1. Disruption of phenylalanine hydroxylase reduces adult lifespan and fecundity, and impairs embryonic development in parthenogenetic pea aphids
- Author
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Hubert Charles, Pierre Simonet, Stefano Colella, Federica Calevro, Patrick Callaerts, Gérard Febvay, Gabrielle Duport, Marjolaine Rey, Nicolas Parisot, Karen Gaget, Biologie Fonctionnelle, Insectes et Interactions (BF2I), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Equipe de recherche européenne en algorithmique et biologie formelle et expérimentale (ERABLE), Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), laboratory of Developmental Genetics, VIB-KUL, ANR (IMetSym) [ANR-13-BSV7-0016-03], French Ministry of Research, Laboratoire Microorganismes : Génome et Environnement (LMGE), Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand 2 (UBP)-Université d'Auvergne - Clermont-Ferrand I (UdA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Conception, Ingénierie et Développement de l'Aliment et du Médicament (CIDAM), Université d'Auvergne - Clermont-Ferrand I (UdA), Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Laboratoire d'Electronique et des Technologies de l'Information (CEA-LETI), Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon, Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (CEA-LETI), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand 2 (UBP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Auvergne - Clermont-Ferrand I (UdA), Université Grenoble Alpes (UGA)-Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), and Simonet, Pierre
- Subjects
0301 basic medicine ,Phenylalanine hydroxylase ,phenylalanine ,hydroxylase ,media_common.quotation_subject ,[SDV]Life Sciences [q-bio] ,Longevity ,Parthenogenesis ,Insect ,acyrthosiphon pisum ,Gene Expression Regulation, Enzymologic ,Article ,03 medical and health sciences ,0302 clinical medicine ,Botany ,Animals ,Tyrosine ,Nymph ,Phylogeny ,media_common ,Regulation of gene expression ,Gene knockdown ,Aphid ,Multidisciplinary ,biology ,Peas ,Gene Expression Regulation, Developmental ,Phenylalanine Hydroxylase ,biology.organism_classification ,Acyrthosiphon pisum ,Cell biology ,espèce parthénogénétique ,Fertility ,030104 developmental biology ,développement embryonnaire ,Aphids ,biology.protein ,030217 neurology & neurosurgery - Abstract
Phenylalanine hydroxylase (PAH) is a key tyrosine-biosynthetic enzyme involved in neurological and melanin-associated physiological processes. Despite extensive investigations in holometabolous insects, a PAH contribution to insect embryonic development has never been demonstrated. Here, we have characterized, for the first time, the PAH gene in a hemimetabolous insect, the aphid Acyrthosiphon pisum. Phylogenetic and sequence analyses confirmed that ApPAH is closely related to metazoan PAH, exhibiting the typical ACT regulatory and catalytic domains. Temporal expression patterns suggest that ApPAH has an important role in aphid developmental physiology, its mRNA levels peaking at the end of embryonic development. We used parental dsApPAH treatment to generate successful knockdown in aphid embryos and to study its developmental role. ApPAH inactivation shortens the adult aphid lifespan and considerably affects fecundity by diminishing the number of nymphs laid and impairing embryonic development, with newborn nymphs exhibiting severe morphological defects. Using single nymph HPLC analyses, we demonstrated a significant tyrosine deficiency and a consistent accumulation of the upstream tyrosine precursor, phenylalanine, in defective nymphs, thus confirming the RNAi-mediated disruption of PAH activity. This study provides first insights into the role of PAH in hemimetabolous insects and demonstrates that this metabolic gene is essential for insect embryonic development.
- Published
- 2016
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