A simple and reliable medium-throughput method to measure relative telomere length in Sand Martins Riparia riparia

• Autorzy: Smith S. , Wagner R.H. , Szep T. , Hoelzl F. , Molnar M.

Warianty tytułu

PL

Prosta i wiarygodna metoda pomiaru relatywnej długości telomerów u brzegówki

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The rate of telomere loss is increasingly being used as a marker of biological aging, organismal senescence, and survival probability. These protective ends of chromosomes act to protect coding DNA during replication and by buffering against degradation from reactive oxygen species (ROS). In many organisms, telomere loss has been linked to increased levels of metabolism, biological stress and disease. Here we validate a medium-throughput and reliable method to measure relative telomere length in Sand Martins Riparia riparia. We performed the qPCR assay on a population of variously aged individuals from eastern Hungary. We detected a significant negative relationship between relative telomere length and age and observed a clear drop in telomere length in older age classes (> 4 years) but no relationship with gender or body mass. Our results in this cross-sectional study support findings in other passerine species that report a lack of long telomeres in older individuals. The method that we describe will allow longitudinal studies of Sand Martin individuals in wild populations to track telomere dynamics related to various life history characteristics and individual health.

PL

Telomery to struktury zbudowane z DNA oraz białka, położone na końcach chromosomów, których funkcją jest ochrona DNA podczas replikacji oraz przed degradacją przez reaktywne formy tlenu. Tempo skracania się telomerów jest coraz częściej wykorzystywane jako marker wieku, starzenia się organizmu lub prawdopodobieństwa przeżycia, gdyż u wielu organizmów skracanie się telomerów jest związane ze wzrostem poziomu metabolizmu, stresu oraz występowaniem chorób. W pracy przetestowano metodę średniej przepustowości do pomiaru względnej długości telomerów u brzegówki. Długość telomerów została określona na podstawie analizy ilościowego PCR (qPCR). W celu wytypowania fragmentu DNA o stałej liczbie kopii, który służyłby jako fragment referencyjny, przetestowano 5 genów, z których wybrano fragment genu kodującego enzym dehydrogenazę aldehydu 3-fosfoglicerylowego (GAPDH). Metoda została przetestowana na materiale zebranym w jednym sezonie lęgowym w 8 koloniach brzegówki zlokalizowanych we wschodnich Węgrzech wzdłuż rzeki Tisza. W związku z intensywnie prowadzonym obrączkowaniem ptaków w sezonach poprzedzających zebranie prób genetycznych, możliwe było dokładne określenie wieku schwytanych ptaków. Do analiz wybrano po 12-14 osobników reprezentujących klasy wiekowe 1-4 lata oraz 4-8 osobników reprezentujących klasy wiekowe 5-7 lat. Długoterminowe znakowanie ptaków umożliwiło również określenie przeżywalności osobników z sezonu na sezon dla poszczególnych klas wieku. Zaobserwowano dużą zmienność relatywnej długości telomerów pomiędzy osobnikami. Parametr ten malał z wiekiem ptaków, ale nie był związany ani z płcią ani z masą ciała osobnika (Fig. 1, Tab. 1). Przeżywalność z sezonu na sezon utrzymywała się na podobnym poziomie w klasach wiekowych 2-4 lata, malała pomiędzy 4 a 5 rokiem życia, wyrównywała pomiędzy 5 a 6, oraz rosła pomiędzy 6 a 7 (Fig. 2). Zmiany w przeżywalności pomiędzy poszczególnymi klasami wiekowymi pokrywają się ze zmianami w tempie skracania się telomerów. Wiek, w którym zarówno średnia, jak i zmienność relatywnej długości telomerów wyraźnie spada odpowiada wiekowi, w którym wzrasta śmiertelność brzegówek. Uzyskane wyniki potwierdzają dane uzyskane dla innych gatunków wróblowych, które pokazują spadek długości telomerów z wiekiem. Podobnie, jak w wielu innych badaniach przekrojowych (ang. cross-sectional studies), spadek relatywnej długości telomerów u brzegówek wiąże się z dużą zmiennością tego parametru, zwłaszcza w młodszych klasach wiekowych. W celu określenia, czy zmniejszająca się z wiekiem średnia długość oraz zmienność w długości telomerów wynika ze zróżnicowanej śmiertelności powiązanej z długością telomerów, czy też ze stałej erozji telomerów wraz ze starzeniem się organizmu niezbędne są jednak badania prowadzone w ciągu życia tych samych osobników (tzw. badania longitudinalne). Zaprezentowana w pracy metoda średniej przepustowości wykorzystująca technikę qPCR może być z powodzeniem wykorzystywana w przyszłych badaniach w celu określenia związku pomiędzy tempem skracania się relatywnej długości telomerów a wieloma istotnymi cechami historii życiowych, w tym przeżywalnością oraz sukcesem rozrodczym.

Słowa kluczowe

EN

bird; senescence; animal age; age; telomere length; medium-throughput method; measurement method; Sand Martin; Riparia riparia

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Ornithologica
• Rocznik: 2016
• Tom: 51
• Numer: 1
• Opis fizyczny: p.131-136,fig.,ref.

Twórcy

autor

Smith S.

• Department of Integrative Biology and Evolution, Konrad Lorenz Institute of Ethology, University of Veterinary Medicine, Vienna, Savoyenstrasse 1a, 1160 Vienna, Austria

autor

Wagner R.H.

• Department of Integrative Biology and Evolution, Konrad Lorenz Institute of Ethology, University of Veterinary Medicine, Vienna, Savoyenstrasse 1a, 1160 Vienna, Austria

autor

Szep T.

• Institute of Environmental Sciences, University of Nyiregyhaza, Nyiregyhaza, Sostoi ut 31/b, H-4400, Hungary

autor

Hoelzl F.

• Department of Integrative Biology and Evolution, Konrad Lorenz Institute of Ethology, University of Veterinary Medicine, Vienna, Savoyenstrasse 1a, 1160 Vienna, Austria

autor

Molnar M.

• Institute of Environmental Sciences, University of Nyiregyhaza, Nyiregyhaza, Sostoi ut 31/b, H-4400, Hungary

Bibliografia

• Angelier F., Vleck C. M., Holberton R. L., Marra P. P. 2013. Telomere length, non-breeding habitat and return rate in male American redstarts. Funct. Ecol. 27: 342-350.
• Augustin J., Blomqvist D., Szép T., Szabó Z. D., Wagner R. H. 2007. No evidence of genetic benefits from extra-pair fertilisations in female sand martins (Riparia riparia). J. Ornithol. 148: 189-198.
• Aydinonat D., Penn D. J., Smith S., Moodley Y., Hoelzl F., Knauer F., Schwarzenberger F. 2014. Social isolation shortens telomeres in African Grey Parrots (Psittacus eritlwcus erithacus). PLoS ONE 9: e93839.
• Bartoń K. 2015. MuMIn: Multi-model inference. R package version 1.13. 4. The Comprehensive R Archive Network (CRAN), Vienna, Austria.
• Bize P., Criscuolo F., Metcalfe N. B., Nasir L., Monaghan P. 2009. Telomere dynamics rather than age predict life expectancy in the wild. Proc. R. Soc. B 276: 1679-1683.
• Blackburn E. H. 1991. Structure and function of telomeres. Nature 350: 569-573.
• Blasco M. A. 2007. Telomere length, stem cells and aging. Nature Chemical Biology 3: 640-649.
• Boonekamp J. J., Mulder G., Salomons H. M., Dijkstra C., Verhulst S. 2014. Nestling telomere shortening, but not telomere length, reflects developmental stress and predicts survival in wild birds. Proc. R. Soc. B 281: 20133287.
• Burnham K. P., Anderson D. R. 2003. Model selection and multimodel inference: a practical information-theoretic approach. Springer Science & Business Media.
• Cramp S., Perrins C. (eds). 1994. The Birds of the Western Palearctic. Vol. VIII. Oxford University Press.
• Criscuolo F., Bize P., Nasir L., Metcalfe N. B., Foote C. G., Griffiths K., Gault E. A., Monaghan P. 2009. Real-time quantitative PCR assay for measurement of avian telomeres. J. Avian Biol. 40: 342-347.
• Fox J., Weisberg S. 2010. An R companion to applied regression. Sage.
• Hall M. E., Nasir L., Daunt F., Gault E. A., Croxall J. P., Wanless S., Monaghan P. 2004. Telomere loss in relation to age and early environment in long-lived birds. Eroc. R. Soc. B 271: 1571-1576.
• Haussmann M. F., Vleck C. M. 2002. Telomere length provides a new technique for aging animals. Oecologia 130: 325-328.
• Haussmann M. F., Winkler D. W, O'Reilly K. M., Huntington C. E., Nisbet I. C., Vleck C. M. 2003. Telomeres shorten more slowly in long-lived birds and mammals than in short-lived ones. Proc. R. Soc. B 270: 1387-1392.
• Haussmann M. F., Winkler D. W., Vleck C. M. 2005. Longer telomeres associated with higher survival in birds. Biol. Lett. 1: 212-214.
• Herborn K. A., Heidinger B. J., Boner W., Noguera J. C., Adam A., Daunt F., Monaghan P. 2014. Stress exposure in early post-natal life reduces telomere length: an experimental demonstration in a long-lived seabird. Proc. R. Soc. B 281: 20133151.
• Monaghan P., Haussmann M. F. 2006. Do telomere dynamics link lifestyle and lifespan? Trends Ecol. Evol. 21: 47- 53.
• Noguera J. C., Metcalfe N. B., Boner W., Monaghan P. 2015. Sex-dependent effects of nutrition on telomere dynamics in zebra finches (Taeniopygia guttata). Biol. Lett. 11: 20140938.
• Pauliny A., Wagner R. H., Augustin J., Szép T., Blomqvist D. 2006. Age-independent telomere length predicts fitness in two bird Species. Mol. Ecol. 15: 1681-1687.
• R Development Core Team 2015. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. ISBN 3-900051-07-0, URL: http://www. R-project. org.
• Ruijter J., Ramakers C., Hoogaars W., Karlen Y., Bakker O., Van den Hoff M., Moorman A. 2009. Amplification efficiency: linking baseline and bias in the analysis of quantitative PCR data. Nucleic Acids Res. 37: e45-e45.
• Salomons H. M., Mulder G., van de Zande L., Haussmann M. F., Linskens M. H., Verhulst S. 2009. Telomere shortening and survival in free-living corvids. Proc. R. Soc. B 276: 3157-3165.
• Seutin G., White B. N., Boag P. T. 1991. Ereservation of avian blood and tissue samples for DNA analyses. Can. J. Zool. 69: 82-90.
• Smith S., Turbill C., Penn D. 2011. Chasing telomeres, not red herrings, in evolutionary ecology. Heredity 107: 372- 373.
• Sudyka J., Arct A., Drobniak S., Gustafsson L., Cichoń M. 2016. Longitudinal studies confirm faster telomere erosion in short-lived bird species. J. Ornithol. 157: 373-375.
• Szép T. 1995. Relationship between west African rainfall and the survival of central European Sand Martins Riparia riparia. Ibis 137: 162-168.
• Szép T. 1992. Nine years old Sand Martin (Riparia riparia) recovery in Eastern Hungary. Aquila 99: 189.
• Szép T., Møller A. 1999. Cost of parasitism and host immune defence in the sand martin Riparia riparia: a role for parent- offspring conflict? Oecologia 119: 9-15.
• Szép T., Szabó D., Vallner J. 2003. Integrated population monitoring of sand martin Riparia riparia — an opportunity to monitor the effects of environmental disasters along the river Tisza. Ornis Hung. 12: 169-182.
• von Zglinicki T. 2002. Oxidative stress shortens telomeres. Trends in Biochemical Sciences 27: 339-344.

Identyfikatory

DOI

10.3161/00016454AO2016.51.1.011