Study of evolution of insect pheromone biosynthetic fatty acyl desaturases

Abstract

Hmyz čitající více než jeden milion popsaných druhů představuje skupinu organismů s ekologickým a ekonomickým významem disproporčně větším než je jejich často zanedbatelná tělesná velikost. Mezi faktory, které zásadní měrou přispěly k evoluční úspěšnosti hmyzu, je počítána schopnost produkovat řadu sekundárních metabolitů, jako jsou obranné látky a chemické signály. Tato disertační práce se věnuje studiu molekulárních mechanismů evoluce jedné široce zastoupené skupiny hmyzích chemických signálů - pohlavních feromonů - tedy látek, které zprostředkovávají vyhledávání pohlavních partnerů a páření jedinců téhož druhu. Téma práce je zaměřeno na membránové desaturasy mastných kyselin (dále jen desaturasy), oxidoreduktasy, které zavádí dvojné vazby do uhlovodíkových řetězců mastných kyselin a tak produkují nenasycené prekurzory pohlavních feromonů odvozených od mastných kyselin. Desaturasy jsou zapojeny v biosyntéze pohlavních feromonů například u můr (Lepidoptera), dvoukřídlých (Diptera), blanokřídlých (Hymenoptera), švábů a termitů (Blattodea) - tedy jedněch z druhově nejbohatších hmyzích řádů. Jelikož pohlavní feromony slouží jako reprodukční bariéry u mnohých blízce příbuzných druhů či subpopulací, odhalení molekulárních základů biosyntézy feromonů může pomoci zodpovědět klíčové otázky týkající se...

Insects account for more than one million of described species with an ecological and economic impact disproportional to their minute body size. Among the factors which have contributed to their evolutionary success, insect secondary metabolites such as defensive compounds and chemical signals are regarded to play a major role. This thesis aims at uncovering the molecular mechanisms underlying evolution of ubiquitous insect secondary metabolites - sex pheromones (SPs), i.e. chemical signals mediating mate finding and mating between individuals of the same species. The thesis focuses on a class of oxidoreductase enzymes, membrane fatty acid desaturases (mFADs), which introduce double bonds into hydrocarbon chains of fatty acyls and thus produce precursors of unsaturated fatty acid- derived SPs. mFADs are involved in SP biosynthesis in e.g. moths (Lepidoptera), flies (Diptera), cockroaches and termites (Blattodea), wasps and bees (Hymenoptera) - some of the most species-rich insect orders. Since SPs are principal to species reproductive isolation, uncovering the molecular basis of insect SP biosynthesis holds promises to contribute to answering fundamental questions concerning the insect ecology and evolution. The insect mFADs with diverse enzymatic specificities also represent a naturally available...