Analýza vztahů variability vybraných MHC genů a infekce mnohobuněčnými parazity u Carassius auratus gibelio, hostitele s netypickou reprodukční strategií

Bc. Martin Košař

Master's thesis

The analysis of the associations between variability of selected MHC genes and infection of metazoan parasites in Carassius auratus, the host with the pecular reproductive strategy

Abstract:

Analýza vztahu variability vybraných MHC genů a infekce mnohobuněčnými parazity u Carassius auratus gibelio, hostitele s netypickou reprodukční strategií Geny hlavního histokompatibilního systému (MHC) kódují posttranslačně glykolyzované proteiny lokalizované na povrchu buněk, kde prezentují T-lymfocytům antigenní peptidy, čímž stimulují imunitní odpověď organismu. Klasické MHC molekuly se dělí do tříd I a II. Geny DAB MHC IIB třídy, zahrnující alelické skupiny DAB1 a DAB3, bývají studovány v souvislosti s parazitizmem, jelikož parazity řízená selekce je považována za jeden z mechanismů podporující vysokou úroveň polymorfismu MHC genů. Karas stříbřitý je doposud jediným známým obratlovcem u něhož byla zjištěna koexistence bisexuálního a gynogenetického rozmnožování, přičemž v populaci se vyskytují jedinci lišící se ploidní úrovní. Cílem práce je 1) studium struktury populace karasa stříbřitého a analýza jeho parazitofauny, 2) analýza vybraných somatických a fyziologických parametrů a porovnání variability MHC genů u jedinců lišících se úrovní ploidie a reprodukční strategií, 4) studium vztahu diverzity MHC genů IIB třídy a parazitizmu, 5) odhad významu genetické variability MHC pro invazní úspěšnost karasa stříbřitého. Ve dvou po sobě následujících letech byla u celkem 115 jedinců karasa stříbřitého ze smíšené populace provedena parazitologická pitva, určeny pohlaví a ploidie a pomocí metod molekulární biologie analyzována variabilita exonu 2 MHC IIB DAB genů. V populaci byl potvrzen trend nárůstu zastoupení diploidních jedinců a naopak pokles početnosti triploidních samic. Při porovnání parazitofauny mezi dvěma lety byl pravděpodobně v důsledku povodní zaznamenán výrazný pokles celkové abundance parazitů. Byla zjištěna vysoká alelická diverzita MHC IIB DAB genů, kdy v populaci bylo identifikováno 69 originálních alel. Někteří jedinci exprimovali jeden typ alel (DAB1 nebo DAB3), jiní typy oba. Počet alel na jedince se pohyboval v rozmezí jedné až šesti, přičemž diploidní jedinci exprimovali nejčastěji jednu nebo dvě alely, triploidní převážně alely tři. U triploidních jedinců byl v obou letech zaznamenán vyšší počet alel DAB3, u 2n jedinců v jednom roce vyšší počet alel DAB1. Přítomnost vyššího celkového počtu alel u triploidních jedinců byla spojena s tendencí k vyšší parazitaci. U kategorií ryb s nejvyšší variabilitou alel MHC IIB DAB genů byla zaznamenána nejvyšší hodnota diverzity parazitů. Negativní vztahy mezi kondičním faktorem a počtem parazitů nebo slezino-hmotnostním indexem u triploidních samic naznačují, že lepší somatické kondice je spojena s nižší úrovní parazitace.

Abstract:

The analysis of the associations between variability of selected MHC genes and infection of metazoan parasites in Carassius auratus gibelio, the host with the pecular reproductive strategy Major histocompatibility complex genes (MHC) encoding posttranslational modified glycoproteins are localized on cell-surface, where they presents antigen peptide to T lymphocytes and stimulate an immune response. The classical MHC molecules are assigned to two categories, class I and class II. The DAB genes (MHC IIB class), that include two alelic lineages DAB1 and DAB3, were studied in relation to the parasitism following the hypothesis that pathogen-driven selection represents one of mechanism promoting MHC polymorphism. Carassius auratus gibelio is a single species of vertebrates with coexistence of bisexual and gynogenetic reproduction. The individuals with different ploidy status occur together in the populations. The aims of the present study were 1) to study the population structure of Carassius auratus gibelio and its parasitofauna, 2) to analyze the somatic and physiological parameters and MHC variability in the individuals differing in ploidy level and reproductive strategy, 3) to analyze the associations between MHC variability and infection of metazoan parasites, and 4) to estimate the importance of genetic variability MHC for invasive success of C. auratus gibelio. In total of 115 individuals from mixed population were used for the parasitological dissection, sex and ploidy status was determined. Variability of exon 2 MHC IIB DAB genes were analyzed using molecular methods. In population the trend to increase the number of diploid individuals and decline the number of triploid females was confirmed. The abundance of metazoan parasites was higher in 2005 than in 2006 probably due to the flood in 2006. The high allelic diversity was recorded in population, a total of 69 different alleles was recognized. Several individuals expressed DAB1 or DAB3 alleles, others expressed the alleles of both lineages. The number of MHC IIB alleles varies from one to six per individual. Diploids expressed one or two allels in the majority of cases, while triploids usually expressed three alleles. Triploids also expressed higher number of DAB3 alleles, whilst diploids expressed higher number of DAB1 alleles in 2006. The higher total number of alleles in triploids was connected with trend of higher parasite infection. The categories of fish being exposed to a wider array of macroparasites had more diverse their MHC class IIB genes. A negative relationship between condition factor and number of parasites or spleen somatic index in triploid females indicates that better somatic condition is connected with lower metazoan parasites load.

Keywords

Klíčová slova, Carassius auratus gibelio, hlavní histokompatibilní komplex (MHC), parazit, ploidie, reprodukční strategie. Keywords, major histocompatibility complex (MHC), parasites, ploidy status, reproductive strategy

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 5. 2007

Thesis defence

• Date of defence: 7. 6. 2007
• Supervisor: doc. RNDr. Andrea Vetešníková Šimková, PhD.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biology / Systematic Biology and Ecology