Harilik äädikakärbes

Allikas: Vikipeedia
Disambig gray.svg  See artikkel räägib liigist; perekonna kohta vaata artiklit Äädikakärbes (perekond)

Harilik äädikakärbes
Harilik äädikakärbes
Harilik äädikakärbes
Taksonoomia
Riik: Loomad Animalia
Hõimkond: Lülijalgsed Arthropoda
Alamhõimkond: Kuuejalgsed Hexapoda
Klass: Putukad Insecta
Selts: Kahetiivalised Diptera
Sugukond: Kõdukärblased Drosophilidae
Triibus: Drosophilini
Perekond: Äädikakärbes Drosophila
Liik: Harilik äädikakärbes
Ladinakeelne nimetus
Drosophila melanogaster
Meigen, 1830

Harilik äädikakärbes ehk harilik puuviljakärbes (Drosophila melanogaster) on kahetiivaline putukas, mida tihti kasutatakse katsetes ja mis on geneetikas juba sada aastat olnud tänuväärseks uurimisobjektiks. 20. sajandi teisel poolel oli Drosophila kõige rokhem levinud mudelorganism arengubioloogias. Äädikakärbste areng on kiire ja ühe aasta jooksul võib üles kasvada kümneid põlvkondi. Nende elutsükkel on äärmiselt lühike (natuke üle 10 päeva), mis võimaldab mugavalt jälgida geneetilisi muutusi põlvkondade jooksul. Äädikakärbseid kasutatakse geneetilises modelleerimises, kus uuritakse mõnesid haigusi, näiteks Parkinsoni tõbi, Huntingtoni tõbi ja Alzheimeri tõbi. Lisaks kasutatakse Drosophila liike erinevate mehhanismide uurimiseks: immuunsus, diabeet, vähk ja narkomaania. Kogu perekond sisaldab rohkem kui 1500 liiki.[1]

Etümoloogia[muuda | muuda lähteteksti]

Sõna Drosophila pärineb ladina keelest ja tähendab kaste armastaja. Sõna tuleneb vanakreekakeelsetest sõnadest δρόσος, drósos, "kaste" ja φίλος, phílos, "armas".[2]

Väline ehitus ja värvus[muuda | muuda lähteteksti]

Emane (vasakul) ja isane (paremal) D. melanogaster

Drosophila melanogaster liik on väike (umbes 2-4 mm pikk) punaste silmadega kärbes, tavaliselt on kehavärv kahvatu kollane kuni punakaspruur või must. Dimorfism: emaste keha pikkus on umbes 2,5 mm, kuid isaste keha pikkus on märgatavalt väiksem ja nende alakeha on tumedam. Veel on isastel teravad harjased, mis paiknevad käppadel ja ümbritsevad pärakut ning isase genitaale.[3]

Elupaik[muuda | muuda lähteteksti]

Drosophila liike leidub kogu maailmas. Kõige rohkem liike on troopilistes piirkondades. Neid võib leida kõrbetes, troopilistes vihmametsades, linnades, soodes ja mägialas. Mõned põhjas elavad liigid magavad talveund. Äädikakärbsed paljunevad käärivas toidus, puuviljas-juurviljas, õlletehastes jne. Vastne toitub mädanevas puuviljas ja juurviljas leiduvatest bakteritest ning pärmist. Mõned Drosophila liigid, sealhulgas D. melanogaster, D. immigrans ja D. simulans, on tihedalt seotud inimestega ning sageli on tuntud koduliikidena.[4]

Elutsükkel[muuda | muuda lähteteksti]

D. melanogaster muna
D. melanogaster vastne
D. melanogaster nukk (pruunid on vanemad kui valged)

Drosophila melanogaster ontogeneesi kestus on (munandistaadiumist kuni valmiku tekkeni) temperatuuril 25°C umbes 10 päeva, temperatuuril 18°C kaks korda suurem.[5] Emane muneb oma elu jooksul umbes 400 muna pehkinud puu või muu orgaanilise materjali sisse. Iga muna on umbes 0,5 mm pikk.[6]

Vastsed kooruvad 24 tunni pärast. Vastsed kasvavad 5 päeva ja selle aja jooksul vahetavad kaks korda kesta: 24 ja 48 tundi pärast koorumist. Nad toituvad mikroorganismidest, samuti puuvilja ainest. Järgmisena on vastne juba ümbritsenud ennast kookoniga ja muutub nukuks. Nukustaadium kestab umbes viis päeva. Katte all toimub „katastroofiline“ metamorfoos, mille tulemusena arenevad valmiku elundid. [5]

Esimene paaritus on emastel mitte varem kui 12 tundi pärast nukust lahkumisest. Emased on võimelised säilitama isase spermat selleks, et seda oleks võimalik hiljem kasutada. Just seetõttu peavad geenitehnoloogid selekteerima äädikakärbse emased enne paaritust ja veenduma, et nad on seotud vaid ühe konkreetse isasega. Viljastatud emane saab tagasi „neitsiau“ (virgin) pikaajalisel inkubatsioonil 10°C juures, mis tapab spermi.[7]

Genoom[muuda | muuda lähteteksti]

Hariliku äädikakärbse genoom sisaldab 4 paari kromosoome: X/Y paar ja kolm autosoomi, mis on markeeritud nagu 2, 3 ja 4. Neljas kromosoom on väike, punktikujuline; X (või esimene), 2. ja 3. kromosoom on metatsentrilised. Genoom koosneb umbes 132 miljonist aluspaarist ja sisaldab liigikaudu 13 792 geeni.[8] Praegu on nende genoom täielikult sekveneeritud ja annoteeritud.[9] Drosophila melanogaster karüotüüp sisaldab 8 kromosoomi (2n).[10]

Roll teaduses[muuda | muuda lähteteksti]

Drosophila melanogaster võeti geneetika uurimisobjektiks juba enne baktereid ja seeni, 1909. aastal. Rajajaks oli Thomas Hunt Morgan ja tänapäevaks on Drosophila melanogaster kõige laialdasemalt kasutatav eukarüootne mudelorganism. Drosophila kasutamise eeliseks on tuhandete selgelt eristatavate fenotüübiliste tunnustega mutantide lihtne saamine. Lisaks on nende kasvatamine odav, nad paljunevad kiiresti ja kogu Drosophila genoom sekveneeriti 2000. aastal (170x106 aluspaari, 13 792 geeni, kõik need asuvad kolmes paaris autosoomides ja ühes paaris sugukromosoomides) Äädikakärbest uurides on 20. sajandi alguses tuletatud paljud fundametaalsed geneetika kontseptsioonid. Näiteks kuidas geenid kontrollivad kehaosade arengut või munaraku arengut embrüoks.[11]

1971. aastal publitseerisid Ron Konopka ja Seymour Benzer raamatu pealkirjaga «Clock mutants of Drosophila melanogaster», kus nad kirjeldasid esimesi mutatsioone, mis mõjutavad loomade käitumist. Looduslikes tingimustes demonstreerivad kärbsed aktiivsust umbes 24 tundi jooksul. Teadlased leidsid mutandi kas kiirema või aeglasema elurütmiga. Uuring, mis kestis umbes 30 aastat, näitas, et need mutatsioonid on seotud geenide rühmadega ja nende derivaatidega, mis vastavad biokeemilise või molekulaarse kella eest. Neid "kellasid" on leitud paljudes rakkudes, kuid need „kellarakud“, mis reguleeruvad aktiivsust, on ainult mitmetes neuronites, mis on ainult kärbse keskajus.[11]

Morgani uurimistööd[muuda | muuda lähteteksti]

  1. Eksperimentaalsed tõendid selle kohta, et geenide päritavus on seotud kromosoomidega. Thomas Morgan näitas, et Drosophila melanogaster silmavärvust mõjutav geen paikneb X-kromosoomis. [12]
  2. Geenid paiknevad kromosoomides lineaarselt. Morgani grupp uuris geenide lokalisatsiooni kromosoomides. Tuli välja, et geenide kromosoomid lokaliseeruvad teatavates kohtades – lookustes. Nii oli välja toodud pärilikkuse kromosoomiteooria. [13]
  3. Kromosoomide mitteeraldumine raku jagunemisel. Morgani tudeng Bridges leidis, et ebanormaalne arv sugukromosoome viib muutustele fenotüübis.[14]

Mudelorganism geneetikas[muuda | muuda lähteteksti]

D. melanogaster on üks enim uuritud organisme bioloogilistes uuringutes, eriti geneetikas ja arengubioloogias. Põhjused:

  • Nende eest hoolitsemine ja kasvamine nõuab vähem varustust ning võtab vähe ruumi, isegi kui kasutada suurt kultuuri, ning üldine hind on madal.[5]
  • Äädikakärbsed on väikesed ja neid on kerge kasvatada laboris ja nende morfoloogiat on kerge tuvastada kasutades tuimestust (tavaliselt eetriga, süsihappegaasi abil, jahutamisel või toodetega nagu FlyNap).[14]
  • Drosophila generatsiooniaeg on lühike (umbes 10 päeva toatemperatuuril), on võimalik uurida mitu põlvkonda mõne nädala jooksul.[5]
  • Nad on väga viljakad (emased munevad kuni 100 muna päevas, on võimalik, et kokku tuleb 2000 muna elu jooksul).[15]
  • Isased ja emased on selgelt eristatavad, emaseid, kes ei mune, saab kergesti isoleerida, hõlbustades geneetilist ristumist. [3]
  • Äädikakärbestel on ainult neli paari kromosoome: kolm autosoomi ja üks paar sugukromosoome.[8]
  • Isased ei näita meiootilist rekombinatsiooni, hõlbustades geneetilist ristumist.[14]
  • Geneetilise muundamise tehnikad on kättesaadaval juba alates 1987. aastast.[14]
  • Nende genoom täielikult sekveneeriti ja avaldati esmakordselt 2000. aastal.[16]

Arenemine ja embrüogenees[muuda | muuda lähteteksti]

Diploidsel äädikakärbsel on 2 sugukromosoomi – XX ja XY, lisaks 3 paari autosoome (AA – A näitab ühte haploidset autosoomide kogumit, 2A diploidset). Soo määrab X-kromosoomide suhe autosoomide kordsusesse: normaalsetel isastel on see suhe 0,5 (1X:2A) ning normaalsetel emastel 1,0 (2X:2A). 2X:3A ning 3X:4A puhul jääb suhe 0,5 ja 1,0 vahele ning arenevad mõlemad sootunnused (intersex), 2X:4A puhul on suhe 0,5 ning kärbsed isased. Põhiline geen, mille avaldumine mõjutab sugu, on X-liiteline geen Sxl. Kui X:A suhe on suurem või võrdne ühega, on Sxl geen aktiivne ja sügoodist areneb emane kärbes; kui see suhe on väiksem või võrdne 0,5-ga, on geeni avaldumine alla surutud ja järglased tulevad isased. Juhul, kui geeni Sxl produkti rakus pole (isased), seondub teatav valkkompleks paljudesse kohtadesse X-kromosoomil ja võimendab X-liiteliste geenide avaldumise taset kaks korda. Kui rakus on ka Sxl geeni produkti piisavalt, takistab see valkkompleksi seondumist ja seega ka geenide aktiivsuse tõusu.[12]

X-kromosoomid Autosoomid Suhe X:A Sugu
XXXX AAAA 1 Normaalne emane
XXX AAA 1 Normaalne emane
XXY AA 1 Normaalne emane
XXYY AA 1 Normaalne emane
XX AA 1 Normaalne emane
XY AA 0.50 Normaalne isane
X AA 0.50 Normaalne isane (steriilne)
XXX AA 1.50 Metaemane
XXXX AAA 1.33 Metaisane
XX AAA 0.66 Intersugu
X AAA 0.33 Metaisane

Äädikakärbsekasvatus[muuda | muuda lähteteksti]

Äädikakärbsed on oma paljunemise kiiruse tõttu väga populaarne toit terraariumites. Lai Drosophila kasvatamine toidu jaoks on eriti oluline neile, kes armastavad kahepaikseid ja roomajaid, eriti sugukonna Dendrobatidae (mängironijaid) esindajaid. Kõige levinum sort on tiibadeta Drosophila vorm, sest neid on palju lihtsam püüda terraariumi loomade jaoks. Amatööride poolt on välja toodud palju retsepte toitainete massilise kasvatamise jaoks. Drosophila melanogasterit kasvatatakse mõnikord ka akvaariumikalade toiduks.[17]

Välislingid[muuda | muuda lähteteksti]

  1. G. Bächli. "TaxoDros: the database on taxonomy of Drosophilidae" 1999-2006 (vaadatud 27.11.16).
  2. D. Harper. "The Online Etymology Dictionary" 2001-2016 (vaadatud 27.11.16).
  3. 3,0 3,1 T. Markow, S. Beall, L. Matzkin. "Egg size, embryonic development time and ovoviviparity in Drosophila species" 2009 (vaadatud 27.11.16).
  4. C. Miller. "Drosophila melanogaster" (vaadatud 27.11.16).
  5. 5,0 5,1 5,2 5,3 M. Ashburner, J. Thompson. "The laboratory culture of Drosophila" The genetics and biology of Drosophila. 2A. Academic Press. 1–81, 1978.
  6. M. Ashburner, K. Golic, R. Hawley. "Drosophila: A Laboratory Handbook" (2nd ed.). Cold Spring Harbor Laboratory Press. pp. 162–4. ISBN 0-87969-706-7, 2005.
  7. S. Gilbert. "9: Fertilization in Drosophila." In 8th. Developmental Biology. Sinauer Associates. ISBN 978-0-87893-250-4, 2006.
  8. 8,0 8,1 "NCBI (National Center for Biotechnology Information) Genome Database" 2011 (vaadatud 27.11.16).
  9. D. Halligan, P. Keightley. "Ubiquitous selective constraints in the Drosophila genome revealed by a genome-wide interspecies comparison" 2006 (vaadatud 27.11.16).
  10. E. Rasch, H. Barr, R. Rasch. "The DNA content of sperm of Drosophila melanogaster" Chromosoma 33: 1-18, 1971.
  11. 11,0 11,1 B. Pierce. "Genetics: A Conceptual Approach" (2nd ed.). W. Freeman. ISBN 978-0-7167-8881-2, 2004.
  12. 12,0 12,1 C. Bridges. "Triploid intersexes in Drosophila melanogaster" Science. 1921;54:252–254, 2000 (vaadatud 27.11.16).
  13. "Thomas Hunt Morgan: The Fruit Fly Scientist" (vaadatud 27.11.16).
  14. 14,0 14,1 14,2 14,3 K. Weigmann, R. Klapper, T. Strasser, C. Rickert, G. Technau, H. Jäckle, W. Janning, C. Klämbt. "FlyMove – a new way to look at development of Drosophila" Trends in Genetics. 19 (6): 310–311. doi:10.1016/S0168-9525(03)00050-7. PMID 12801722, 2009.
  15. J. Sang. "Drosophila melanogaster: The Fruit Fly" In Eric C. R. Reeve. Encyclopedia of genetics. USA: Fitzroy Dearborn Publishers, I. p. 157. ISBN 978-1-884964-34-3, 2009 (vaadatud 27.11.16).
  16. M. Adams. "The genome sequence of Drosophila melanogaster" 2007 (vaadatud 27.11.16).
  17. "Vinegar Flies" (vaadatud 27.11.16).