University of Oulu

Evolutionary genetics of immunity and infection in social insects

Saved in:
Author: Viljakainen, Lumi
Organizations: University of Oulu, Faculty of Science, Department of Biology
University of Oulu, Biocenter Oulu
Format: eBook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 0.7 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789514289286
Language: English
Published: 2008
Publish Date: 2008-11-11
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented, with the assent of the Faculty of Science of the University of Oulu, for public defence in Kuusamonsali (Auditorium YB210), Linnanmaa, on November 21st, 2008, at 12 noon
Reviewer: Professor Ross H. Crozier
Professor Anneli Hoikkala
Description:

Abstract

In social insects a major cost of social life is the high number of pathogens found in large societies and the greater likelihood of transmission of pathogens among closely related individuals. The aim of this thesis was to investigate the effect of high pathogen pressure on the molecular evolution of genes involved in the innate immune system in social insects. In addition, the transmission dynamics of the intracellular bacteria Wolbachia in wood ants was examined.

By comparing DNA sequences from diverse species of ants and honeybees it was shown that the immune genes in hymenopteran social insects have evolved rapidly. However, by using codon-based likelihood models of evolution positive selection was detected in only two ant genes. This may reflect behaviourally based colony-level defences that can reduce selective pressure on the immune genes.

The transmission modes of Wolbachia were studied by comparing DNA sequence variation of the bacteria with that of the host ants. First, it was found that all the studied ants carry Wolbachia. Second, Wolbachia have been transmitted both vertically from mother to offspring and horizontally between individuals of the same as well as of different species.


Tiivistelmä

Yhteiskuntahyönteisten (muurahaiset, ampiaiset, mehiläiset ja termiitit) ekologisen menestyksen kääntöpuolena on ollut jatkuva riesa taudinaiheuttajista, joita suurissa yhteisöissä tavataan runsaammin kuin yksittäin elävissä eliöissä. Taudinaiheuttajien tuoman paineen myötä yhteiskuntahyönteisille on kehittynyt käyttäytymiseen perustuvia puolustusmekanismeja täydentämään kaikille monisoluisille eliöille yhteistä synnynnäistä, fysiologista immuniteettia. Nämä puolustusmekanismit ovat todiste siitä, että taudeilla on ollut suuri merkitys yhteiskuntahyönteisten käyttäytymisen evoluutiossa. Toisaalta taudinaiheuttajien vaikutuksista synnynnäiseen immuunipuolustukseen tiedetään hyvin vähän.

Väitöstutkimuksen ensisijainen kohde oli taudinaiheuttajien merkitys yhteiskuntahyönteisten synnynnäisen immuunipuolustuksen evoluutiossa. Tutkimuksessa tarkasteltiin, miten immuunijärjestelmän geenit ovat ajan mittaan muuttuneet. Tulokset osoittivat että muutoksia, jotka johtavat proteiinien aminohappojen vaihtumiseen on tapahtunut tiuhempaan tahtiin muurahaisilla ja mehiläisillä kuin yksittäin elävällä banaanikärpäsellä. Merkkejä erityisen voimakkaasta luonnonvalinnasta löydettiin kuitenkin yllättävän pienestä määrästä geenejä. Tämä voi johtua siitä, että käyttäytymiseen perustuvat puolustusmekanismit lieventävät taudinaiheuttajien vaikutusta synnynnäiseen immuunipuolustukseen.

Väitöstutkimukseen sisältyi myös hyönteisten solunsisäisen bakteerin, Wolbachian, siirtymismekanismien kartoitus kekomuurahaisilla. Wolbachia on loinen, joka siirtyy yleensä äidiltä jälkeläisille munasolussa. Leviäminen voi tapahtua myös horisontaalisesti lajitoverien ja jopa eri lajien edustajien kesken. Geenisekvensseihin perustuvassa tutkimuksessa kaikista muurahaisista löytyi Wolbachia-bakteereja, ja samasta yksilöstä saattoi löytyä useaa eri bakteerikantaa. Koska muurahaislajien väliset geneettiset erot olivat paljon suurempia kuin erot niissä elävien bakteerien välillä, voitiin päätellä että bakteerien pääasiallinen leviämistapa tutkituilla muurahaisilla on ollut horisontaalinen.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. A, Scientiae rerum naturalium
ISSN-E: 1796-220X
ISBN: 978-951-42-8928-6
ISBN Print: 978-951-42-8927-9
Issue: 514
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.