Пластичность метаболизма материнских андрогенов у эмбрионов птиц

Том 13 научных докладов, номер статьи: 8083 (2023) Цитировать эту статью

193 доступа

Подробности о метриках

Матери могут влиять на фенотипы потомства, передавая детенышам негенетическую информацию, что дает им гибкий инструмент для корректировки траектории развития детенышей в меняющейся среде. Матери могут по-разному вкладывать свои ресурсы в одну и ту же репродуктивную попытку в зависимости от положения потомства в иерархии братьев и сестер. Однако пока неясно, могут ли эмбрионы из разных позиций быть пластичными в ответ на материнские сигналы, потенциально приводящие к конфликту между матерью и потомством. Нами были использованы сизые голуби (Columba livia), откладывающие две яйцевые кладки, у которых уровень материнских андрогенов во второй откладке яиц при откладке яиц выше, чем в первой, и исследовали пластичность эмбрионального метаболизма материнских андрогенов. Мы экспериментально повысили уровни андростендиона и тестостерона в первых яйцах до уровня во вторых яйцах и измерили изменение уровней андрогенов и их основных метаболитов (этиохоланолона и конъюгированного тестостерона) после 3,5 дней инкубации. Мы обнаружили, что яйца с повышенным содержанием андрогенов демонстрируют различную степень метаболизма андрогенов в зависимости либо от последовательности откладки яиц, либо от начального уровня андрогенов, либо от того и другого. Наши результаты показывают, что эмбрионы обладают определенной пластичностью в ответ на материнские уровни андрогенов в зависимости от материнских сигналов.

Матери могут влиять на развитие своего потомства не только путем передачи информации через свои гены, но и путем передачи негенетических сигналов, таких как питательные вещества, иммунные факторы и гормоны. Такая передача может зависеть от материнской среды, которая предоставляет матери инструмент для адаптации траектории развития и конечного фенотипа их потомства к колебаниям окружающей среды, способствуя приспособленности за счет так называемых адаптивных упреждающих материнских эффектов1. За последние десятилетия становится все более очевидным, что такие эффекты происходят уже внутриутробно, поскольку эмбрионы или яйца по-разному снабжаются как ресурсами, так и сигналами, такими как питательные вещества и гормоны (например, насекомые2,3, рептилии4,5,6, птицы7,8,9 и млекопитающие10,11). Классическим примером у птиц является передача материнских андрогенов, уровень которой варьируется (часто увеличивается) в зависимости от последовательности откладки яиц в одной и той же репродуктивной попытке7. Такая изменчивость будет способствовать развитию яиц, отложенных позже, за счет яиц, отложенных раньше, при хороших условиях питания, но при этом снизит раннюю выживаемость яиц, отложенных позже, при плохих условиях питания, что приведет к уменьшению размера выводка12,13.

К настоящему времени накоплены обширные исследования, позволяющие понять роль матери и влияние ее гормонов на потомство в постнатальном периоде. В то же время все больше данных указывает на то, что эмбрион не может быть просто пассивным реципиентом материнских сигналов14,15. Хорошо известным примером является человеческий плод, который может увеличить доступность питательных веществ за счет секреции плацентарных гормонов, влияющих на физиологию матери, что приводит к повышению уровня глюкозы в крови матери и артериального давления16. Такие случаи интерпретировались как раннее проявление конфликта между матерью и ребенком17. Это поднимает вопрос, в какой степени эмбрион пластичен в своей реакции в зависимости от контекстуальных сигналов, как предсказывает теория7,14,15,18.

За прошедшие годы описательные и экспериментальные исследования яйцекладущих видов обнаружили, что гормоны материнского происхождения в значительных количествах в яичном желтке этих видов7,19,20,21,22,23 оказывают широкий спектр как полезных, так и вредных эффектов на развитие потомства7. ,24,25. Несколько исследований теперь показали активную роль эмбрионов в преобразовании материнских гормонов в другие гормоны6,26,27,28,29. Такой метаболизм происходит уже на самых ранних днях развития и может иметь важные биологические эффекты и функционировать либо напрямую, например, этиохоланолон действует как нейростероиды30, либо косвенно, например, неактивные конъюгаты преобразуются обратно в активную свободную форму позже во время эмбрионального развития6. Однако остается неясным, является ли метаболизм материнских веществ стратегией активной пластической реакции эмбрионов в зависимости от контекстуальных сигналов, потенциально способной адаптировать фенотипическое развитие к их собственному оптимальному приспособлению.