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Disruption of phenylalanine hydroxylase reduces adult lifespan and fecundity, and impairs embryonic development in parthenogenetic pea aphids

Authors :
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))
Simonet, Pierre
Source :
Scientific Reports, Scientific Reports, 2016, 6, pp.1-12. ⟨10.1038/srep34321⟩, Scientific Reports, Nature Publishing Group, 2016, 6, ⟨10.1038/srep34321⟩, Scientific Reports, Nature Publishing Group, 2016, 6, pp.1-12. ⟨10.1038/srep34321⟩, Scientific Reports (6), 1-12. (2016)
Publication Year :
2016
Publisher :
HAL CCSD, 2016.

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.

Details

Language :
English
ISSN :
20452322
Database :
OpenAIRE
Journal :
Scientific Reports, Scientific Reports, 2016, 6, pp.1-12. ⟨10.1038/srep34321⟩, Scientific Reports, Nature Publishing Group, 2016, 6, ⟨10.1038/srep34321⟩, Scientific Reports, Nature Publishing Group, 2016, 6, pp.1-12. ⟨10.1038/srep34321⟩, Scientific Reports (6), 1-12. (2016)
Accession number :
edsair.doi.dedup.....f705c22339b2703fa673532964778696
Full Text :
https://doi.org/10.1038/srep34321⟩