Projekt

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Physiological basis of the fecundity/longevity trade-off in Drosophila

Titel Englisch Physiological basis of the fecundity/longevity trade-off in Drosophila
Gesuchsteller/in Flatt Thomas
Nummer 164207
Förderungsinstrument Projektförderung (Abt. I-III)
Forschungseinrichtung Département d'Ecologie et d'Evolution Faculté de Biologie et de Médecine Université de Lausanne
Hochschule Universität Lausanne - LA
Hauptdisziplin Embryologie, Entwicklungsbiologie
Beginn/Ende 01.01.2016 - 31.12.2018
Bewilligter Betrag 242'168.00
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Alle Disziplinen (2)

Disziplin
Embryologie, Entwicklungsbiologie
Zoologie

Keywords (11)

lifespan; reproduction; longevity-reproduction trade-off; costs of reproduction; aging; diet and metabolism; physiology; gonadal signals; dietary restriction; evolution of aging; mechanisms of aging

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Schon seit Aristoteles' naturhistorischen Beobachtungen wissen Biologen, dass die Fortpflanzung die Lebensdauer in vielen Organismen verkürzt, aber die zugrundeliegenden physiologischen Mechanismen versteht man noch nicht gut. Unser Projekt verwendet die Fruchtfliege (Drosophila melanogaster) als experimentelles System, um einen Beitrag zu Beantwortung dieser fundamentalen Frage zu liefern.
Lay summary

Inhalt und Ziele des Forschungsprojekts

In vielen Organismen erhöht eine reduzierte Fortpflanzung die Lebensdauer. Beispielsweise verlängert die Eliminierung von Keimbahnstammzellen bei Würmern und Fliegen die Lebensspanne. Interessanterweise hat eine verringerte Nahrungsaufnahme ähnliche Effekte: eine verlängerte Lebensspanne geht einher mit verringerter Reproduktion. Dies legt nahe, dass der „trade-off“ zwischen Langlebigkeit und Reproduktion durch einen Wettbewerb von energetischen Ressourcen zustandekommt, bei dem Energie entweder in die Fortpflanzung investiert werden kann oder in die Aufrechterhaltung der somatischen Funktionen und damit in ein längeres Leben. Unter optimalen Nahrungsbedingungen sollten Organismen auf Kosten eines verbesserten Überlebens die Fortpflanzung maximieren; unter schlechten Bedingungen hingegen sollten sie auf Kosten der Fortpflanzung in besseres Überleben investieren. Neue Ergebnisse weisen darauf hin, dass Fortpflanzung, Ernährung, und Lebensdauer auf komplizierte Weise miteinander verbunden sind; die zugrundeliegenden Mechanismen sind jedoch weitgehend unbekannt. Das Ziel unserer Forschung ist es, neue Einblicke in die Mechanismen des Reproduktions-Langlebigkeits-„trade-offs“ zu gewinnen. Insbesondere wollen wir, mit Hilfe des Fruchtfliegen-Modells, den Einfluss der Wechselwirkung zwischen Fortpflanzung und Ernährung auf die Lebensspanne untersuchen. Dies wird uns neue Einsichten in die Mechanismen vermitteln, die dem Reproduktions-Langlebigkeits-„trade-off“ zugrundeliegen.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Unser Projekt befasst sich mit einem Problem aus der Grundlagenforschung: wie beeinflusst die Fortpflanzung die Lebensspanne von Organismen? Die Beantwortung dieser Frage ist von grundlegender Bedeutung für unser Verständnis der Evolution der Alterung bei Organismen und hat möglicherweise auch wichtige Implikationen für unsere Kenntnis der molekularen Mechanismen, die dem Alterungsprozess zugrundeliegen.


 

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 21.12.2015

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Abstract

In many organisms curtailed reproduction increases lifespan. Conversely, extended lifespan is often accompanied by reduced reproduction. The overarching aim of our Research Unit (RU) is to investigate the evolution and mechanisms of the fecundity/ longevity trade-off in insects by comparing experimental manipulations in social insects, where - remarkably - the fecundity/longevity trade-off is typically absent, with data from solitary insects (e.g., Drosophila), where this trade-off is common and well-established. As a model for understanding the mechanisms underlying the fecundity/ longevity trade-off, we are planning to perform experiments in the fruit fly (Drosophila melanogaster), which shall serve as “solitary insect” reference system or “control” for the work to be done in social insects in our RU. The fact that decreased food intake without malnourishment (dietary restriction) extends lifespan while concomitantly reducing reproduction suggests that the longevity-reproduction trade-off might represent an energetic resource allocation trade-off. If so, food limitation might divert resources away from reproduction and make them available for somatic maintenance and survival. However, the trade-off in energy allocation between fecundity and metabolic storage is not quantitatively exact, and dietary restriction can increase lifespan in gonadectomized worms (Caenorhabditis elegans) and sterile flies (D. melanogaster), findings which are at odds with the resource allocation model. In contrast to C. elegans that lack the entire gonad, worms that lack germ cells only are long-lived, and dietary restriction cannot further extend longevity in these individuals, suggesting that signals from the germline may oppose those of the somatic gonad to regulate ageing in the worm. Therefore, although current knowledge indicates that nutrient metabolism, reproduction and ageing represent interconnected regulatory axes, the actual mechanisms underlying the trade-off between reproduction and longevity remain largely unknown. The main goal of the research proposed here to use the genetically powerful fruit fly model Drosophila melanogaster to test whether the reproductive and nutritional regulatory axes converge onto the same mechanisms that affect ageing. Specifically, we will use a sterile mutant with oogenic arrest and a germline-less, long-lived transgenic strain as experimentals tool to discover how reproduction interacts with diet to affect lifespan and physiology. To systematically characterize the global physiology underlying the fecundity/longevity trade-off in Drosophila we will combine transcriptomics, metabolomics, endocrine assays, and RNAi silencing of candidate genes.
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