view in publisher's site

Functional plasticity of the gut and the Malpighian tubules underlies cold acclimation and mitigates cold-induced hyperkalemia in Drosophila melanogaster

ABSTRACTAt low temperatures, Drosophila, like most insects, lose the ability to regulate ion and water balance across the gut epithelia, which can lead to a lethal increase of [K+] in the hemolymph (hyperkalemia). Cold acclimation, the physiological response to a prior low temperature exposure, can mitigate or entirely prevent these ion imbalances, but the physiological mechanisms that facilitate this process are not well understood. Here, we test whether plasticity in the ionoregulatory physiology of the gut and Malpighian tubules of Drosophila may aid in preserving ion homeostasis in the cold. Upon adult emergence, D. melanogaster females were subjected to 7 days at warm (25°C) or cold (10°C) acclimation conditions. The cold-acclimated flies had a lower critical thermal minimum (CTmin), recovered from chill coma more quickly, and better maintained hemolymph K+ balance in the cold. The improvements in chill tolerance coincided with increased Malpighian tubule fluid secretion and better maintenance of K+ secretion rates in the cold, as well as reduced rectal K+ reabsorption in cold-acclimated flies. To test whether modulation of ion-motive ATPases, the main drivers of epithelial transport in the alimentary canal, mediate these changes, we measured the activities of Na+/K+-ATPase and V-type H+-ATPase at the Malpighian tubules, midgut, and hindgut. Na+/K+-ATPase and V-type H+-ATPase activities were lower in the midgut and the Malpighian tubules of cold-acclimated flies, but unchanged in the hindgut of cold-acclimated flies, and were not predictive of the observed alterations in K+ transport. Our results suggest that modification of Malpighian tubule and gut ion and water transport probably prevents cold-induced hyperkalemia in cold-acclimated flies, and that this process is not directly related to the activities of the main drivers of ion transport in these organs, Na+/K+- and V-type H+-ATPases.

انعطاف‌پذیری عملکردی روده و لوله‌های مالپیگی، زمینه‌ساز سازگاری با سرما بوده و هایپرکالمی ناشی از سرما را کاهش می‌دهد. دروزوفیلا ملانوگاستر

چکیده در دماهای پایین، دروزوفیلا، مانند بیشتر حشرات، توانایی تنظیم یون و تعادل آب در سرتاسر اپیتلیوم روده را از دست می‌دهد که می‌تواند منجر به افزایش کشنده [ K + ] در همولنف (هایپرکالمی)شود. سازگاری سرد، پاسخ فیزیولوژیکی به قرار گرفتن در معرض دمای پایین قبلی، می‌تواند این عدم تعادل یونی را کاهش دهد یا به طور کامل از آن جلوگیری کند، اما مکانیسم‌های فیزیولوژیکی که این فرآیند را تسهیل می‌کنند به خوبی درک نمی‌شوند. در اینجا ما آزمایش می‌کنیم که آیا پلاستیسیته در فیزیولوژی یونوتنظیمی روده و لوله‌های مالپیگی از دروزوفیلا ممکن است به حفظ هموستاز یون در سرما کمک کند. به محض ظهور بزرگسالان، D. ماده‌های ملانوگاستر در معرض ۷ روز گرما (۲۵ درجه سانتی گراد)و یا سرما (۱۰ درجه سانتی گراد)در شرایط سازگاری قرار گرفتند. مگس‌های سازگار شده با سرما حداقل دمای بحرانی کمتری (CTmin)داشتند، سریع‌تر از انجماد به کما رسیدند و تعادل همولنف K + را بهتر در سرما حفظ کردند. بهبود در تحمل به سرما با افزایش ترشح مایع توبولی مالپیگی و حفظ بهتر میزان ترشح K + در سرما و همچنین کاهش جذب مجدد K + رکتوم در مگس‌های سازگار شده با سرما همراه بود. برای بررسی اینکه آیا تعدیل ATPase های یون - محرک، محرک‌های اصلی انتقال اپی تلیال در لوله گوارشی، این تغییرات را تعدیل می‌کنند یا خیر، ما فعالیت‌های Na + / K + - ATPase و V - type H + - ATPase را در لوله‌های مالپیگی، روده میانی و روده عقبی اندازه‌گیری کردیم. فعالیت Na + / K + - ATPase و V - type H + - ATPase در روده میانی و لوله‌های مالپیگی مگس‌های سازگار شده با سرما کم‌تر بود اما در روده عقبی مگس‌های سازگار شده با سرما بدون تغییر بود و تغییرات مشاهده‌شده در انتقال K + را پیش‌بینی نمی‌کرد. نتایج ما نشان می‌دهد که اصلاح توبولی مالپیگی و یون روده و انتقال آب احتمالا از هایپرکالمی ناشی از سرما در مگس‌های سازگار شده با سرما جلوگیری می‌کند و این فرآیند به طور مستقیم با فعالیت‌های محرک‌های اصلی انتقال یون در این اندام‌ها، Na + / K + - و V - type H + - ATPase ارتباط ندارد.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله Molecular Biology
  • ترجمه مقاله Molecular Biology
  • مقاله زیست‌شناسی مولکولی
  • ترجمه مقاله زیست‌شناسی مولکولی
  • مقاله Ecology, Evolution, Behavior and Systematics
  • ترجمه مقاله Ecology, Evolution, Behavior and Systematics
  • مقاله بوم‌شناسی، تکامل، رفتار و رده‌بندی
  • ترجمه مقاله بوم‌شناسی، تکامل، رفتار و رده‌بندی
  • مقاله Physiology
  • ترجمه مقاله Physiology
  • مقاله فیزیولوژی
  • ترجمه مقاله فیزیولوژی
  • مقاله Aquatic Science
  • ترجمه مقاله Aquatic Science
  • مقاله علوم آبی
  • ترجمه مقاله علوم آبی
  • مقاله Animal Science and Zoology
  • ترجمه مقاله Animal Science and Zoology
  • مقاله علوم حیوانات و جانورشناسی
  • ترجمه مقاله علوم حیوانات و جانورشناسی
  • مقاله Insect Science
  • ترجمه مقاله Insect Science
  • مقاله علوم حشرات
  • ترجمه مقاله علوم حشرات
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

95/12/18 - با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس و کروم٬ چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.