El control neuroendocrí de la reproducció del caragol “Theba pisana” (Malacologia mediterrània, 40/2016)

Quan parlem d’espècies invasives pensem en aquelles que han arribat a l’àrea mediterrània procedent d’indrets exòtics. És el cas del caragol poma (Pomacea maculata) que, originari de terres americanes, sembla haver-se establert gairebé definitivament al Delta de l’Ebre. Però també hi ha casos de caragols mediterranis que s’han expandit a altres biomes en els anys recents, com passa amb el Theba pisana. La distribució de Theba pisana és atlanto-mediterrània, és a dir estesa a la regió mediterrània i al litoral adjacent atlàntic, des del Marroc als Països Baixos. És l’activitat humana la que explica la seva presència a algunes illes mediterrànies on no era present, com el cas de Menorca. Hom calcula que en el segle XVIII, Theba pisana arribà a les Illes Britàniques; en el segle XIX colonitzaria Sud-àfrica; i més recentment s’ha estès a Califòrnia, sud d’Austràlia i Tasmània i zones de l’Àsia oriental. En algunes d’aquestes regions, T. pisana, a banda de ser una espècie invasiva és una plaga agrícola seriosa, i que hagi rebut l’atenció d’investigadors dels països més afectats. Per exemple, els grups de Kenneth B. Storey, de l’Institute of Biochemistry & Departament of Biology de la Carleton University (Ottawa) i de Scott F. Cummins, del Genecology Research Center de la University of the Sunshine Coast (Maroochydore, Queensland) han aplegat esforços per caracteritzar gens i pèptids implicats en la reproducció d’aquest carargol. El resultat d’aquesta recerca ha estat publicat aquesta setmana a PLoS One.

Theba pisana

Les bases moleculars que regulen la reproducció de Theba pisana

Kenneth B. Storey i Scott F. Cummins emprengueren aquesta recerca amb la voluntat de contribuir a la comprensió de les adaptacions evolutives que expliquen l’èxit invasiu d’aquesta espècie de caragol terrestre. Michael J. Stewart i Bradley I. Harding, de l’equip de Cummins, dugueren el dia a dia de la investigació, en la que també contribuí el seu company U. Bose. En la metodologia, a més d’aquests tres investigadors, participaren Tianfang Wang i el mateix Cummins. Russell C. Wyeth, de la St. Francis Xavier University (Antigonish, Nova Scotia) contribuí a la redacció.

La recerca fou finançada per l’Australian Research Council, en el marc del programa sobre l’estivació dels caragols (2012-2014) que co-dirigiren Cummins i Storey.

El control neural de la reproducció

El sistema nerviós central dels caragols consisteix en quatre cordons ganglionars. En mol·luscs, el sistema nerviós controla funcions reproductives a través de diversos neuropèptids, com el tetrapèptid APGWamida, la neurohormona ELH i l’hormona alliberadora de gonadotropina. Aquests neuropètids regulen aspectes de la funció reproductiva masculina (eversió penil, espermiació), de la funció reproductiva femenina (ovulació, ovoposició).

En el cas de Theba pisana, com en molts altres gasteròpodes, els individus són hermafrodites. Aquesta espècie mediterrània es troba especialment adaptada per sobreviure en condicions de sequedat, fent ús de l’estratègia d’estivació.

Una tanca a Kadina (Península de Yorke, Austràlia del Sud), curulla de caragols en estivació, la majoria dels quals de l’espècie “Theba pisana”

Espècimens recollits a Warooka

El sud de la península de Yorke, a una latitud de 34ºS, és de clima mediterrani d’estiu càlid (Csb en la tipologia de Köppen). És a Warooka, on Stewart et al., capturen els seus caragols, que després traslladen al laboratori de Maroochydore, a Queensland. Les condicions del terrari són de temperatura i humitat uniformes (19ºC i 30%) i d’un cicle de llum:foscor de 12:12h. Els caragols els alimenten amb cogombre i pastanaga.

En l’estudi, sacrificaren 25 caragols, dels quals 10 eren madurs (sistema reproductiu plenament desenvolupat, amb presència de dards i de glàndules mucoses i albuminals grans) i 15 immadurs (sistema reproductiu subdesenvolupat, glàndules mucoses i albuminals petites). En la dissecció es prengueren mostres de nou teixits diferents: 1) ganglis del sistema nerviós central; 2) bursa copulatrix; 3) tracte bursal; 4) sac de dards; 5) múscul del peu; 6) hepatopàncrees; 7) glànduloses mucoses; 8) ovotesticles; 9) penis. De cada teixit es va fer una extracció d’ARN total, a partir de la qual s’obtingué l’ADN complementari, que fou clonat en una llibreria de plàsmids pGEM-T. La feina posterior de seqüenciació es dugué a terme a l’Australian Genome Research Facility (AGRF) de Brisbane.

En mostres de caragols madurs de sistema nerviós central, sac de dards i glàndules mucoses es realitzà un estudi d’hibridació in situ per valorar l’expressió del gen ELH1.

A partir de mostres de 30 caragols madurs i immadurs es feren un pool de teixit ganglionar central i de teixit glandular mucós per tal d’extreure’n la proteïna. L’objectiu era veure si s’hi podia detectar en aquestes mostres la producció de ELH, mitjançant cromatografia líquida i una espetrometria de masses MS/MS. Amb aquesta tècnica hom pot identificar fragments peptídics, i fer la consegüent identificació de proteïnes d’acord amb les dades de les bases bioinformàtiques i de la pròpia llibreria de plàsmids abans esmentada.

Un bioassaig de ELH

Es prengueren a l’atzar 78 caragols madurs i es distribuïren en tretze grups de diferent tractament. A alguns d’aquests grups se’ls injectà l’hormona sintètica ELH1 a diferents concentracions (1 pM – 1 mM). Després de la injecció els caragols eren mantinguts en recipients individuals de 500 mL, omplert a 1/4 amb terra franca humida, a una temperatura de 18-21ºC i amb el cicle de 12h:12h de llum/foscor. Durant la primera hora després de la injecció, els observaven cada 10 minuts per veure si excavaven o posaven ous. Després els observaven cada hora durant sis hores i, finalment, cada dia durant els primers 6 dies després de la injecció.

L’AGPWamida en Theba pisana

Stewart et al. detectaren un precursor (Tpi-APGW) d’aquest tetrapèptid, concretament una proteïna de 379 aminoàcids, potser no completa.

Dels teixits analitzats, el gen TpiAPGW tan sols era present en el sistema nerviós central, tan en caragols immadurs com madurs.

L’ELH en Theba pisana

De l’ELH trobaren un precursor de 312 aminoàcids. La seqüència indicaria que en el posterior processament s’alliberaria un pèptid ELH de 44 aminoàcids.

Del gen Tpi-ELH hi hauria dues formes. La més gran, ELH2, seria present en el sac de dards dels caragols madurs, i en la glàndula mucosa (tant de caragols immadurs com madurs). La forma més petita, ELH1, era present també en aquests teixits i, de manera específica, en el sistema nerviós central (de caragols madurs).

La hibridació in situ permet localitzar millor l’expressió de ELH1. En el sistema nerviós central, l’expressió del gen Tp1-ELH1 és major en els ganglis cerebrals i en el procerebrum. En el sac de dards l’expressió és més homogènia. En canvi, en les glànduloses mucoses l’expressió es concentren en les cèl·lules secretores.

Hibridació in situ per mostrar la localització de l’expressió del gen precursor de l’hormona ELH

Els pèptids precursors de la ELH1 foren detectats per LC-MS/MS tant en el sistema nerviós central com en la glàndula mucosa.

Pel que fa al bioassaig, no es registrà mortalitat en cap grup. Els caragols control que no van rebre Tpi-ELH1 no mostraven cap canvi de comportament. Per contra, dels caragols tractats, uns 22 (el 40,7%) exhibien un comportament excavador. Sis caragols que van rebre de les dosis més elevades, van ovopositar.

La GnRH en Theba pisana

De la GnRH detectaren un precursor de 116 aminoàcids. D’aquest precursor s’alliberaria el pèptid GnRH d’11 aminoàcids i un pèptid associat de 76 aminoàcids.

En caragols immadurs, el gen Tpi-GnRH s’expressa, en els teixits analitzats, tan sols en el sistema nerviós central. En caragols madurs, a més del sistema ganglionar central, el gen s’expressa en el teixit gonadal.

El valor d’aquest estudi

És la primera vegada que s’ha caracteritzat l’hormona ELH en un caragol terrestre a nivell gènic i funcional. L’estudi també confirma un rol en el control de la reproducció per part dels pèptids APGW i GnRH. La modulació d’aquests tres gens constituiria, a parer dels autors, una possible via en el control de la proliferació d’aquesta plaga.

Lligams:

Characterisation of Reproduction-Associated Genes and Peptides in the Pest Land Snail, Theba pisana. Michael J. Stewart, Tianfang Wang, Bradley I. Harding, U. Bose, Russell C. Wyeth, Kenneth B. Storey, Scott F. Cummins. PLoS One 11: e0162355 (2016).

Ken Storey Lab.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: