Composition and Expression of Heat Shock Proteins in an Invasive Pest, the Rice Water Weevil (Coleoptera: Curculionidae)

Xin Yuan, Wen-Wu Zhou, Ying Zhou, Su Liu, Fang Lu, Mao-Fa Yang, Jiaan Cheng, Geoff M. Gurr, Zeng-Rong Zhu

Abstract


For poikilothermic groups such as insects, the capacity to adapt to different temperature regimes is particularly important for survival. To investigate the possible role of heat shock proteins (Hsps) in the invasive pest, the rice water weevil (Lissorhoptrus oryzophilus Kuschel, Coleoptera: Curculionidae), we first analyzed the composition and expression profile of Hsp families under sub-lethal temperatures of 0°C and 43°C, using the quantitative realtime polymerase chain reaction. Eight genes coding Hsp90, Hsp70, and small Hsps were upregulated under heat stress, while only 1 Hsp70 gene and 1 Hsp90 gene were up-regulated under cold stress. Results indicate that Hsps from all families except Hsp60 are responsible for the capacity of L. oryzophilus to tolerate temperature stress, although more genes were up-regulated, and more rapidly, under heat stress than under cold stress. Secondly Hsp expression patterns in diapausing and non-diapausing female adults were investigated. The results showed that rice water weevils in diapause up-regulated no Hsp gene but they downregulated 4 small Hsps, 2 Hsp90, 1 Hsp70 and 1 Hsp60 genes.

 

Muchos factores afectan la distribucion de especies en la naturaleza y la temperatura es uno de los mas profundos. Para grupos de poikilotermicos como los insectos, la capacidad de adaptacion a diferentes regimenes de temperatura es para especies invasoras especialmente importante. Para investigar el posible papel de proteinas de choque termico (Pcts) en el exito de la plaga invasiva, analizamos primeramente el perfil de la composicion y la expresion de las familias de Pcts bajo temperaturas sub-letales de 0°C y 43°C en el gorgojo del agua de arroz (Lissorhoptrus oryzophilus Kuschel, Coleoptera: Curculionidae), utilizando la reaccion en cadena de la polimerasa cuantitativa en tiempo real. Ocho genes codificantes de Pct90, Pct70, y pequenos Pcts fueron incrementados bajo condiciones de estres termico, mientras que solo 1 gen Pct 70 y 1 gen Pct 90 fueron incrementados bajo condiciones de estres por frio. Los resultados indican que las Hsps de todas las familias menos la Pct 60 son responsables por la capacidad de L. oryzophilus para tolerar el estres de temperatura, aunque mas genes fueron incrementados mas rapidamente bajo condiciones de estres por calor que bajo estres por frio. Un segundo estudio comparo los patrones de expresion de Pct en hembras adultas en diapausa y no diapausa. Los insectos en diapausa no incrementaron el gen Hsp pero si redujeron 4 genes pequenos de Pcts - 2 Pct 90, 1 Pct 70 y 1 Pct6.

 

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Keywords


diapause; heat shock protein; invasive species; thermal tolerance

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