نشریه محیط زیست طبیعی

بررسی بیان ژن گیرندة ملانوکورتین 4 در پاسخ به تغییرات تراکم شکارچی و تراکم نر در ماهی گوپی ( Poecilia reticulata)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه شیلات، دانشکدة منابع طبیعی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران.

2 گروه شیلات، دانشکدة کشاورزی بهارآوران، دانشگاه علمی کاربردی استان قم، قم، ایران.

10.22059/jne.2025.392154.2786

چکیده

ماهی گوپی به‌دلیل رفتارهای تولیدمثلی متنوع و منابع ژنتیکی گسترده، مدلی مناسب برای مطالعة تکامل رفتارهای تولیدمثلی محسوب می‌شود. گیرندة ملانوکورتین 4 (MC4r) در تنظیم تعادل انرژی، پاسخ به استرس و کنترل تولیدمثل در مهره‌داران نقش دارد. این پژوهش تأثیر تراکم‌های مختلف شکارچی و حضور نرهای رقیب بر بیان ژن MC4r در ماهی گوپی را بررسی کرد. آزمایش‌ها در شرایط کنترل‌شده و در شش تیمار با تعداد متفاوت شکارچی و تراکم نر انجام شد. نمونه‌برداری در چهار بازة زمانی ۵ دقیقه، ۵ ساعت، ۵ روز و ۱۵ روز پس از مواجهه انجام گرفت. بیان نسبی ژن MC4r با روش Real-Time PCR و مقایسه با ژن مرجع 18s ارزیابی شد. نتایج نشان داد که تراکم شکارچی و حضور نرهای رقیب تأثیر معنی‌داری بر میزان بیان MC4r در گوپی دارد (0/05>P).  بیشترین بیان ژن در تیمارهای دارای شکارچی و تراکم نر زیاد، ۵ ساعت پس از مواجهه مشاهده شد اما در ادامه، با افزایش مدت‌ زمان مواجهه، بیان ژن کاهش یافت. این نتایج نشان می‌دهد که MC4r تنظیم‌کنندة کلیدی در فرآیندهای زیستی مانند رشد، تولیدمثل، پاسخ‌های استرس و نرخ متابولیک بدن است. یافته‌ها همچنین ارتباط این ژن را با تنظیم رفتارهای تولیدمثلی و سازگاری با شکارچیان و رقابت جنسی تأیید می‌کنند. پیشنهاد می‌شود مطالعات آینده مکانیسم‌های سیگنال‌دهی MC4r و تغییرات اپی‌ژنتیکی آن را در مواجهه طولانی‌مدت با عوامل استرس‌زا بررسی کنند تا نقش دقیق آن در تنظیم پاسخ‌های فیزیولوژیکی و رفتاری مشخص شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation of Melanocortin-4 receptor gene expression in response to variations in predator density and male density in Guppy (Poecilia reticulata )

نویسندگان [English]

  • Mahdi Katebi 1
  • Amirreza Abed-Elmdoust 1
  • Hamid Farahmand 1
  • Ali Momeninezhad 2

1 Department of Fisheries, Faculty of Natural Resources, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.

2 Department of Fisheries, Baharavaran Faculty of Agriculture, University of Applied Science and Technology, Qom Province, Qom, Iran.

چکیده [English]

The guppy, due to its diverse reproductive behaviors and extensive genetic resources, is considered a suitable model for studying the evolution of reproductive behaviors. The melanocortin-4 receptor (MC4R) plays a role in regulating energy balance, stress response, and reproductive control in vertebrates. This study examined the effect of different predator densities and the presence of competing males on MC4R gene expression in guppy. Experiments were conducted under controlled conditions in six treatments with different predator numbers and male densities. Sampling was performed at four time points: 5 minutes, 5 hours, 5 days, and 15 days after exposure. The relative expression of the MC4R gene was evaluated using Real-Time PCR and compared with the reference gene 18s. The results showed that predator density and the presence of competing males had a significant effect on MC4R gene expression in guppy (P<0.05). The highest gene expression was observed in treatments with predators and high male density, 5 hours after exposure; however, with prolonged exposure, gene expression decreased. These results indicate that MC4R is a key regulator in biological processes such as growth, reproduction, stress responses, and metabolic rate. The findings also confirm the relationship of this gene with the regulation of reproductive behaviors and adaptation to predators and sexual competition. It is suggested that future studies examine the signaling mechanisms of MC4R and its epigenetic changes under long-term exposure to stress factors to determine its precise role in regulating physiological and behavioral responses.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gene expression
  • Growth
  • Guppy
  • Melanocortin-4 receptor
  • Predator
Álvarez-Martín, C., Caballero, F.F., de la Iglesia, R., Alonso-Aperte, E., 2025. Association of MC4R rs17782313 genotype with energy intake and appetite: a systematic review and meta-analysis. Nutrition Reviews 83(3), e931-e946.
Archard, G.A., Earley, R.L., Hanninen, A.F., Braithwaite, V.A., 2012. Correlated behaviour and stress physiology in fish exposed to different levels of predation pressure. Functional Ecology, 26(3), 637-645.
Boonstra, R., Dantzer, B., Delehanty, B., Fletcher, Q.E., Sheriff, M.J., 2014. Equipped for life in the boreal forest: the role of the stress axis in mammals. Arctic 67(1), 82-97.
Brusseau, A.J.P., Feyten, L.E.A., Groves, V., Felismino, M.E.L., Cao Van Truong, D., Crane, A.L., Ramnarine, I.W., Brown, G.E., 2023. Sex and background risk influence responses to acute predation risk in Trinidadian guppies. Behavioral Ecology, In press.
Burns, J.G., Price, A.C., Thomson, J.D., Hughes, K.A., Rodd, F.H., 2016. Environmental and genetic effects on exploratory behavior of high- and low-predation guppies (Poecilia reticulata). Behavioral Ecology and Sociobiology 70(8), 1187-1196.
Chuard, P.J.C., Brown, G.E., Grant, J.W.A., 2018. Competition for food in two populations of a wild-caught fish. Current Zoology 64(5), 615-622.
Conde-Sieira, M., Chivite, M., Míguez, J.M., Soengas, J L., 2018. Stress effects on the mechanisms regulating appetite in teleost fish. Frontiers in Endocrinology 9, 631.
Crane, A.L., Feyten, L.E.A., Preagola, A.A., Ferrari, M.C.O., Brown, G.E., 2024. Uncertainty about predation risk: a conceptual review. Biological Reviews 99(1), 238-252.
Fisher, D.N., Kilgour, R.J., Siracusa, E.R., Foote, J.R., Hobson, E.A., Montiglio, P., Saltz, J.B., Wey, T.W., Wice, E.W., 2021. Anticipated effects of abiotic environmental change on intraspecific social interactions. Biological Reviews 96(6), 2661-2693.
Gairin, E., Dussenne, M., Mercader, M., Berthe, C., Reynaud, M., Metian, M., Mills, S.C., Lenfant, P., Besseau, L., Bertucci, F., Lecchini, D., 2022. Harbours as unique environmental sites of multiple anthropogenic stressors on fish hormonal systems. Molecular and Cellular Endocrinology 555, 111727.
Jermacz, Ł., Kletkiewicz, H., Nowakowska, A., Dzierżyńska-Białończyk, A., Klimiuk, M., Kobak, J., 2020. Continuity of chronic predation risk determines changes in prey physiology. Scientific Reports 10(1), 6972.
Jermacz, Ł., Nowakowska, A., Kletkiewicz, H., Kobak, J., 2020. Experimental evidence for the adaptive response of aquatic invertebrates to chronic predation risk. Oecologia 192(2), 341-350.
Ji, R.-L., Liu, T., Hou, Z.-S., Wen, H.-S., Tao, Y.-X., 2023. Divergent pharmacology and biased signaling of the four melanocortin-4 receptor isoforms in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Biomolecules 13(8), 1248.
Liang, L., Reinick, C., Angleson, J.K., Dores, R.M., 2013. Evolution of melanocortin receptors in cartilaginous fish: melanocortin receptors and the stress axis in elasmobranches. General and Comparative Endocrinology 181, 4-9.
Liu, H., Zeng, L., Cao, Z., Fu, S., 2016. Effects of different predator stress on vulnerability to predation and the underlying physiological and behavioral mechanisms of this vulnerability in juvenile qingbo (Spinibarbus sinensis). Acta Ecologica Sinica 36(2), 85-90.
Liu, R., Kinoshita, M., Adolfi, M. C., & Schartl, M., 2019. Analysis of the role of the Mc4r system in development, growth, and puberty of medaka. Frontiers in Endocrinology 10, 213.
Navarro, S., Crespo, D., Schulz, R.W., Ge, W., Rotllant, J., Cerdá-Reverter, J.M., Rocha, A., 2022. Role of the melanocortin system in gonadal steroidogenesis of zebrafish. Animals 12(20), 2737.
Reddon, A.R., Aubin‐Horth, N., Reader, S.M., 2022. Wild guppies from populations exposed to higher predation risk exhibit greater vasotocin brain gene expression. Journal of Zoology 316(2), 118-127.
Ryan, K.K., Mul, J.D., Clemmensen, C., Egan, A.E., Begg, D.P., Halcomb, K., Seeley, R.J., Herman, J.P., Ulrich-Lai, Y.M., 2014. Loss of melanocortin-4 receptor function attenuates HPA responses to psychological stress. Psychoneuroendocrinology 42, 98-105.
Schmittgen, T.D., Livak, K.J., 2008. Analyzing real-time PCR data by the comparative CT method. Nature Protocols 3(6), 1101-1108.
Schreck, C.B., 2010. Stress and fish reproduction: the roles of allostasis and hormesis. General and Comparative Endocrinology 165(3), 549-556.
Uren Webster, T. M., Rodriguez-Barreto, D., Consuegra, S., Garcia de Leaniz, C., 2020. Cortisol-related signatures of stress in the fish microbiome. Frontiers in Microbiology 11, 1621.
Zhang, Y., Wen, H. S., Li, Y., Lyu, L. K., Zhang, Z. X., Wang, X. J., ... & Qi, X., 2020. Melanocortin-4 receptor regulation of reproductive function in black rockfish (Sebastes schlegelii). Gene 741, 144541.
Zhang, K.Q., Hou, Z.S., Wen, H.S., Li, Y., Qi, X., Li, W.J., Tao, Y.X., 2019. Melanocortin-4 receptor in spotted sea bass, Lateolabrax maculatus: Cloning, tissue distribution, physiology, and pharmacology. Frontiers in Endocrinology 10, 705.
نشریه محیط زیست طبیعی
دوره 77، شماره 4
اسفند 1403
صفحه 591-599