The genetic basis of lifespan in Drosophila americana

Abstract

A compreensão da base molecular da variação fenotípica observada dentro e entre espécies, como acontece na longevidade, é um dos principais objetivos da Biologia. Em Drosophila melanogaster foram já identificados mais de 50 genes que podem contribuir para a definição do tempo de vida. Contudo, na maioria dos estudos, as conclusões são baseadas em mutações criadas artificialmente noa genes alvo. Desta forma, é improvável que o tipo de variação observada exista em populações naturais, e como tal não se encontra totalmente esclarecido se variação nestes genes é capaz de explicar as diferenças de longevidade observadas na natureza. A única forma de compreender a arquitetura genética da longevidade passa por descobrir quais os loci que afetam a variação do tempo de vida na natureza. A fim de abordar esta questão de forma abrangente, efetuámos cinco estudos de associação F2 utilizando marcadores para 21 genes candidatos previamente identificados em D. melanogaster. Neste trabalho, utilizámos Drosophila americana em de D. melanogaster de forma a testar a generalidade das observações reportadas para esta última espécie. Foram encontradas associações significativas entre polimorfismos em dez genes (hep, dFOXO, filamin, dilp2, Cat SOD, PTEN, Dox-A2, Ddc e Lim3) e o tempo de vida. Para o cruzamento F2 envolvendo as duas estirpes (H5 e W11) cujo genoma já se encontra sequenciado, foi possível identificar possíveis diferenças aminoacídicas nas proteínas Lim3 e Hep que poderão ser responsáveis pelas variações observadas na longevidade. Os níveis de expressão relativa de todos os genes mostrando associações significativas foram também caracterizados nas estirpes H5 e W11 aos 0, 10, 30 e 60 dias. Foram observadas diferenças entre indivíduos "mais jovens" e "mais idosos" em cinco genes (dFOXO, filamin, dilp2, SOD e PTEN) e, o que acontece em fases iniciais da vida parece influenciar a longevidade mais fortemente do que o que acontece mais tarde, o que é sugerido pelas diferenças observadas nos níveis de expressão dos genes hep, SOD, PTEN e Lim3 e pela ausência de diferenças significativas nos níveis de expressão de todos os genes em indivíduos com 60 dias.

Understanding the molecular basis of within and between species phenotypic variation, such as lifespan differences, is one of the main goals of Biology. More than 50 genes have been identified in Drosophila melanogaster that may contribute to the setting of lifespan. Nevertheless, in most studies, conclusions are based upon mutations that were artificially induced in the target genes. Therefore, it is unlikely that the reported type of variation ever occurs in natural populations, and thus it is unclear whether naturally occurring variation at these genes is able to explain the observed changes in lifespan. The only way to understand the genetic architecture of longevity is to know what loci affect variation in lifespan in nature. In order to comprehensively address this issue, we performed five F2 association experiments using markers for 21 candidate genes previously identified in D. melanogaster. In this work we use Drosophila americana rather than D. melanogaster in order to also test the generality of findings reported for the latter species. Significant associations were found between polymorphisms at ten genes (hep, dFOXO, filamin, dilp2, Cat, SOD, PTEN, Dox-A2, Ddc an Lim3) and lifespan. For the F2 cross involving the two strains (H5 and W11) whose genomes are already sequenced, we were able to identify putative amino acid differences at Lim3 and Hep that could be responsible for the observed changes in lifespan. For all genes showing associations with lifespan, their relative gene expression levels were also characterized at days 0, 10, 30 and 60 for strains H5 and W11. We found differences between "younger" and "older" flies in five genes (dFOXO, filamin, dilp2, SOD and PTEN), and what happens early in adult life may influence lifespan more strongly than what happens late in life as is suggested by differences observed in hep, SOD, PTEN and Lim3 expression levels in new-born flies and because of the absence of significant differences in all genes expression levels in 60 days-old flies.