axyridis в ответ на голодание (0–72 ч). Экспрессия гена относится к экспрессии эндогенного контроля Harp49 ( H. axyridis , ген рибосомного белка 49), измеренной с помощью qRT-PCR.Данные представлены как среднее ± стандартное отклонение. ( n = 3). Столбцы с разными буквами указывают на существенные различия ( P <0,05; односторонний тест ANOVA).

Влияние голодания на экспрессию

HaGP и HaGS

Экспрессия мРНК гликогенфосфорилазы ( HaGP ) и гликоген-синтазы ( HaGS ) была обнаружена с помощью qRT-PCR (Suann et al., 2015). В результате в период голодания уровень HaGP увеличился, а экспрессия HaGS снизилась ().Изменения экспрессии мРНК HaGP достоверно не различались в 0 ч, 4 ч, 8 ч, 48 ч и 72 ч и были в пять раз выше, чем в контрольной группе через 12 ч и 18 ч. Экспрессия HaGP также значительно снизилась с 12 до 48 часов, достигнув самого низкого уровня экспрессии ( F 7, 16 = 164,85, P <0,001) (A). Экспрессия мРНК HaGS была ниже, чем в контрольной группе от 4 до 72 часов голодания, и была значительно ниже в 0 часов голодания, чем в 4 и 72 часа голодания ( F 7, 16 = 5.48, P = 0,002) (В). Кроме того, не было достоверных различий от 4 до 72 часов голодания.

Количественная экспрессия мРНК гликогенфосфорилазы (GP) и гликогенсинтазы (GS) в Harmonia axyridis в ответ на голодание (0–72 ч). (A) Экспрессия мРНК HaGP . (B) экспрессия мРНК HaGS . Экспрессия гена связана с экспрессией эндогенного контроля Harp49 ( H. axyridis , ген рибосомного белка 49), измеренной с помощью qRT-PCR.Данные представлены как среднее ± стандартное отклонение. ( n = 3). Столбцы с разными буквами указывают на существенные различия ( P <0,05; односторонний тест ANOVA).

ОБСУЖДЕНИЕ

Треалазы могут катализировать гидролиз одного моля трегалозы до двух моль глюкозы и используются для поглощения или утилизации трегалозы в гемолимфе. У насекомых существует два разных типа треалазы: растворимая треалаза (Treh2) и мембраносвязанная треалаза (Treh3), которая включает более одной потенциальной трансмембранной спирали (Chen et al., 2010; Tang et al., 2012a). В нашем исследовании концентрации трегалозы и гликогена уменьшались с увеличением времени голодания (), аналогично результатам предыдущего исследования, показывающего, что низкий уровень депривации и высокий уровень депривации (т.е. неподвижность и активное поведение) у муравьев приводили к значительному снижению содержания трегалозы в ответ на 11–13 дней углеводной депривации (Schilman and Roces, 2008). При воздействии сильного лишения сахара уровни трегалозы и фруктозы у неподвижных муравьев были выше по сравнению с активными муравьями, при этом не было значительной разницы в уровнях глюкозы.Эти результаты показали, что движение насекомых подпитывается энергией трегалозы и фруктозы (Schilman and Roces, 2008). Точно так же жук H. axyridis голодал при нормальных условиях, и, поскольку им нужно было найти пищу для смягчения голода, наблюдалось увеличение скорости спринта и максимального расстояния перемещения, в то время как частота пауз уменьшалась, когда жуков голодали в течение 8 часов в сутки. сравнение с контрольными (0 ч) взрослыми особями (Tang et al., 2014). В таких условиях и по мере увеличения потребности в энергии мы обнаружили, что эта энергия поступает из трегалозы до 8 часов голодания у взрослых H.axyridis (A), в то время как уровни трегалозы и гликогена значительно снизились (в девять раз ниже) с 8 до 24 часов (). Эти результаты показывают, что гликоген был основным энергетическим ресурсом, потребляемым от 8 до 24 часов голодания.

Гликоген можно использовать в качестве второй формы хранения энергии во время коротких периодов голодания, поскольку количество трегалозы продолжало снижаться с 48 до 72 часов голодания, в то время как гликоген сохранялся на более низком уровне (). В другом исследовании уровни трегалозы увеличивались через 12-48 часов голодания, в то время как экспрессия инсулиноподобных пептидов (ИЛП) снижалась у личинок Spodoptera exigua (Hübner) (Lepidoptera: Noctuidae) (Kim and Hong, 2015). .Более того, уровни трегалозы значительно увеличиваются, когда экспрессия генов ILP подавляется посредством RNAi как в S. exigua , так и в Drosophila melanogaster (Kim and Hong, 2015; Zhang et al., 2009). С другой стороны, концентрация трегалозы в титрах жирных кислот и гемолимфе постепенно снижалась в течение шести дней голодания у моли Heliothis virescens (Fabricius) (Lepidoptera, Noctuidae) (Foster and Johnson, 2010). Другие ранее опубликованные исследования также продемонстрировали, что гликоген и трегалоза играют важную роль в голодании и условиях лишения пищи, регулируя экспрессию рецептора инсулина (InR) через инсулин и 20E (Keshan et al., 2016; Мацуда и др., 2015). Также было показано, что существуют различия во влиянии голодания на трегалозу и гликоген в зависимости от развития, где количество трегалозы и гликогена снижалось у взрослых (по сравнению с личинками) в ответ на голодание, как в настоящем исследовании () (Keshan et al. ., 2016; Wang et al., 2016а, б).

В ранее опубликованном эксперименте по голоданию взрослых особей H. axyridis , экспрессия HaTPS снизилась в течение первых 12 часов и продолжала расти (Tang et al., 2014), тогда как в настоящем исследовании экспрессия HaTPS существенно не изменилась от 4 до 18 часов голодания (). Более того, экспрессия HaTPS значительно увеличилась с 24 ч до 48 ч по сравнению с 0 ч и достигла относительно высокого уровня через 72 ч голодания (). Эти результаты показывают, что трегалоза может синтезироваться в основном в период от 24 до 72 часов перед лицом голода, и что другие сахара играют роль противодействия голоданию и превращаются в трегалозу.Выяснение других потенциальных сахаров-хранилищ, участвующих в реакции на голодание H. axyridis , потребует дальнейших исследований.

Было высказано предположение, что наиболее важной функцией треалазы является облегчение поглощения и использования трегалозы из крови (Azuma and Yamashita, 1985a, b; Tang et al., 2008; Zhao et al., 2016). Результаты предыдущего исследования показали, что скорость спринта после 4 часов голода была ниже, чем через 8 часов (Tang et al., 2014), что указывает на первоначальные трудности в адаптации к голоданию у взрослых особей H.axyridis . По мере увеличения продолжительности голодания скорость спринта снижалась все больше и больше, указывая на то, что доступная энергия также уменьшалась (Tang et al., 2014). Этот результат согласуется с нашими результатами об уровнях экспрессии HaTPS и HaTreh2-1 , а также наблюдаемой активности растворимых и мембраносвязанных трегалаз. Наше наблюдение, что экспрессия HaGP увеличилась в ответ на голодание через 12 часов (A), согласуется с наблюдениями изменений содержания трегалозы и гликогена (), а также с экспрессией HaGP и HaGS .В другом исследовании экспрессия мРНК гликогенсинтазы снижалась, а гликогенфосфорилаза увеличивалась в ответ на кратковременное голодание (т. Е. 6 ч, 12 ч и 24 ч) у S. exigua (Tang et al., 2012a, b. ). Кроме того, семь генов треалазы в H. axyridis включают в себя общую активность растворимой треалазы и мембраносвязанной треалазы, где каждый ген треалазы играет особую роль в течение периода голодания. Например, HaTreh2-1 играл роль в разложении трегалозы в течение первых 8 часов голодания (A), в то время как HaTreh2-3 , HaTreh2-4 , HaTreh2-5 и HaTreh3 , по-видимому, регулируют изменения уровня трегалозы через 24 и 48 часов голодания (и A).Таким образом, треалаза, TPS, GP и GS работают вместе, чтобы регулировать изменения уровней трегалозы и гликогена в ответ на голодный стресс.

В этом исследовании взрослые особи H. axyridis были помещены в пластиковую посуду для культивирования в начале эксперимента по голоданию, где взрослые особи могут двигаться, но не летать. Ранее сообщалось, что у саранчи уровни трегалозы изменяются сразу же, когда насекомые начинают летать (Van der Horst et al., 1978). Способность H. axyridis , распространенного по всему миру, выживать в неблагоприятных условиях очень высока.Поскольку в некоторых странах он считается инвазивным видом, исследования физиологических и биохимических основ регуляции трегалозы перед лицом голода могут быть полезны для помощи в борьбе с инвазиями.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Экспериментальные насекомые

Harmonia axyridis были собраны в деревне Ванцзяюань, Пекин, Китай. Экспериментальная популяция содержалась в нашей лаборатории более 2 лет, кормилась Aphis medicaginis (Koch) и поддерживалась при температуре 25 ± 1 ° C.Меланиновые и немеланические популяции создавали и поддерживали в следующих условиях: 25 ° C, относительная влажность 70% и фотопериод 16 часов света: 8 часов темноты. Стадии развития синхронизировались при каждой линьке путем сбора новых личинок, куколок или взрослых особей путем ежедневного кормления свежим A. medicaginis . Ткани брюшной полости на разных стадиях развития препарировали в физиологическом растворе насекомых, содержащем 0,75% NaCl, и хранили при -80 ° C до дальнейшего анализа. Для всех процедур голодания использовали 7-дневных взрослых из немеланической группы.

Голодание

Было использовано восемь обработок (т.е. периодов голодания) для наблюдения эффектов голодания с течением времени: 0 часов (контроль), 4 часа, 8 часов, 12 часов, 18 часов, 24 часа, 48 часов и 72 часа. час Более десяти взрослых особей добавляли в пластиковую культуральную посуду (Φ9 см) для каждой обработки голоданием. Все эксперименты с голоданием повторяли от трех до пяти раз для каждой обработки.

Приготовление углеводных экстрактов

От пяти до семи взрослых особей жуков (с удаленными надкрыльями) помещали в 1.Центрифужная пробирка 5 мл. После добавления 200 мкл 20 мМ фосфатно-солевого буфера (PBS, pH 6,0) ткани гомогенизировали при 0 ° C (гомогенизатор TGrinder OSE-Y20; Tiangen Biotech Co., Ltd., Пекин) с последующей обработкой ультразвуком в течение 30 с (VCX 130PB, Sonics, Ньютаун, Коннектикут, США). Добавляли PBS (800 мкл) и гомогенаты центрифугировали при 12000 × g при 4 ° C в течение 10 мин. Осадки удаляли и аликвоты супернатанта анализировали для определения концентрации белка с использованием метода связывания белок-краситель (Bio-Rad, Геркулес, Калифорния, США) с бычьим сывороточным альбумином в качестве стандарта.Затем 500 мкл супернатанта добавляли в пробирку на 1,5 мл и затем кипятили, после чего раствор центрифугировали при 12000 × g в течение 10 минут для удаления любого остаточного белка. Супернатант был поровну разделен между двумя пробирками: одну подвергали непосредственно анализу содержания гликогена, а другую обрабатывали для измерения трегалозы. Поскольку гликоген нестабилен в сильной кислоте, но стабилен в сильнощелочных условиях, а глюкоза нестабильна в сильных кислотных или щелочных условиях, в то время как трегалоза очень устойчива в кислотных или щелочных условиях, чтобы измерить трегалозу, мы сначала гидролизовали гликоген до глюкоза в серной кислоте (H 2 SO 4 ) в условиях нагревания.Впоследствии вся глюкоза разлагалась в щелочных условиях. Таким образом, полученный супернатант содержал трегалозу без других загрязняющих углеводов и белков. Подробности анализов трегалозы и гликогена следующие.

Измерение содержания трегалозы и гликогена

Содержание трегалозы оценивали с использованием модифицированной версии ранее описанного протокола (Ge et al., 2011). Вкратце, 50 мкл супернатанта добавляли в пробирку на 1,5 мл, добавляли 50 мкл 1% H 2 SO 4 , и пробирку инкубировали при 90 ° C на водяной бане в течение 10 минут для гидролиза гликогена, после который охлаждали на льду в течение 3 мин.Затем к разложившейся глюкозе добавляли 50 мкл 30% гидроксида калия, и супернатант снова инкубировали в воде при 90 ° C в течение 10 минут и охлаждали на льду в течение 3 минут. Затем добавляли 4 объема 0,2% (м / об) антрона (Sigma, Шанхай, Китай) в 80% растворе H 2 SO 4 после его охлаждения на льду в течение 3 минут и кипячения супернатанта в течение 10 минут. . После охлаждения 200 мкл реакционного раствора помещали в 96-луночный планшет и определяли оптическую плотность при 620 нм с использованием SpectraMax M5 (Molecular Devices, Саннивейл, Калифорния, США).Содержание трегалозы рассчитывали на основе стандартной кривой и выражали в мг трегалозы на 1 г общего белка.

Содержание гликогена измеряли, как описано Santos et al. (2008). Вкратце, 100 мкл супернатанта (из раздела 2.3) инкубировали в течение 4 ч при 37 ° C в присутствии 20 мкл (1 ед.) Амилоглюкозидазы (EC 3.2.1.3; Sigma-Aldrich), разведенной в 100 мМ ацетате натрия (pH 5,5). гидролизовать гликоген. Количество глюкозы, образованной из гликогена, определяли с использованием набора для анализа глюкозы (GAGO20-1KT; Sigma-Aldrich) в соответствии с инструкциями производителя.Контроли готовили в отсутствие фермента, и количество гликогена рассчитывали, исключая эндогенную глюкозу. Содержание гликогена рассчитывали как мг глюкозы на 1 г общего белка.

Анализ активности растворимой треалазы и мембраносвязанной треалазы

Активность треалазы определяли, как описано ранее (Tatun et al., 2008). Вкратце, три брюшных ткани взрослых жуков объединяли с 200 мкл 20 мМ PBS (pH 6,0) в пробирке на 1,5 мл и гомогенизировали при 0 ° C (гомогенизатор TGrinder OSE-Y20, TIANGEN, Китай), а затем обрабатывали ультразвуком в течение 30 с (VCX 130ПБ; Соникс).К гомогенату добавляли PBS (800 мкл), раствор центрифугировали при 1000 × g при 4 ° C в течение 10 минут, остатки кутикулы удаляли и полученный супернатант снова центрифугировали при 105000 × г и 4 ° C в течение 60 мин (CP100MX; Hitachi, Токио, Япония). Фракцию супернатанта переносили в новую пробирку и непосредственно использовали для измерения активности растворимой трегалазы. Фракцию осадка дважды промывали PBS и затем суспендировали в 200 мкл PBS для измерения мембраносвязанной треалазы.Концентрацию белка в каждом образце определяли перед анализом треалазы с использованием метода связывания белок-краситель (Bio-Rad) с бычьим сывороточным альбумином в качестве стандарта. Для анализа активности треалазы реакционная смесь (250 мкл) состояла из 62,5 мкл 40 мМ трегалозы (Sigma, США) в 20 мМ PBS (pH 6,0), 50 мкл растворимой или мембраносвязанной фракции треалазы и 137,5 мкл. мкл PBS. Смесь инкубировали при 37 ° C в течение 30 мин, после чего реакцию останавливали нагреванием в кипящей воде в течение 5 мин.Коагулированный белок удаляли центрифугированием при 12000 × g при 4 ° C в течение 10 мин. Аликвоту полученного супернатанта использовали для измерения количества глюкозы с помощью набора для анализа глюкозы (GAGO20-1KT, Sigma-Aldrich) в соответствии с инструкциями производителя; данные были выражены в мг глюкозы на грамм белка в минуту.

Экстракция РНК, синтез кДНК и количественная ПЦР в реальном времени

Полную РНК экстрагировали из тканей брюшной полости с использованием Trizol (Invitrogen, Waltham, MA, USA).Синтез первой цепи кДНК проводили с использованием набора реагентов PrimeScript ® RT с gDNA Eraser (TaKaRa, Shiga, Japan) в соответствии с инструкциями производителя. КДНК первой цепи (1 мкл) использовали в качестве матрицы для полимеразной цепной реакции (ПЦР).

Тотальную РНК выделяли из взрослых особей H. axyridis после индукции холодом, и 1 мкг общей РНК использовали для последующего синтеза кДНК первой цепи с использованием описанного выше метода. Уровни экспрессии выбранных генов из H.axyridis , включая пять растворимых трегалаз, две мембраносвязанных трегалазы, TPS, GP и GS, оценивали с помощью количественной ПЦР в реальном времени (qRT – PCR) с использованием системы Bio-Rad CFX96 ™ и SsoFast ™ EvaGreen ® Supermix ( Био-Рад). Затем кОТ-ПЦР выполняли в общем реакционном объеме 20 мкл, содержащем 1 мкл образца кДНК, 1 мкл (10 мкмоль / мкл) каждого праймера, 7 мкл воды, свободной от РНКазы и ДНКазы, и 10 мкл SsoFastTM EvaGreen ®. Супермикс. Праймеры были заменены на H 2 O в качестве отрицательного контроля и на Harp49 ( H.axyridis , ген рибосомного белка 49, регистрационный номер GenBank {«type»: «entrez-нуклеотид», «attrs»: {«text»: «AB552923», «term_id»: «327343027», «term_text»: «AB552923» }} AB552923) использовали в качестве эндогенного контроля или других эталонных генов (Olson et al., 2014). Праймеры были следующими: Harp49-qF (5′-GCG ATC GCT ATG GAA AAC TC-3 ‘) и Harp49-qR (5′-TAC GAT TTT GCA TCA ACA GT-3′) (Osanai- Futahashi et al., 2012; Shi et al., 2016). Праймеры для генов треалазы, TPS, GP и GS H.axyridis были разработаны как часть этого исследования для нацеливания на уникальные регионы. Последовательности праймеров и температура отжига каждой пары праймеров показаны на рис. Эффективность усиления мишени идентична эффективности усиления эталона при каждой температуре отжига. Параметры цикла были следующими: 95 ° C в течение 3 минут для начальной денатурации, затем 40 циклов при 95 ° C в течение 10 с и 56–62,5 ° C в течение 30 секунд. Анализ кривой плавления (65–95 ° C) выполняли в соответствии с инструкциями производителя, чтобы гарантировать, что амплифицирован только один продукт (SsoFastTM EvaGreen ® Supermix; Bio-Rad).Данные были проанализированы с использованием метода относительной количественной оценки (ΔΔC t ) (Livak and Schmittgen, 2001).

Таблица 1.

Праймеры, использованные в этом исследовании

Статистический анализ

Все данные были представлены как относительная экспрессия мРНК (среднее ± стандартное отклонение). Данные были оценены на предмет нормальности и однородности дисперсии. Содержание трегалозы, содержание гликогена, две активности треалазы и относительная экспрессия мРНК анализировали с использованием однофакторного дисперсионного анализа с программным пакетом Statistica версии 7.0 (StatSoft Inc., Талса, США). Множественные сравнения средних были проведены с использованием критерия Тьюки. Различия между средними значениями считались значительными, когда P ≤0,05.

Сноски

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих или финансовых интересов.

Вклад авторов

Концептуализация: Z.-K.S., S.-G.W., B.T .; Методология: З.-К.С .; Формальный анализ: Z.-K.S., S.W., L.Z .; Исследование: З.-K.S., Y.-X.X., X.-J.G .; Ресурсы: S.-G.W., F.Z .; Курирование данных: Z.-K.S., S.W., L.Z .; Написание — черновик: Б.Т .; Написание — просмотр и редактирование: S.W., L.Z .; Надзор: X.-J.G., F.Z., B.T .; Администрация проекта: Б.Т .; Финансирование: S.-G.W., F.Z., B.T.

Финансирование

Работа выполнена при поддержке Национальной программы фундаментальных исследований Китая (грант № 2013CB127600), Национального фонда естественных наук Китая (гранты № 31071731 и 31371996), Пекинской программы NOVA (грант №Z121105002512039), Программа технических инноваций Пекинской академии сельскохозяйственных и лесных наук (грант № 20170107) и Пекинская технологическая программа (грант № D171100001617003).

Ссылки

  • Adriaens T., San Martin y Gomez G. и Maes D. (2008). История инвазии, предпочтения в среде обитания и фенология инвазивной божьей коровки Harmonia axyridis в Бельгии. BioControl 53, 69-88. 10.1007 / s10526-007-9137-6 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Адзума М.и Ямасита О. (1985a). Клеточная локализация и предполагаемая функция треалазы средней кишки у личинки тутового шелкопряда, Bombyx mori . Тканевая клетка 17, 539-551. 10.1016 / 0040-8166 (85) -8 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Адзума М. и Ямасита О. (1985b). Иммуногистохимическая и биохимическая локализация треалазы в развивающихся яичниках тутового шелкопряда, Bombyx mori . Insect Biochem. 15, 589-596. 10.1016 / 0020-1790 (85) -2 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Бэйл Дж.С. и Хейворд С. А. Л. (2010). Зимуют насекомые в условиях меняющегося климата. J. Exp. Биол. 213, 980-994. 10.1242 / jeb.037911 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Баццокки Г. Г., Ланзони А., Аччинелли Г. и Берджио Г. (2004). Зимовка, фенология и плодовитость Harmonia axyridis в сравнении с аборигенными кокцинеллидами в Италии. BioControl 49, 245-260. 10.1023 / B: BICO.0000025382.07841.b4 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Берквенс Н., Бейл Дж. С., Берквенс Д., Тирри Л. и Де Клерк П. (2010). Холодостойкость божьей коровки арлекин Harmonia axyridis в Европе. J. Insect Physiol. 56, 438-444. 10.1016 / j.jinsphys.2009.11.019 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Браун П. М., Рой Х. Э., Ротери П., Рой Д. Б., Уэр Р. Л. и Майерус М. Э. Н. (2008a). Harmonia axyridis в Великобритании: анализ распространения и распространения неместной кокцинеллиды. BioControl 53, 55-67.10.1007 / s10526-007-9124-y [CrossRef] [Google Scholar]
  • Brown PMJ, Adriaens T., Bathon H., Cuppen J., Goldarazena A., Hägg T., Kenis M., Klausnitzer BEM, Kovář I. ., Loomans AJM et al. (2008b). Harmonia axyridis в Европе: распространение и распространение неместной кокцинеллиды. BioControl 53, 5-21. 10.1007 / s10526-007-9132-y [CrossRef] [Google Scholar]
  • Brown P. M. J., Thomas C. E., Lombaert E., Jeffries D. L., Estoup A. и Handley L.-J. Л. (2011). Глобальное распространение Harmonia axyridis (Coleoptera: Coccinellidae): распространение, расселение и маршруты инвазии. Биоконтроль 56, 623-641. 10.1007 / s10526-011-9379-1 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Chen J., Tang B., Chen H., Yao Q., Huang X., Chen J., Zhang D. и Zhang W. ( 2010). Различные функции растворимых и мембраносвязанных генов треалазы насекомых в биосинтезе хитина выявлены с помощью РНК-интерференции. PLoS ONE 5, e10133 10.1371 / журнал.pone.0010133 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Эльбейн А. Д. (1974). Метаболизм α, α-трегалозы. Adv. Углеводы. Chem. Biochem. 30, 227-256. 10.1016 / S0065-2318 (08) 60266-8 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Эльбейн А. Д., Пан Ю. Т., Пастушак И. и Кэрролл Д. (2003). Новое понимание трегалозы: многофункциональной молекулы. Гликобиология 13, 17Р-27Р. 10.1093 / glycob / cwg047 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Фостер С.П. и Джонсон С. П. (2010). Питание и концентрация трегалозы в гемолимфе влияют на выработку половых феромонов у девственных бабочек Heliothis virescens . J. Insect Physiol. 56, 1617–1623. 10.1016 / j.jinsphys.2010.06.002 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Фридман С. (1978). Регуляция трехолозы, один из аспектов метаболического гомеостаза. Annu. Преподобный Энтомол. 23, 389-407. 10.1146 / annurev.en.23.010178.002133 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Фрисон М., Парру Дж. Л., Гийомо Д., Маскелье Д., Франсуа Дж., Шомон Ф. и Батоко Х. (2007). Треалаза Arabidopsis thaliana представляет собой связанный с плазматической мембраной фермент с внеклеточной активностью. FEBS Lett. 581, 4010-4016. 10.1016 / j.febslet.2007.07.036 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ge L.-Q., Zhao K.-F., Huang L.-J. и Wu J.-C. (2011). Влияние триазофоса на содержание трегалозы, активность треалазы и экспрессию их генов в коричневой цикадке Nilaparvata lugens (Stal) (Hemiptera: Delphacidae). Пестик. Biochem. Physiol. 100, 172–181. 10.1016 / j.pestbp.2011.03.007 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Джонстон М. и Карлсон М. (1992). Регулирование использования углерода и фосфатов. В г. Молекулярная и клеточная биология дрожжевых сахаромицетов (изд. Джонс Э. У., Прингл Дж. Р. и Броуч Дж. Р.). С. 193-281. Колд-Спринг-Харбор, Нью-Йорк: Лаборатория издательства Колд-Спринг-Харбор: Нью-Йорк. [Google Scholar]
  • Кешан Б., Тунаоджам Б.и Х.С.Д. (2016). Действие инсулина и 20-гидроксиэкдизона в Bombyx mori: содержание гликогена и характер экспрессии рецепторов инсулина и экдизона в жировом теле. Gen. Comp. Эндокринол. 241, 108-117. 10.1016 / j.ygcen.2016.06.022 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Хани А., Мохаррамипур С. и Барзегар М. (2007). Холодостойкость и накопление трегалозы у зимующих личинок плодожорки, Cydia pomonella (Lepidoptera: Tortricidae). Eur. Дж.Энтомол. 104, 385 10.14411 / eje.2007.057 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ким И. и Хонг Ю. (2015). Регулирование уровня трегалозы в гемолимфе с помощью инсулиноподобного пептида посредством диэфирного ритма кормления совки Spodoptera exigua. Пептиды 68, 91-98. 10.1016 / j.peptides.2015.02.003 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Kunieda T., Fujiyuki T., Kucharski R., Foret S., Ament SA, Toth AL, Ohashi K., Takeuchi H. , Камикоути А., Каге Э. и др. (2006).Гены и пути метаболизма углеводов у насекомых: выводы из генома медоносной пчелы. Insect Mol. Биол. 15, 563-576. 10.1111 / j.1365-2583.2006.00677.x [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Лапари М., Ларвор В., Френо Й. и Рено Д. (2012). Устойчивость к истощению и влияние диеты на запасы энергии хищного жужелица ( Merizodus soledadinus ; Carabidae), вторгающегося на острова Кергелен. Комп. Biochem. Physiol. Мол.Интегр. Physiol. 161, 122–129. 10.1016 / j.cbpa.2011.09.011 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ливак К. Дж. И Шмитген Т. Д. (2001). Анализ данных относительной экспрессии генов с использованием количественной ПЦР в реальном времени и метода 2 ΔΔC t . Методы 25, 402-408. 10.1006 / meth.2001.1262 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Мацуда Х., Ямада Т., Йошида М. и Нисимура Т. (2015). Летает без трегалозы. J. Biol. Chem. 290, 1244–1255.10.1074 / jbc.M114.619411 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Mirande L., Desneux N., Haramboure M., Schneider M. I. (2015). Внутригильдейское хищничество между экзотической и местной кокцинеллидой в Аргентине: роль плотности добычи. J. Pest Sci. 88, 155–162. 10.1007 / s10340-014-0597-z [CrossRef] [Google Scholar]
  • Монтут К. Л., Марден Дж. Х. и Кларк А. Г. (2003). Картирование детерминант изменения энергетического метаболизма, дыхания и полета у дрозофилы. Генетика 165, 623-635. 10.1007 / s10340-014-0597-z [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Олсон Р. Л., Фаррис Р. Э., Барр Н. Б. и Коньято А. И. (2014). Молекулярная идентификация Trogoderma granarium (Coleoptera: Dermestidae) с использованием гена 16s. J. Pest Sci. 87, 701-710. 10.1007 / s10340-014-0621-3 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Осанай-Футахаши М., Охде Т., Хирата Дж., Утино К., Футахаси Р., Тамура Т., Ниими Т.и Сезуцу Х. (2012). Видимый доминантный маркер трансгенеза насекомых. Nat. Commun. 3, 1295 10.1038 / ncomms2312 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Первез А. и Омкар А. (2006). Экология и применение биологической борьбы с разноцветной азиатской божьей коровкой, Harmonia axyridis : обзор. Biocontrol. Sci. Technol. 16, 111-128. 10.1080 / 09583150500335350 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Цинь З., Ван С., Вэй П., Сюй К. Д., Тан Б. и Чжан Ф. (2012). Молекулярное клонирование и экспрессия при холодной индукции гена трегалозо-6-фосфатсинтазы в Harmonia axyridis (Pallas). Acta Entomol. Грех. 55, 651-658. [Google Scholar]
  • Рой Х. Э., Браун П. М. Дж., Адрианс Т., Берквенс Н., Боргес И., Клюзелла-Труллас С., Комонт Р. Ф., Клерк П. Д., Рене Эшен Р., Эступ А. и др. (2016). Божья коровка арлекин, Harmonia axyridis : глобальные взгляды на историю вторжений и экологию. Bio. Вторжения 18, 997-1044. 10.1007 / s10530-016-1077-6 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Сантос Р., Мариано А. К., Росас-Оливейра Р., Паскарелли Б., Мачадо Э. А., Мейер-Фернандес Дж. Р. и Гондим К. С. (2008). Накопление и утилизация углеводов ооцитами Rhodnius prolixus. Arch. Насекомое Biochem. Physiol. 67, 55-62. 10.1002 / arch.20217 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Шилман П. Э. и Роузес Ф. (2008). Уровни сахара в гемолимфе у муравьев, питающихся нектаром: зависимость от метаболических расходов и углеводной депривации. J. Comp. Physiol. B 178, 157–165. 10.1007 / s00360-007-0207-y [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ши З., Лю X., Сюй Ц., Цинь З., Ван С., Чжан Ф., Ван С.Г. и Тан Б. . (2016). Два новых гена растворимой треалазы, клонированные из Harmonia axyridis , и регуляция фермента при быстро меняющейся температуре. Комп. Biochem. Physiol. B Biochem. Мол. Биол. 198, 10-18. 10.1016 / j.cbpb.2016.03.002 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Сильва М.К. П., Терра В. Р. и Феррейра К. (2004). Роль карбоксильных, гуанидиновых и имидазольных групп в катализе треалазой средней кишки, очищенной от личинок насекомых. Insect Biochem. Мол. Биол. 34, 1089-1099. 10.1016 / j.ibmb.2004.07.001 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Суанн М., Богема Д. Р., Чен Ю., Мэнсфилд С., Барчиа И. М. и Херрон Г. А. (2015). Метод TaqMan qPCR для определения устойчивости к kdr в Aphis gossypii демонстрирует улучшенную чувствительность по сравнению с традиционной ПЦР – ПДРФ. J. Pest Sci. 88, 785-791. 10.1007 / s10340-015-0651-5 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Тан Б., Чен X., Лю Ю., Тиан Х., Лю Дж., Ху Дж., Сюй В. и Чжан В. ( 2008 г.). Характеристика и паттерны экспрессии мембраносвязанной треалазы из Spodoptera exigua . BMC Mol. Биол. 9, 51 10.1186 / 1471-2199-9-51 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Тан Б., Чен Дж., Яо К., Пан З., Сюй В., Ван С. и Чжан В. (2010). Характеристика гена трегалозо-6-фосфатсинтазы из Spodoptera exigu a и идентификация его функции посредством РНК-интерференции. J. Insect Physiol. 56, 813-821. 10.1016 / j.jinsphys.2010.02.009 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Тан Б., Вэй П., Чен Дж., Ван С. Г. и Чжан В. К. (2012a). Прогресс в особенностях генов и функциях треалаз насекомых. Acta Entomol. Грех. 55, 1315-1321. [Google Scholar]
  • Тан Б., Сюй К., Цзоу К., Фанг К., Ван С. и Е Г. (2012b). Секвенирование и характеристика генов гликогенсинтазы и гликогенфосфорилазы из Spodoptera exigua и анализ их функции при голодании и чрезмерном потреблении сахара. Arch. Насекомое Biochem. Physiol. 80, 42-62. 10.1002 / arch.21027 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Тан Б., Цинь З., Ши З.-К., Ван С., Го X.-J., Ван С.-Г. и Чжан Ф. (2014). Треалаза в Harmonia axyridis (Coleoptera: Coccinellidae): влияние на двигательную активность жуков и корреляцию с метаболизмом трегалозы в условиях голодания. Заявл. Энтомол. Zool. 49, 255-264. 10.1007 / s13355-014-0244-4 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Татун Н., Сингтрипоп Т., Тунгджитвитаякул Дж. И Сакураи С. (2008). Регулирование активности растворимой и мембраносвязанной треалазы и экспрессии фермента в средней кишке личинок бамбукового мотылька Omphisa fuscidentalis. Insect Biochem. Мол. Биол. 38, 788-795. 10.1016 / j.ibmb.2008.05.003 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Терра В. Р. и Феррейра К. (1994). Пищеварительные ферменты насекомых: свойства, компартментализация и функции. Комп. Biochem. Physiol. B Комп. Biochem. 109, 1-62.10.1016 / 0305-0491 (94) -4 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Томпсон С. Н. (2003). Трегалоза — сахар «крови» насекомых. Adv. Насекомое. Physiol. 31, 205–285. 10.1016 / s0065-2806 (03) 31004-5 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ван дер Хорст Д. Дж., Ван Дорн Дж. М. и Бинаккерс А. М. Т. (1978). Динамика пула гемолимфы трегалозы во время полета саранчи, Locusta migratoria . Insect Biochem. 8, 413-416. 10.1016 / 0020-1790 (78) -7 [CrossRef] [Google Scholar]
  • ван Лентерен Дж.К., Луманс А. Дж. М., Бабендрайер Д. и Биглер Ф. (2008). Harmonia axyridis : оценка экологического риска для Северо-Западной Европы. BioControl 53, 37-54. 10.1007 / s10526-007-9120-2 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ван Ю., Кэмпбелл Дж. Б., Кафтаноглу О., Пейдж Р. Э. мл., Амдам Г. В. и Харрисон Дж. Ф. (2016a). Голодание личинок улучшает метаболический ответ на голодание взрослых медоносных пчел ( Apis mellifera L.). J. Exp. Биол. 219, 960-968.10.1242 / jeb.136374 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ван Ю., Кафтаноглу О., Брент С. С., Пейдж Р. Э. младший и Амдам Г. В. (2016b). Стресс голодания во время развития личинок способствует адаптивной реакции у взрослых медоносных пчел ( Apis mellifera L.). J. Exp. Биол. 219, 949-959. 10.1242 / jeb.130435 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Уинглер А. (2002). Функция биосинтеза трегалозы у растений. Фитохимия 60, 437-440.10.1016 / S0031-9422 (02) 00137-1 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ян М., Чжао Л., Шен К., Се Г., Ван С. и Тан Б. (2017). Нокдаун двух трегалозо-6-фосфатсинтаз серьезно влияет на экспрессию гена метаболизма хитина у коричневой цикадки Nilaparvata lugens . Pest Manag. Sci. 73, 206-216. 10.1002 / ps.4287 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Zappalà L., Biondi A., Alma A., Al-Jboory IJ, Arnò J., Bayram A., Chailleux A., El-Arnaouty A ., Герлинг Д., Генауи Ю. и др. (2013). Естественные враги южноамериканской моли, Tuta absoluta, в Европе, Северной Африке и на Ближнем Востоке, и их потенциальное использование в стратегиях борьбы с вредителями. J. Pest Sci. 86, 635-647. 10.1007 / s10340-013-0531-9 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Zauner C., Schneeweiss B., Kranz A., Madl C., Ratheiser K., Kramer L., Roth E., Schneider B. and Ленц К. (2000). Расход энергии в покое при кратковременном голодании увеличивается в результате повышения уровня норэпинефрина в сыворотке крови. Am. J. Clin. Nutr. 71, 1511-1515. [PubMed] [Google Scholar]
  • Чжан Х., Лю Дж., Ли К. Р., Момен Б., Кохански Р. А. и Пик Л. (2009). Делеция инсулиноподобных пептидов дрозофилы вызывает дефекты роста и метаболические нарушения. Proc. Natl. Акад. Sci. США 106, 19617–19622. 10.1073 / pnas.03106 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Zhao L., Yang M., Shen Q., Liu X., Shi Z., Wang S. и Tang B. ( 2016). Функциональная характеристика трех генов треалазы, регулирующих путь метаболизма хитина у коричневой цикадки, с использованием РНК-интерференции. Sci. Реп. 6, 27841 10.1038 / srep27841 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

Голодание — обзор | Темы ScienceDirect

2.31.3.1 Стресс от голода

Голод является экологически значимым фактором стресса, поскольку наличие пищи является динамическим аспектом большинства условий окружающей среды. Следовательно, можно предположить, что сопутствующие поведенческие и физиологические реакции на голодание подверглись значительному избирательному давлению и что механизмы, лежащие в основе реакции на голод, могут быть сходными у широкого круга организмов.У насекомых наиболее часто используемым показателем для определения реакции на голодание является продолжительность жизни, и, по сути, есть два фактора, которые определяют, как долго организм может выжить в условиях голодания. Первый — это размер накопителей энергии (т. Е. Топливного бака), а второй — то, как эта энергия используется (т. Е. Миль на галлон).

На энергетическую емкость может влиять предыдущая история кормления, а также относительная эффективность преобразования питательных веществ в накопленные запасы.На использование энергии также влияют различные биологические факторы, включая метаболические потребности, преобразование запасов в доступную энергетическую валюту и относительную эффективность использования (окислительная способность) активными тканями. Перераспределение энергетических потребностей является критическим аспектом подпитки стрессовых реакций, и такие реакции отражают биологические приоритеты для облегчения гомеостатических проблем.

Очевидно, что на запасы энергии в первую очередь влияет наличие питательных веществ.Хотя мы не можем дать конкретным предметам, таким как пищевое влечение и метаболическая конверсия, должное лечение, которого они заслуживают, мы подчеркиваем важные особенности пищевого поведения и метаболизма и то, как они влияют на продолжительность жизни во время голодания. Во-первых, что заставляет насекомое есть? Понимание механизмов, лежащих в основе пищевого влечения у насекомых, далеко не полное. Однако недавние открытия показывают, что нейропептид F (NPF) регулирует вызванное голодом поведение у личинок Drosophila (Wu et al., 2005). Это важно, поскольку NPF демонстрирует гомологию с системой нейропептида Y (NPY) млекопитающих (Wu et al., 2003), которая опосредует пищевое поведение у млекопитающих (Valassi et al., 2008). Таким образом, оказывается, что нейроэндокринные факторы, которые регулируют пищевое поведение у позвоночных и насекомых, сохранены, и что система NPY является компонентом схемы, которая реагирует на условия голодания. Хотя неясно, какие сенсорные сигналы модулируют NPF, недавно было показано, что у Drosophila присутствие обонятельных сигналов ускоряет смерть в условиях недостатка питательных веществ (Libert et al., 2007). Это предполагает наличие мультимодальных сенсорных входов, передающих статус питательных веществ, обонятельные и / или вкусовые сигналы о присутствии пищи в окружающей среде, а также другие внутренние сенсорные системы.

У Drosophila , как и у многих других многоклеточных животных, голод вызывает гиперактивное поведение. Это изменение передвижения имеет общее адаптивное значение, так как оно способствует удалению организма от источника стресса или, в конкретном случае голодания, способствует поиску пищи.Очевидно, что голодание также приводит к истощению запасов энергии, что усугубляется повышенным уровнем активности и сопутствующим повышенным метаболическим спросом. Ясно, что повышенная активность ускоряет потерю запасов энергии, но может быть и обратное — то есть, количество передвижения в конечном итоге контролируется доступностью энергии. Если это так, то можно предположить, что периферические ткани передают сенсорную информацию в центральные области, которые контролируют двигательное поведение.С другой стороны, голодание может вызвать независимые изменения мобилизации энергии и передвижения.

Недавно было обнаружено, что когда клетки в пределах жирового тела Drosophila были предотвращены от прохождения запрограммированной аутофагии, продолжительность жизни при голодании увеличивалась (Aguila et al., 2007). Эти результаты указывают на то, что происхождение развития связано с фенотипами, вызванными голоданием. Эти накопленные резервы могут способствовать созреванию гонад, поскольку развитие женских яичников требует значительных затрат энергии.Наблюдение за тем, что голодание препятствует откладыванию яиц, восприимчивости самок и развитию яичников, согласуется с общим представлением о перераспределении энергии в условиях голодания. Также считается, что энергия, передаваемая яичникам, может быть доступна самкам через резорбцию, что может объяснить половой диморфизм выживания при голодании (Terashima et al., 2005). Следует отметить, что репродуктивная история самок Drosophila влияет на чувствительность к условиям голодания, при этом спаривание приводит к увеличению продолжительности жизни в условиях голодания (Rush et al., 2007). Кроме того, количество транскриптов, участвующих в воспроизводстве, например белков желтка, также значительно снижается в условиях голодания (Harbison et al., 2005). В совокупности эти наблюдения предполагают резкую модуляцию репродуктивной продукции во время стресса и согласуются с моделями распределения ресурсов, утверждающими, что энергия в ограниченных условиях перенаправляется от роста и воспроизводства к физиологии, которая максимизирует поддержание (McNamara and Buchanan, 2005).

Поведение и физиология, перечисленные выше, которые являются целями модуляции голодания, также были исследованы у штаммов, полученных в результате селекционных экспериментов на устойчивость к голоданию у ряда различных насекомых.У Drosophila устойчивые к голоданию линии имеют более высокое количество овариол, чем невыбранные линии, но производят меньше яиц (Wayne et al., 2006). В целом количество овариол положительно коррелирует с репродуктивным продуктом самок (Wayne et al., 1997). Следовательно, репродуктивный потенциал самки не считается абсолютным ограничением, определяющим устойчивость к голоданию, а скорее критическим элементом является раннее выделение ресурсов либо на воспроизводство, либо на выживание (Wayne et al., 2006). Также у Drosophila некоторые устойчивые к голоданию линии имеют более высокое содержание липидов, демонстрируя пластичность в способности аккумулировать энергию (Djawdan et al., 1998; Harshman et al., 1999). Эти линии также имеют более низкую скорость основного метаболизма, измеренную по потреблению O 2 (Harshman et al., 1999). Затем считается, что основные черты, на которые действует отбор, включают более низкие уровни использования энергии и увеличенные запасы энергии. Примечательно, что многие из этих устойчивых к голоданию линий устойчивы к ряду различных гетеротипических стрессоров, включая проблемы окисления и высыхания (Rion and Kawecki, 2007), предполагая, что выбранные признаки могут представлять общие механизмы, приводящие к устойчивости к стрессу.Неясно, затрагивается ли аналогичным образом двигательная активность, которая явно усиливается во время голодания, в этих выбранных линиях.

Анализ селекции также дает представление о лежащих в основе генетических компонентах, которые можно легко исследовать с помощью локусов количественных признаков (QTL) или анализа микрочипов. Анализ транскриптов животных, подвергшихся голоданию, демонстрирует общее снижение количества транскриптов генов, функционирующих в иммунитете (Harbison et al., 2005).В подтверждение этих результатов паразитированные Drosophila являются сверхчувствительными к голоданию и стрессам высыхания (Hoang, 2001). Это говорит о том, что неспособность отвлечь энергию от функций, связанных с иммунитетом, отрицательно влияет на выживаемость в этих условиях. Это также подтверждается наблюдением, что хроническая стимуляция иммунной системы у Drosophila сокращает продолжительность жизни (Libert et al., 2006). Аналогичным образом, анализ микрочипов демонстрирует повышенную экспрессию различных транскриптов, функционирующих в метаболических процессах мобилизации энергии (Harbison et al., 2005). Эти результаты подтверждают центральную роль накопителей энергии и их использования как критической цели модификации, вызванной голоданием.

Ограничение диеты увеличивает продолжительность жизни различных организмов, в том числе насекомых. Считается, что механизм, увеличивающий продолжительность жизни, заключается в уменьшении прооксидантов, что ограничивает повреждение, вызванное активными формами кислорода (АФК) (Sohal and Weindruch, 1996). Связан ли механизм увеличения продолжительности жизни с количеством калорий в Drosophila , несколько спорно, и похоже, что источник калорий (белок или углевод) определяет продолжительность жизни, а не абсолютное потребление калорий (Mair et al., 2005; Мин и др., 2006; Ли и др., 2008b). В контексте стресса отметим, что ограничение питания принципиально отличается от стресса, связанного с голоданием или лишением питательных веществ. Ограничение питания определяется как состояние, которое не приводит к истощению (Piper et al., 2005). Хотя ограничение в питании явно не определяется как стресс, оно демонстрирует сложные связи между воспроизводством, метаболизмом, диетой и старением. Кроме того, ограничение питания само по себе ведет к повышению устойчивости к голоданию (Chippindale et al., 1993), хотя неясно, представляет ли это явление горметический ответ на ограниченную диету или происходит через независимые пути увеличения продолжительности жизни. Кроме того, плодовитость изменяется в условиях ограничения диеты, и, таким образом, снижение яйценоскости явно зависит от статуса питания. Однако ограничение в питании не влияет на скорость метаболизма (Hulbert et al., 2004) и предполагает, что ограничение в питании может не влиять на активность.

Влияние углеводного голодания на экспрессию генов в корне цитрусовых по JSTOR

Абстрактный

Корни деревьев с чередованием плодов цитрусовых (Murcott, гибрид Citrus reticulata) подвергаются резким колебаниям содержания углеводов и голодают.Используя эту систему, мы исследовали эффект истощения запасов углеводов корня (общий растворимый сахар, сахароза и крахмал) на экспрессию связанных с углеводами генов. Ряд генов, включая те, которые кодируют фосфорилазу крахмала (STPH-L и STPH-H), АДФ-глюкозопирофосфорилазу, малую субъединицу (Agps), R1, пластидный переносчик АДФ / АТФ (AATP), фосфоглюкомутазу (PGM-P и PGM). -C), сахарозосинтаза (CitSuS1 и CitSuSA), переносчик сахарозы (SUT1 и SUT2), гексокиназа (HK) и альфа-амилаза (α-AMY) были выделены и проанализирована их экспрессия.Было обнаружено, что гены по-разному реагируют на истощение углеводов. STPH-L, STPH-H, Agps, R1, AATP, PGM-P, PGM-C, CitSuS1 и HK подавлялись, в то время как SUT1 и α-AMY подавлялись во время истощения углеводов. Два других гена, CitSuSA и SUT2, не реагировали на истощение углеводов. Удаление плодов, которое прервало истощение углеводов, вызванное обильным плодоношением, обратило вспять эти паттерны экспрессии генов. Обработка опоясывающего ствола и затемнения всего растения, которая вызвала истощение углеводов в корнях, вызвала те же изменения в экспрессии генов, что и в системе альтернативного оплодотворения.Обсуждаются возможные роли генов с повышенной и пониженной регуляцией в метаболизме обедненных углеводами корней цитрусовых. Хотя конкретные задействованные сигналы не были определены, результаты подтверждают гипотезу пира / голода об углеводной регуляции, предложенную Кохом [K.E. Koch (1996) Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol 47: 509-540].

Информация о журнале

Planta публикует своевременные и содержательные статьи по всем аспектам биологии растений и предлагает оригинальные исследовательские работы по любым видам растений.Сферы интересов включают биохимию, биоэнергетику, биотехнологию, клеточную биологию, развитие, экологическую физиологию и физиологию окружающей среды, рост, метаболизм, морфогенез, молекулярную биологию, физиологию, взаимодействия растений и микробов, структурную биологию и системную биологию.

Информация об издателе

Springer — одна из ведущих международных научных издательских компаний, издающая более 1200 журналов и более 3000 новых книг ежегодно, охватывающих широкий круг предметов, включая биомедицину и науки о жизни, клиническую медицину, физика, инженерия, математика, компьютерные науки и экономика.

Влияние углеводного голодания на экспрессию генов в корне цитрусовых

  • Bustan A, Goldschmidt EE (1998) Оценка стоимости цветения грейпфрутового дерева. Среда растительной клетки 21: 217–224

    Статья Google ученый

  • Chen YC, Chourey PS (1989) Пространственная и временная экспрессия 2 генов сахарозосинтазы в кукурузе — иммуногистологические данные. Theor Appl Genet 78: 553–559

    Google ученый

  • Dai N, Schaffer A, Petreikov M, Shahak Y, Giller Y, Ratner K, Levine A, Granot D (1999) Сверхэкспрессия гексокиназы Arabidopsis в растениях томатов подавляет рост, снижает фотосинтез и вызывает быстрое старение.Растительная клетка 11: 1253–1266

    Google ученый

  • Dejardin A, Rochat C, Wuilleme S, Boutin JP (1997) Вклад сахарозосинтазы, АДФ-глюкозопирофосфорилазы и синтазы крахмала в синтез крахмала в развивающихся семенах гороха. Среда растительной клетки 20: 1421–1430

    CAS Google ученый

  • Duwenig E, Steup M, Kossmann J (1997a) Индукция генов, кодирующих пластидную фосфорилазу из шпината ( Spinacia oleracea L.) и картофеля ( Solanum tuberosum L.) за счет экзогенно поставляемых углеводов в иссеченные листовые диски. Planta 203: 111–120

    Артикул CAS PubMed Google ученый

  • Duwenig E, Steup M, Willmitzer L, Kossmann J (1997b) Антисмысловое ингибирование цитозольной фосфорилазы в растениях картофеля ( Solanum tuberosum L.) влияет на прорастание клубней и формирование цветков с незначительным влиянием на метаболизм углеводов.Завод J 12: 323–333

    CAS PubMed Google ученый

  • Ферни А.Р., Росснер У., Третуэй Р.Н., Уилмитзер Л. (2001) Вклад пластидной фосфоглюкомутазы в контроль синтеза крахмала в клубне картофеля. Planta 213: 418–426

    CAS PubMed Google ученый

  • Fernie AR, Tauberger E, Lytovchenko A, Roessner U, Willmitzer L, Trethewey RN (2002) Антисмысловая репрессия цитозольной фосфоглюкомутазы в картофеле ( Solanum tuberosum ) приводит к серьезной задержке роста и снижению количества углерода в клубнях. метаболизм.Planta 214: 510–520

    CAS PubMed Google ученый

  • Goldschmidt EE, Golomb A (1982) Углеводный баланс альтернативно-плодоносящих цитрусовых деревьев и значение резервов для цветения и плодоношения. J Am Soc Hort Sci 107: 206–208

    Google ученый

  • Goldschmidt EE, Koch KE (1996) Цитрусовые. В: Замски Э., Шаффер А.А. (ред.) Распределение фотоассимилятов в растениях и сельскохозяйственных культурах.Dekker, New York, pp 797-823

  • Graham IA, Denby KJ, Leaver CJ (1994) Углеродная катаболитная репрессия регулирует экспрессию гена глиоксилатного цикла в огурце. Растительная клетка 6: 761–772

    Статья CAS PubMed Google ученый

  • Харрисон CJ, Mold RM, Leech MJ, Johnson SA, Turner L, Schreck SL, Baird KM, Jack PL, Rawsthorne S, Hedley CL, Wang TL (2000) Локус гороха rug3 кодирует пластидную фосфоглюкомутазу.Plant Physiol 122: 187–1192

    Статья Google ученый

  • Hassid WZ, Neufeld EF (1964) Количественное определение крахмала в растительной ткани. Методы Carbohydr Chem 4: 33–36

    CAS Google ученый

  • Irving DE, Shingleton GJ, Hurst PL (1999) Разложение крахмала в кабачках лютиковых ( Cucurbita maxima ). J Am Soc Hort Sci 124: 587–590

    CAS Google ученый

  • Jacob-Wilk D, Holland D, Goldschmidt EE, Riov J, Eyal Y (1999) Разрушение хлорофилла хлорофиллазой: выделение и функциональная экспрессия гена Chlase1 из обработанных этиленом плодов Citrus и его регулирование во время разработка.Plant J 20: 653–661

    Артикул CAS PubMed Google ученый

  • Kampfenkel K, Möhlmann T, Batz O, Van Montagu M, Inzé D, Neuhaus HE (1995) Молекулярная характеристика кДНК Arabidopsis thaliana , кодирующей новый предполагаемый транслокатор аденилата высших растений. FEBS Lett 374: 351–355

    Статья CAS PubMed Google ученый

  • Koch KE (1996) Углеводно-модулированная экспрессия генов в штанах.Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol 47: 509–540

    CAS Google ученый

  • Komatsu A, Moriguchi T, Koyama K, Omura M, Akihama T (2002) Анализ генов сахарозосинтазы в цитрусовых предполагает различные роли и филогенетические отношения. J Exp Bot 53: 61–71

    Статья CAS PubMed Google ученый

  • Кубик-Добош Г., Бакевич М., Горска А. (2001) Важность содержания углеводов в корнях для усвоения аммония.Acta Physiol Plant 23: 187–192

    CAS Google ученый

  • Loescher WH, McCamant T, Keller JD (1990) Запасы углеводов, перемещение и хранение в корнях древесных растений. HortScience 25: 274–281

    CAS Google ученый

  • Lorberth R, Ritte G, Willmitzer L, Kossmann J (1998) Ингибирование белка, связанного с гранулами крахмала, приводит к модифицированному крахмалу и подавлению холодного подслащивания.Nat Biotechnol 16: 473–7

    CAS PubMed Google ученый

  • Маннерс DJ (1985) Крахмал. В: Dey PM, Dixon RA (eds) Биохимия запасных углеводов в зеленых растениях. Academic Press, London, pp. 149–203

  • Monselise SP, Goldschmidt EE (1982) Альтернативное плодоношение фруктовых деревьев. Hort Rev 4: 128–173

    Google ученый

  • Neuhaus HE, Thom E, Möhlmann T, Steup M, Kampfenkel K (1997) Характеристика нового эукариотического транслокатора АТФ / АДФ, расположенного в пластидной оболочке Arabidopsis thaliana L.Plant J 11: 73–82

    Артикул CAS PubMed Google ученый

  • Nielsen TH, Wischmann B, Enevoldsen K, Moller BL (1994) Фосфорилирование крахмала в клубнях картофеля происходит одновременно с биосинтезом крахмала de novo. Физиология растений 105: 111–117

    CAS PubMed Google ученый

  • Освальд О., Мартин Т., Домини П.Дж., Грэм И.А. (2001) Редокс-состояние пластидов и сахара: интерактивные регуляторы ядерно-кодируемой экспрессии фотосинтетических генов Proc Natl Acad Sci USA 98: 2047–2052

    Article CAS Google ученый

  • Riesmeier JW, Willmitzer L, Frommer WB (1994) Доказательства важной роли переносчика сахарозы в загрузке флоэмы и разделении ассимилятов.EMBO J 13: 1–7

    PubMed Google ученый

  • Ritte G, Lloyd JR, Eckermann N, Rottmann A, Kossmann J, Steup M (2002) Связанный с крахмалом белок R1 представляет собой α-глюкан, водную дикиназу. Proc Natl Acad Sci USA USA 99: 7166–7171

    Статья CAS Google ученый

  • Шин Дж. (1990) Метаболическая репрессия транскрипции у высших растений. Растительная ячейка 2: 1027–1038

    CAS PubMed Google ученый

  • Смит П. (1976) Обрушение мандариновых деревьев «Меркотт».J Am Soc Hort Sci 101: 23–25

    CAS Google ученый

  • Stark DM, Timmerman KP, Barry GF, Preiss J, Kishore GM (1992) Регулирование количества крахмала в тканях растений с помощью АДФ-глюкозопирофосфорилазы. Наука 258: 287–292

    CAS Google ученый

  • Steup M (1988) Разложение крахмала. Биохимия растений 14: 255–296

    CAS Google ученый

  • Stitt M, Steup M (1985) Разложение крахмала и сахарозы.В: Douce R, Day DA (eds) Энциклопедия физиологии растений, NS, vol 18: Высшее дыхание растительных клеток. Springer, Berlin Heidelberg New York, стр. 347–390

  • Van Berkel J, Conradsstrauch J, Steup M (1991) Глюкан-фосфорилаза формируется в семядолях Pisum sativum L. — локализация, изменение развития, перевод in vitro , и обработка. Planta 185: 432–439

    Google ученый

  • Van Handel E (1968) Прямое микроопределение сахарозы.Anal Biochem 22: 280–283

    PubMed Google ученый

  • Фогель Р., Вирек Р., Мурманн А., Рауш Т. (1999) Клонирование кДНК фактора элонгации 2 высших растений: экспрессия eEF2 и альфа-субъединицы eEF1B в клетках сахарной свеклы во время фосфатного и углеводного голодания. J Plant Physiol 154: 192–196

    CAS Google ученый

  • Weber H, Rolletschek H, Heim U, Golombek S, Gubatz S, Wobus U (2000) Антисмысловое ингибирование АДФ-глюкозопирофосфорилазы в развивающихся семенах Vicia narbonensis умеренно снижает содержание крахмала, но увеличивает содержание белка и влияет на семена созревание.Завод J 24: 33–43

    PubMed Google ученый

  • Yemm EW, Willis AJ (1964) Оценка содержания углеводов в растительных экстрактах антроном. Biochem J 57: 508–514

    Google ученый

  • Ю. С.М. (1999) Клеточные и генетические ответы растений на сахарное голодание. Физиология растений 121: 687–693

    CAS PubMed Google ученый

  • Yu Y, Mu HH, Wasserman BP, Carman GM (2001) Идентификация стромального белка 112 кДа амилопласта кукурузы как фосфорилазы пластидного крахмала.Plant Physiol 125: 351–359

    Статья CAS PubMed Google ученый

  • (PDF) Влияние голодания на углеводный и липидный обмен у крабов, ранее соблюдаемых на высокобелковой или богатой углеводами диете

    582 ANAPAULA S.VINAGRE и Rcu ~~ rs SM DA SILVA

    снижается с тенденцией к стабилизируются до конца голодного периода

    (рис. 1). Концентрация гликогена

    в гепатопанкреасе была едва заметна, и

    уровни мышечного гликогена снизились до 53% от

    значений после кормления через 8 недель голодания (рис.2). Картина углеводного обмена

    во время голодания у

    крабов, ранее адаптированных к богатой углеводами диете

    , была довольно похожа на таковую у птиц и млекопитающих

    , которых держали на той же диете до голодания

    (Kettelhut et al., 1980; Луна, 1988 г.). У этих животных

    снижение уровня сахара в крови во время голодания на

    более выражено в начальный период голодания,

    , когда их глюконеогенная способность еще низкая.Следовательно,

    вполне возможно, что снижение уровня глюкозы в гемолимфе

    в течение первой недели голодания (рис. 1) составляет

    , также из-за низкой глюконеогенной способности этих

    крабов. С другой стороны, относительно высокая утилизация мышечного гликогена после 1 недели голодания

    (рис. 2), похоже, указывает, как и у крабов

    , соблюдающих диету с высоким содержанием белка, на то, что

    производился из лактата.

    из мышечного полисахарида может быть важным источником

    углеродных цепей для глюконеогенеза у крабов

    , адаптированных к богатой углеводами диете.Однако в

    этих крабах гликоген гепатопанкреаса составляет

    основной источник энергии во время голодания.

    Более того, тенденция к стабилизации

    уровней глюкозы в крови в конце экспериментального периода

    в обеих группах может быть связана с уменьшением использования углеводов

    во время голодания, как следствие

    снижения уровня глюкозы в крови. скорость метаболизма во время голодания

    , как и у других ракообразных (Marsden

    et al., 1973; Реньо, 1981).

    Никаких различий в содержании полисахарида

    в жабрах скармливаемых крабов на любом рационе не наблюдалось (рис. 2). Таким образом, может показаться, что

    , в отличие от того, что происходит в гепатопанкреасе и мышцах

    у крабов, получавших

    диету с высоким содержанием углеводов или белков (Kucharski and

    Da Silva, 1991a), гликоген в жабрах не подвергался воздействию

    по составу диет.Кажется разумным предположить, что контроль углеводного

    метаболизма в жабрах может отличаться от такового в гепато-поджелудочной железе и мышцах

    . Высокие значения концентрации гликогена

    , обнаруженные в жабрах, согласуются с результатами

    Нери (1990), работавшего с тем же видом

    и Келлера и Эндрю (1973) в боксере Uca. В жабрах

    голод вызывает быстрое и сильное снижение

    концентрации гликогена у крабов, получавших обе диеты

    (рис.2). Однако Марсден и др. (1973) работа

    с Carcinus maenas не обнаружила каких-либо значительных

    изменений уровня углеводов в жабрах после

    голодания в течение 2 недель. Это можно объяснить тем фактом, что эти авторы акклиматизировали крабов во время голодания

    при 15 ° C и обнаружили прогрессирующее подавление метаболизма. В конце периода эксперимента —

    таллов, концентрация гликогена, обнаруженная в жабрах

    , была с трудом обнаружена у крабов, получавших диету с углеводородами.

    Возможно, жабры начинают зависеть от запасов липидов для производства энергии

    .

    Общие значения липидов, обнаруженные в гемолимфе, являются высокими на

    у животных, содержащихся на обоих диетах (рис. 3). Аналогичные результаты

    были обнаружены у других видов ракообразных,

    , хотя большие колебания в концентрации липидов наблюдаются

    во время линьки, гаметогенеза и голодания

    (Speck and Urich, 1969; Chang and O’Connor, 1983).

    Две недели голодания увеличивают значения общего липида

    в гемолимфе примерно на 100% у

    животных, адаптированных к диете HP, и на 40% у крабов

    , ранее находившихся на диете HC (рис. 3).

    Характер метаболической реакции в обеих экспериментальных группах предполагает использование углеводного метаболизма

    для обеспечения потребности в энергии в течение первых

    недель голодания.Таким образом, потребление глюкозы

    во время начальной фазы голодания привело бы к снижению потребления липидов гемолимфы на

    общих

    .

    Хотя статистическая значимость не была достигнута

    для снижения общего количества липидов в гемолимфе на

    четвертой неделе голодания, снижение примерно до 42%

    было обнаружено у животных, ранее получавших диету HC, и

    28% у крабов выдерживались на диете HP перед голоданием

    (рис.3). Таким же образом, снижение концентрации липидов гепатопанкреаса на

    у крабов до

    , питавшихся HC-диетой, и снижение значений на

    мышечных липидов у животных, сохраняемых до голодания

    на HP-диете (рис. 4), предполагает, что в конце экспериментального периода

    потребляемая энергия составляла

    , в конечном счете, за счет катаболизма гепато-

    липидов поджелудочной железы и мышц.

    Общая концентрация липидов в мышцах крабов, получавших

    на обеих диетах, была меньше, чем обнаруженная Кухарским

    и Да Силва (199la), работающими с теми же видами

    и теми же диетами. Это может быть объяснено тем фактом

    , что эти авторы проводили свои эксперименты

    в летние месяцы, когда значения общего липида

    в мышцах довольно высоки (Kucharski and Da

    Silva, 1991b), тогда как наше исследование было выполнено

    в осенние, зимние и весенние месяцы, когда

    эти концентрации довольно низкие, возможно, из-за потребления липидов мышц в качестве источника

    энергии зимой (Кучарски и Да Силва,

    199 фунтов) .

    В заключение, картина корректировок метаболизма

    к голоданию у крабов, адаптированных к диете HP

    , отличается от наблюдаемой у крабов, получавших диету HC

    до голодания. Вероятно, эти метаболические изменения

    в соответствии с предыдущей диетой вносят

    в наблюдаемую изменчивость эффектов голодания у

    многих видов ракообразных.

    Благодарности — Авторы благодарят доктора Марию Маркес

    за критическое прочтение рукописи.Эта работа была поддержана частично грантами от Конвенцио FINEP / UFRGS

    (№ 43.87.0846.00) от CNPq и FAPERGS.

    ССЫЛКИ

    Ботто Дж. Л. и Иригойен Х. Р. (1980) Bioecologia de la

    comunidad de1 cangrejal. I. Contribuicion al conocimento

    biologic0 de1 cangrejo de estuario, Chavnagnothus granu —

    fatn Dana (Crustacea Decapado, Grapsidae) en la desem-

    bocadura de1 rio salo, провинция Буэнос-Айрес.Сем.

    Latinoam. Ecol. Benr & nica y Sedimentolog. Plataf.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *