Активность каталазы у зимующих комаров Culex pipiens, Culex torrentium и Anopheles maculipennis s.l. (Diptera: Culicidae)

А.В. Разыграев

Труды Зоологического института РАН, 2022, 326(4): 294–302 · https://doi.org/10.31610/trudyzin/2022.326.4.294

Резюме

Каталаза – фермент антиоксидантной защиты, присутствующий в тканях большинства организмов. У комаров семейства Culicidae, таких как Culex pipiens L., он вовлечен в механизм увеличения продолжительности жизни и поддержание фертильности самок, переживающих холодный период года. Известно, что Cx. torrentium Martini (вид, близкий к Cx. pipiens) более обилен и даже преобладает над Cx. pipiens в регионах Европы с коротким вегетационным периодом и более холодным климатом. Самки Cx. torrentium и Cx. pipiens морфологически трудноразличимы и могут быть идентифицированы вероятностно по соотношению между длинами радиальных жилок r₍₂₊₃₎ и r₃. В настоящем исследовании показано, что зимующие самки с бóльшими величинами морфометрического показателя r₍₂₊₃₎/r₃, характерными в основном для Cx. torrentium, имеют более высокую активность каталазы, чем самки с меньшими величинами этого индекса, характерными для Cx. pipiens (rho=0.606, p=0.0027). Это свидетельствует о том, что активность фермента у самок Cx. torrentium, как правило, выше, чем у Cx. pipiens. Также при сравнении зимующих самок из группы видов Anopheles maculipennis s.l. с самками Cx. pipiens по активности каталазы выявлена в среднем более высокая активность фермента у A. maculipennis s.l., чем у Cx. pipiens, что хорошо согласуется с предпочтением более холодных зимовочных убежищ самками A. maculipennis s.l. Более высокая активность фермента у самок Cx. torrentium и A. maculipennis s.l. может рассматриваться как их лучшая адаптация к стрессовым условиям в холодный период года по сравнению с Cx. pipiens.

Ключевые слова

диапауза, кровососущие комары, пероксид водорода, пещеры, фермент

Поступила в редакцию 13 сентября 2022 г. · Принята в печать 6 декабря 2022 г. · Опубликована 23 декабря 2022 г.

Литература

Becker N., Petrić D., Zgomba M., Boase C., Dahl C., Lane J. and Kaiser A. 2010. Mosquitoes and their control, 2nd ed. Springer, Berlin, 577 p. https://doi.org/10.1007/978-3-540-92874-4

Beers R.F. and Sizer I.W. 1952. A spectrophotometric method for measuring the breakdown of hydrogen peroxide by catalase. Journal of Biological Chemistry, 195(1): 133–140. https://doi.org/10.1016/S0021-9258(19)50881-X

Börstler J., Lühken R., Rudolf M., Steinke S., Melaun C., Becker S., Garms R. and Krüger A. 2014. The use of morphometric wing characters to discriminate female Culex pipiens and Culex torrentium. Journal of Vector Ecology, 39(1): 204–212. https://doi.org/10.1111/j.1948-7134.2014.12088.x

Chesnokova L.S., Voinova N.E., Komkova A.I. and Lyanguzov A.Y. 1997. Quantitative protein analysis. In: V.G. Vladimirov and S.N. Lyzlova (Eds). Enzymes and nucleic acids. Saint Petersburg University Press, Saint Petersburg: 5–25. [In Russian].

Fang J. 2010. A world without mosquitoes. Nature, 466: 432–434. https://doi.org/10.1038/466432a

Hesson J.C., Rettich F., Merdic E., Vignjevic G., Ostman O., Schäfer M., Schaffner F., Foussadier R., Besnard G., Medlock J., Scholte E.J. and Lundström J.O. 2014. The arbovirus vector Culex torrentium is more prevalent than Culex pipiens in northern and central Europe. Medical and Veterinary Entomology, 28: 179–186. https://doi.org/10.1111/mve.12024

Kim M., Robich R.M., Rinehart J.P. and Denlinger D.L. 2006. Upregulation of two actin genes and redistribution of actin during diapause and cold stress in the northern house mosquito, Culex pipiens. Journal of Insect Physiology, 52(11–12): 1226–1233. https://doi.org/10.1016/j.jinsphys.2006.09.007

Kolpakov A.D. 2006. To the characteristics and the influence of hibernation spot's ecological conditions on the density of diapausing malarial mosquito females (species complex Anopheles maculipennis Meigen, 1818). Vestnik Udmurtskogo Universiteta, Series “Biology”, 10: 141–150. [In Russian].

Lowry O.H., Rosebrough N.J., Farr A.L. and Randall R.J. 1951. Protein measurement with the Folin phenol reagent. Journal of Biological Chemistry, 193: 265–275. https://doi.org/10.1016/S0021-9258(19)52451-6

Lundström J.O., Niklasson B. and Francy D.B. 1990. Swedish Culex torrentium and Cx. pipiens (Diptera: Culicidae) as experimental vectors of Ockelbo virus. Journal of Medical Entomology, 27: 561–563. https://doi.org/10.1093/jmedent/27.4.561

Lundström J.O. 1999. Mosquito-borne viruses in Western Europe: a review. Journal of Vector Ecology, 24: 1–39.

Oliveira J.H.M., Talyuli O.A., Gonçalves R.L., Paiva-Silva G.O., Sorgine M.H.F., Alvarenga P.H. and Oliveira P.L. 2017. Catalase protects Aedes aegypti from oxidative stress and increases midgut infection prevalence of Dengue but not Zika. PLoS Neglected Tropical Diseases, 11(4): e0005525. https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0005525

R Core Team. 2021. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. Available at: https://www.R-project.org/

Razygraev A.V. 2020. A comparative study of catalase activity in Culiseta annulata (Schrank) and Culex pipiens L. (Diptera, Culicidae). Entomological Review, 100(2): 162–169. https://doi.org/10.1134/S0013873820020037

Razygraev A.V. 2021a. Difference in the distribution of overwintering female mosquitoes of the genera Culex and Culiseta (Diptera, Culicidae) in near-entrance parts of caves in relation to air temperature and humidity. Entomological Review, 101(9): 1293–1303. https://doi.org/10.1134/S0013873821090074

Razygraev A.V. 2021b. A method for measuring catalase activity in mosquitoes by using ammonium molybdate and reaction medium buffered with 3-(N-morpholino)propanesulfonic acid. Parazitologiya, 55(4): 318–336. [In Russian]. https://doi.org/10.31857/S0031184721040049

Razygraev A.V. 2022. On longevity of adult chaoborids (Diptera, Chaoboridae) under sugar feeding conditions. Entomological Review, 102(3): 279–285. https://doi.org/10.1134/S0013873822030010

Razygraev A.V. and Sulesco T.M. 2020. The use of the Bayes factor for identification of Culex pipiens and C. torrentium (Diptera: Culicidae) based on morphometric wing characters. Entomological Review, 100(2): 220–227. https://doi.org/10.1134/S0013873820020104

Rinehart J.P., Robich R.M. and Denlinger D.L. 2006. Enhanced cold and desiccation tolerance in diapausing adults of Culex pipiens, and a role for Hsp70 in response to cold shock but not as a component of the diapause program. Journal of Medical Entomology, 43(4): 713–722. https://doi.org/10.1093/jmedent/43.4.713

Sim C. and Denlinger D.L. 2011. Catalase and superoxide dismutase-2 enhance survival and protect ovaries during overwintering diapause in the mosquito Culex pipiens. Journal of Insect Physiology, 57(5): 628–634. https://doi.org/10.1016/j.jinsphys.2011.01.012

Sim C. and Denlinger D.L. 2013. Insulin signaling and the regulation of insect diapause. Frontiers in Physiology, 4, article 189. https://doi.org/10.3389/fphys.2013.00189