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Apidologie

, Volume 38, Issue 1, pp 1–11 | Cite as

Protein profiles of testes, seminal vesicles and accessory glands of honey bee pupae and their relation to the ecdysteroid titer

  • Sibele de Oliveira Tozetto
  • Márcia Maria Gentile Bitondi
  • Rodrigo Pires Dallacqua
  • Zilá Luz Paulino SimõesEmail author
Original Article

Abstract

Protein content and pattern were determined for testes, seminal vesicles and accessory glands of drone pupae and compared to the ecdysteroid titer in hemolymph. In testes of young pupae, the protein titer increases in parallel with increasing ecdysteroid levels, but maximal protein titers are reached in late pupae, after the hormone titer has dropped. Protein titer then decreases at the end of pupal stage, coinciding with the time reported for spermatozoa migration to seminal vesicles and onset of testes degeneration. In seminal vesicles and accessory glands, the protein titer increases continuously during pupal stages, the maximal titer coinciding with low ecdysteroid levels in late pupae. Two new polypeptides appeared in accessory glands of late pupae, when the ecdysteroid level was low, and were not detected in ecdysteroid-treated pupae, thus indicating that some of the final steps of differentiation of the drone reproductive system are negatively regulated by ecdysteroids.

Apis mellifera drone reproductive system testes seminal vesicles accessory glands ecdysteroids 

Relations entre les profils protéiniques des testicules, des vésicules séminales et des glandes accessoires des nymphes d’abeilles (Apis mellifera) et la teneur en ecdystéroïdes

Apis mellifera système reproducteur mâle ecdystéroïde testicule vésicule séminale glande accessoire 

Proteinmuster der Hoden, Samenblasen und akzessorischen Drüsen und ihr Bezug zum Ecdysteroidtiter von Honigbienenpuppen

Zusammenfassung

Um der Frage der Rolle von Hormonen in der Differenzierung des Reproduktionssystems nachzugehen, untersuchten wir in dieser Studie die Proteingehalte und Proteinmuster der Hoden, Samenblasen und der akzessorischen Drüsen in der pupalen Entwicklung von Drohnen und betrachten diese in Bezug zum jeweiligen Ecdysteroidtiter in der Hämolymphe. Dafür legten wir zuerst Kriterien fest, die die pupale Entwicklungsphase in 13 Stadien unterteilen (P1–P13) (Tab. I). Dann bestimmten wir die Proteingehalte dieser Organe und erstellten mittels SDS-PAGE ihre Proteinmuster. Der Ecdysteroidtiter der jeweiligen Puppenphasen wurde mittels eines Radioimmunassays bestimmt. Ein starker Anstieg des Ecdysteroidtiters liess sich zu Beginn der Puppenhphase feststellen. In Phasen P2, P3, P4 und P5 der Drohnen erreichte der Ecdysteroidtiter einen 4,8 bis 6,4 fach höheren Wert als in der P1 Phase. Danach fiel der Hormontiter langsam ab, bis er zum Ende der Puppenphase sich wieder auf basale Werte einstellte (Abb. 1). Für die sich entwickelnden Hoden zeigte der Gesamtproteingehalt einen graduellen Anstieg in den Puppenphasen P1 bis P10, bevor er dann rapide abnahm (Abb. 2A). Ein maximaler Proteingehalt in der P10-Phase fiel zeitlich mit einem abnehmenden Ecdysteroidtiter zusammen. Wie bereits früher festgestellt, ist zu diesem Zeitpunkt die Spermatogenese bereits beendet, so dass die beobachtete rapide Abnahme im Proteingehalt mit der Wanderung der Spermien aus den Hoden in die Samenblasen und der Degeneration der Hoden zusammenfällt. Samenblasen und die akzessorischen Drüsen zeigten von P1 bis P13 eine kontinuierliche Zunahme im Proteingehalt (Abb. 2B, C), der das Wachstum dieser Strukturen widerspiegelt.

Die verschiedenen Organe des Reproduktionstraktes, die wir in der Drohnenentwicklung untersuchten, zeigten durchwegs vergleichbare Proteinmuster in den SDS-PAGE Auftrennungen, abgesehen von quantitativen Schwankungen in einzelnen Banden (Abb. 3, 4 und 5). Ausnahmen bildeten die Polypeptide k und l, die sich als spezifisch für die akzessorischen Drüsen später Puppenstadien erwiesen (Abb. 5B) und die erstmals zu finden waren, als der Ecdysteroidtiter bereits auf niedrige Werte gefallen war. Eine Injektion von 20-Hydroxyecdyson (20E) in Drohnenpuppen, und die damit einhergehenden über eine längere Zeitspanne erhöhten Hormonwerte, verhinderten das Erscheinen dieser beiden Polypeptide. Auch das Polypeptid j erwies sich nach der Hormonbehandlung als partiell reduziert (Abb. 5C). Die Polypeptide k und l können somit als Marker für die späten Stadien der pupalen Differenzierung der akzessorischen Drüsen angesehen werden und die Blockierung ihres Auftretens durch einen hohen 20E-Titer weist darauf hin, dass Ecdysteroide eine negative Kontrolle in der späten Differenzierungsphase dieser Drüsen spielen. Insgesamt weisen diese Daten darauf hin, dass ein abnehmender Ecdysteroidtiter eine wichtige Bedingung für die Normalentwicklung der akzesorischen Drüsen darstellt.

Apis mellifera Drohnenreproduktionsorgane Hoden Samenblase akzessorische Drüsen Ecdysteroide 

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References

  1. Bishop G.H. (1920) Fertilization in the honeybee. I. The male sexual organs: their histological structures and physiological functioning, J. Exp. Zool. 31, 225–265.Google Scholar
  2. Bollenbacher W.E., O’Brien M.A., Katahira E.J., Gilbert L.I. (1983) A kinetic analysis of the action of the insect prothoracicotropic hormone, Mol. Cell. Endocrinol. 32, 27–46.PubMedCrossRefGoogle Scholar
  3. Caetano-Anollés G., Gresshoff P.M. (1994) Staining nucleic acids with silver: an alternative to radioisotopic and fluorescent labeling, Promega Notes Magazine 45, 13–21.Google Scholar
  4. Cheeseman M.T., Gillot C. (1988) Corpus allatum and corpus cardiacum regulation of long hyaline gland protein synthesis in the male grasshopper, Melanoplus sanguinipes, Gen. Comp. Endocrinol. 72, 416–423.PubMedCrossRefGoogle Scholar
  5. Colonello N.A., Hartfelder K. (2003) Protein content and pattern during mucus gland maturation and its ecdysteroid control in honey bee drones, Apidologie 34, 257–267.CrossRefGoogle Scholar
  6. Colonello N.A., Hartfelder K. (2005) She’s my girl — male accessory gland products and their function in the reproductive biology of social bees, Apidologie 36, 231–244.CrossRefGoogle Scholar
  7. Cruz-Landim C., Cruz-Höfling (1969) Electron microscope observations on honeybee seminal vesicle (Apis mellifera adansonii, Hymenoptera, Apidae), Papéis Avulsos Zool. 14, 145–151.Google Scholar
  8. Dallacqua R.P., Cruz-Landim C. (2003) Ultrastructure of the ducts of the reproductive tract of males of Melipona bicolor bicolor Lepeletier (Hymenoptera, Apinae, Meliponine), Anat. Histol. Embryol. 32, 276–281.PubMedCrossRefGoogle Scholar
  9. Davey K.G. (1985) The male reproductive tract, in: Kerkut G.A., Gilbert L.I. (Eds.), Comprehensive Insect Physiology, Biochemistry and Pharmacology, Vol. 1, Pergamon, Oxford, pp. 1–14.Google Scholar
  10. Feldlaufer M.E, Hartfelder K. (1997) Relationship of the neutral sterols and ecdysteroids of the parasitic mite, Varroa jacobsoni to those of the honey bee, Apis mellifera, J. Insect Physiol. 43, 541–545.PubMedCrossRefGoogle Scholar
  11. Gillot C. (1996) Male accessory glands: functions and control of secretory activity, Invertebr. Reprod. Dev. 30, 1999–2005.CrossRefGoogle Scholar
  12. Gillot C. (2003) Male accessory gland secretions: modulators of female reproductive physiology and behavior, Annu. Rev. Entomol. 48, 163–184.CrossRefGoogle Scholar
  13. Hagedorn H. (1985) The role of ecdysteroids in reproduction, in: Kerkut G.A., Gilbert L.I. (Eds.), Comprehensive Insect Physiology, Biochemistry and Pharmacology, Vol. 8, Pergamon, Oxford, pp. 205–261.Google Scholar
  14. Happ G.M. (1992) Maturation of the male reproductive system and its endocrine regulation, Annu. Rev. Entomol. 37, 303–320.PubMedCrossRefGoogle Scholar
  15. Ismail P.M., Dutta-Gupta A. (1990) Effect of 20-hydroxyecdysone on the protein synthesis in male reproductive glands of Chilo partellus, Biochem. Arch. 6, 321–329.Google Scholar
  16. Ismail P.M., Gillot C. (1995) 20-Hydroxyecdysone and juvenile hormone regulation of specific protein synthesis in the male accessory reproductive gland of Melanoplus sanguinipes under in vitro condition, J. Insect Physiol. 41, 911–920.CrossRefGoogle Scholar
  17. Ismail P.M., Gillot C. (1997) Hormonal regulation of protein synthesis in the nymphal and adult male accessory reproductive gland of Locusta migratoria, Invertebr. Reprod. Dev. 31, 275–283.CrossRefGoogle Scholar
  18. Jacob M. (1992) In vivo spermatogenesis in Oryctes rhinoceros (Coleoptera: Scarabaeidae): the role of ecdysone and juvenile hormone, Zool. Sci. 9, 457–461.Google Scholar
  19. Kerr W.E., Silveira Z.V. (1974) A note on the formation of honeybee spermatozoa, J. Apic. Res. 13, 121–126.Google Scholar
  20. Koeniger G. (1984) Funktionsmorphologische Befunde bei der Kopulation der Honigbiene (Apis mellifera L.), Apidologie 15, 189–204.CrossRefGoogle Scholar
  21. Koeniger G., Hänel H., Wissel M., Herth W. (1996) Cornual gland in the honeybee drone (Apis mellifera L.): structure and secretion, Apidologie 27, 145–156.CrossRefGoogle Scholar
  22. Koeniger N., Koeniger G., Wongsiri S. (1989) Mating and sperm transfer in Apis florea, Apidologie 21, 413–418.CrossRefGoogle Scholar
  23. Kubli E. (2003) Sex-peptides: seminal peptides of the Drosophila male, Cell. Mol. Life Sci. 60, 1689–1704.PubMedCrossRefGoogle Scholar
  24. Laemmli U.K. (1970) Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4, Nature 227, 680–685.PubMedCrossRefGoogle Scholar
  25. Louveaux J. (1977) Anatomie de l’abeille: X-L’appareil reproducteur du male, Bull. Tech. Apic. 4, 43–48.Google Scholar
  26. Michelette E.R.F., Soares A.E.E. (1993) Characterization of preimaginal developmental stages in Africanized honey bee workers (Apis mellifera L), Apidologie 24, 431–440.CrossRefGoogle Scholar
  27. Moors L., Spaas O., Koeniger G., Billen J. (2005) Morphological and ultrastructural changes in the mucus glands of Apis mellifera drones during pupal development and sexual maturation, Apidologie 36, 245–254.CrossRefGoogle Scholar
  28. Pinto L.Z., Hartfelder K., Bitondi M.M.G., Simões Z.L.P. (2002) Ecdysteroid titers in pupae of highly social bees related to distinct modes of caste development, J. Insect Physiol. 48, 783–790.PubMedCrossRefGoogle Scholar
  29. Raikhel A.S., Brown M.R., Belles X. (2005) Hormonal control of reproductive processes. Comprehensive Molecular Insect Science, Vol. 3, Elsevier Pergamon, Oxford, pp. 433–491.Google Scholar
  30. Ral (1976) Übersichtskarte RAL-F2 zum Farberegister RAL 840 HR. RAL, Ausschuβ für Lieferbedingungen und Gütesicherung (Ed.), Muster. Schmidt KG, Göttingen.Google Scholar
  31. Regis L., Furtado A.F., Gomes Y.M., Coutinho V.B., Schuetz M.J. et al. (1987) Secretory activity and endocrine regulation of male accessory glands in the blood-sucking bug Panstrongylus megistus (Hemiptera: Reduviidae), Mem. Inst. Oswaldo Cruz 82 (Suppl. 3), 75–78.PubMedCrossRefGoogle Scholar
  32. Rembold H., Kremer J.-P, Ulrich G.M. (1980) Characterization of postembryonic developmental stages of the female castes of the honey bee, Apis mellifera L, Apidologie 11, 29–38.CrossRefGoogle Scholar
  33. Silveira Z.V. (1972) Efeito da temperatura na meiose dos machos de Apis mellifera, II, Ciência Cultura 24, 160.Google Scholar
  34. Smith P.K., Krohn R.I., Hermanson G.T., Mallia A.K., Gartner F.H., Provenzano M.D., Fujimoto E.K., Goeke N.M., Olson B.J., Klenk D.C. (1985) Measurement of protein using bicinchoninic acid, Anal. Biochem. 150, 76–85.PubMedCrossRefGoogle Scholar
  35. Snodgrass R.E. (1956) Anatomy of honeybee, Comstock Publ. Ass. Cornell Univ. Press, Ithaca, NY, 344 p.Google Scholar
  36. Sridevi R., Bajaj P., Ray A.D.G. (1988) Ecdysteroid stimulated protein synthesis in the male accessory reproductive glands of Spodoptera litura, Invertebr. Reprod. Dev. 14, 177–185.Google Scholar
  37. Swanson W.J. (2003) Sex peptide and sperm effect in Drosophila melanogaster, Proc. Natl Acad. Sci. USA 100, 9643–9644.PubMedCrossRefGoogle Scholar
  38. Tozetto S.O. (1997) Hormonelle Steuerung in der Entwicklung von Drohnen (Apis mellifera carnica), Dissertation zur Erlangung des Grades eines Doktors der Naturwissenschaften der Fakultät für Biologie der Eberhard-Karls Universität Tübingen.Google Scholar
  39. Woyke J., Ruttner F. (1958) An anatomical study of the mating process in the honeybee, Bee World 39, 3–18.Google Scholar
  40. Wyatt G.R., Davey K.G. (1996) Cellular and molecular actions of juvenile hormone. II. Roles of juvenile hormone in adult insects, Adv. Insect Physiol. 26, 1–155.CrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© Springer S+B Media B.V. 2007

Authors and Affiliations

  • Sibele de Oliveira Tozetto
    • 1
  • Márcia Maria Gentile Bitondi
    • 1
  • Rodrigo Pires Dallacqua
    • 1
  • Zilá Luz Paulino Simões
    • 1
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  1. 1.Departamento de BiologiaFaculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto, Universidade de São PauloRibeirão PretoBrasil

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