Τα έντομα και άλλοι ποικιλόθερμοι οργανισμοί έχουν αναπτύξει διάφορους μοριακούς μηχανισμούς για την προστασία τους από ακραίες θερμοκρασίες και άλλες στρεσογόνες καταστάσεις που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της ζωής τους. Ένας από τους σημαντικότερους μηχανισμούς είναι η παραγωγή των θερμοεπαγόμενων πρωτεϊνών οι οποίες, ως μοριακοί συνοδοί, προστατεύουν τα κύτταρα από τη μετουσίωση και συσσωμάτωση των πρωτεϊνών τους. Πολλές από τις θερμοεπαγόμενες πρωτεΐνες συνθέτονται και σε φυσιολογικές συνθήκες και παίζουν σημαντικούς ρόλους στην ορθή αναδίπλωση, μεταφορά και αποικοδόμηση των πρωτεϊνών του κυττάρου. Το εργαστήριο μας ενδιαφέρεται για το ρόλο των θερμοεπαγόμενων πρωτεϊνών και τη ρύθμιση των γονιδίων τους στη Μεσογειακή μύγα. Τέσσερα θερμοεπαγόμενα γονίδια, hsp90, hsp70, hsp27 και hsp26, έχουν κλωνοποιηθεί και χαρακτηριστεί στο εργαστήριό μας. Στόχοι αυτής της μεταπτυχιακής εργασίας είναι α) η λειτουργική ανάλυση της 5’ ανοδικής περιοχής του γονιδίου hsp90 της Μεσογειακής μύγας και β) η έκφραση του γονιδίου σε συνθήκες ψυχρού στρες. Για να μελετήσουμε την ρύθμιση του γονιδίου hsp90, δημιουργήσαμε διαγονιδιακά στελέχη που έφεραν το γονίδιο της λουσιφεράσης (ως γονίδιο αναφοράς) υπό τον έλεγχο διαφορετικών 5’ περιοχών του γονιδίου hsp90. Η ανάλυση των στελεχών αυτών έδειξε ότι η ευρύτερη περιοχή του υποκινητή που εκτίνεται έως και το -3536 περιλαμβάνει όλα τα απαραίτητα στοιχεία για τη θερμοεπαγόμενη έκφραση του γονιδίου. Για να μελετήσουμε εάν η χαμηλή θερμοκρασία (0 oC) έχει κάποια επίδραση στη βιωσιμότητα του εντόμου και στην έκφραση του hsp90, ομάδες αρσενικών ενήλικων εντόμων επωάστηκαν για διαφόρους χρόνους στους 0 oC και ακολούθως μελετήθηκε η επιβίωσή τους και η έκφραση του θερμοεπαγόμενου γονιδίου με RT-PCR και qRT-PCR. Τα αποτελέσματά μας υποδηλώνουν ότι οι χαμηλές θερμοκρασίες αυξάνουν την έκφραση του hsp90 σχεδόν στα ίδια επίπεδα με εκείνα του θερμικού στρες. Επίσης η βιωσιμότητα των εντόμων βρέθηκε πολύ υψηλή στους 0 oC. / Insects and other poikilotherms have multiple molecular mechanisms for their protection from extreme environmental and other stressful conditions which happens during their life. One of these mechanisms is the production of heat shock proteins. These proteins, being molecular chaperones, protect the cells from protein denaturation and aggregation. Some of these proteins are produced under normal conditions, and they play important role in proper protein folding, transport and degradation. We are interested in the role of heat shock proteins and the regulation of their genes in Mediterranean fruit fly (medfly). Four heat shock genes have been cloned and characterized in our laboratory. These are hsp90, hsp70, hsp27 and hsp26. The aim of this master thesis is: a) to study the normal and heat-induced regulation of the medfly’s hsp90 gene and b) to study the expression of this gene under cold shock conditions. For the first aim we created transgenic flies which they had the lusiferase gene (as a reference gene) under the control of different 5’ upstream regions of hsp90 gene. The analysis of these transgenic strains showed that the region between the first transcription base pair and -3536 base pair is crucial for the expression of the gene under normal and heat shock conditions. In order to examine whether the low temperature (0 oC) has any effect in the medfly’s viability and the expression of hsp90 gene, male groups were exposed at different intervals at 0 oC and then it was examined the viability and the expression of the gene. Our results suggest that the low temperature increases the expression of hsp90 nearly to the same levels of the thermal stress and this temperature does not affect the viability of the insect.

Η απόκριση των κυττάρων στο στρες συνδέεται με την επαγωγή μιας ομάδας πρωτεϊνών που ονομάζονται θερμοεπαγόμενες πρωτεΐνες (Hsps). Οι πρωτεΐνες αυτές ανήκουν στην κατηγορία των κυτταρικών συνοδών μορίων (chaperons) και προστατεύουν τα κύτταρα από τη μετουσίωση και συσσωμάτωση των πρωτεϊνών τους. Οι περισσότερες Hsps συντίθενται και σε φυσιολογικές συνθήκες και παίζουν σημαντικούς ρόλους στην ορθή αναδίπλωση, μεταφορά και αποικοδόμηση των πρωτεϊνών του κυττάρου. Οι Hsps κατηγοριοποιούνται σε διακριτές οικογένειες σύμφωνα με τα μοριακά τους βάρη. Από τις οικογένειες αυτές η οικογένεια των μικρών Hsps (sHsps), με μοριακά βάρη12-43 kDa, χαρακτηρίζονται από την παρουσία μιας πολύ συντηρημένης επικράτειας της α-κρυσταλλίνης στο καρβoξυτελικό τους άκρο. Μία από τις πιο καλά μελετημένες sHsps είναι η Hsp27. Η Hsp27, εκτός από το κύριο ρόλο της ως μοριακού συνοδού, εμπλέκεται και σε άλλες κυτταρικές λειτουργίες όπως η διαφοροποίηση, η απόπτωση, ο σχηματισμός του κυτταροσκελετού και η ρύθμιση της οξειδωτικής ισορροπίας των κυττάρων. Από τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας φάνηκε ότι το γονίδιο Cchsp27 εκφράζεται κάτω από φυσιολογικές συνθήκες κατά την ανάπτυξη της μεσογειακής μύγας και ότι η έκφραση του ρυθμίζεται στα διάφορα αναπτυξιακά στάδια του εντόμου. Πειράματα στον εγκέφαλο, στις ωοθήκες και στους όρχεις ενηλίκων ατόμων έδειξαν ότι στον εγκέφαλο των αρσενικών ατόμων το Cchsp27 mRNA παρουσιάζει σημαντικά υψηλότερα επίπεδα έκφρασης συγκριτικά με τον εγκέφαλο των θηλυκών ατόμων. Ακόμη παρατηρήθηκαν υψηλότερα επίπεδα έκφρασης του Cchsp27 mRNA στους όρχεις από ότι στις ωοθήκες. Τα αποτελέσματα από την έκφραση του γονιδίου στους σιελογόνους αδένες προνυμφών έδειξαν υψηλά επίπεδα έκφρασης στους σιελογόνους αδένες 24 ώρες πριν την εκτίναξη των προνυμφών, ενώ σταδιακά η έκφραση μειώνεται μέχρι το στάδιο της εκτινασσόμενης προνύμφης. Η έκφραση του Cchsp27 mRNA αυξάνεται στο στάδιο του λευκού προβομβυκίου ενώ στη συνέχεια σταδιακά μειώνεται. Ύστερα από την καλλιέργεια σιελογόνων αδένων παρουσία εκδυσόνης φάνηκε ότι συμβαίνει καταστολή της έκφρασης γονιδίου σε υψηλές συγκέντρωσης της ορμόνης, ενώ παρατηρείται επαγωγή σε συγκέντρωση 10-6 M. Σε ότι αφορά στην καλλιέργεια ωοθηκών και όρχεων παρουσία εκδυσόνης, παρατηρήθηκε μέγιστη επαγωγή του Cchsp27 γονιδίου στις ωοθήκες στα νεοεκκολαπτόμενα θηλυκά, ενώ μέγιστη επαγωγή στους όρχεις παρατηρήθηκε στα αρσενικά άτομα δύο ημερών. Ακολούθως, δημιουργήθηκε ένα διαγονιδιακό στέλεχος που φέρει το υβριδικό γονίδιο hsp27-GFP υπό τον έλεγχο της ευρύτερης 5΄ περιοχής του hsp27 γονιδίου, με σκοπό την μελλοντική μελέτη της κυτταρικής και ενδοκυτταρικής κατανομής της πρωτεΐνης Hsp27 κατά την ανάπτυξη της μεσογειακής μύγας. Τέλος, μελετήθηκε η έκφραση των γονιδίων Cchsp27 και Cchsp23 σε συνθήκες ψυχρού στρες. Και τα δύο γονίδια έδειξαν σημαντική έκφραση αυξανόμενου χρόνου επώασης στους 0 οC, με το Cchsp27 να παρουσιάζει υψηλότερα επίπεδα έκφρασης σε σχέση με το Cchsp23. / The stress response in cells is connected with the induction of heat shock proteins (Hsps). The Hsps are part of the molecular chaperons system and their role is to protect the cells from the protein denaturation and aggregation. Most Hsps are produced under non-stress conditions and they play a significant role in the correct folding, transmission and degradation of the cell’s proteins. Hsps are being divided into families according to their molecular mass. One of these families is the small heat shock proteins (sHsps) with molecular mass 12-43 kDa. This family is being characterized with a highly conservative domain called α-crystallin, which is located in the C-terminal domain. One of the most well studied sHsp is Hsp27. Hsp27 has an important role as molecular chaperone but also it is implicated in other events such differentiation, apoptosis, cytoskeleton’s formation and the regulation of the oxidized balance of the cell. The results that had arisen from this project, have shown that the Cchsp27 gene is expressed under non-stress conditions during the medfly’s development and that its expression is being regulated during the insect’s developmental stages. Experiments that were performed in brain, ovaries and testes which were removed from individual adults, have shown that the Cchsp27 gene is expressed highly in the male brain and in testes, comparing with female brain and ovaries respectively. Experiments that were performed in larvae salivary glands have shown significant expression levels of the Cchsp27 gene, 24 hours before jumping stage. The expression levels of the Cchsp27 gene are being reduced until the jumping stage and then they increased in the white pupa stage. The expression levels of the Cchsp27 gene are being reduced for the next three stages. The salivary glands were incubated with the hormone ecdysone and the results from these cultures have shown that in high ecdysone concentrations there is a repression in the gene’s expression whereas in concentration of 10-6 M there has been an induction. Ovaries and testes were incubated also with ecdysone and the results indicate that the maximum Cchsp27 gene induction happens in ovaries that have been removed from newborn females, and in testes that have been removed from males of the age of two days. Also, part of this project was the construction of a transgenic strain that it carries the hybrid gene hsp27-GFP under the regulation of the 5΄upstream region of the hsp27 gene. This strain will be used in the future for the study of the cellular distribution of the Hsp27 protein during the medfly’s development. For the last part of this project we study the expression levels of Cchsp27 and Cchsp23 genes under cold shock conditions. Both genes are expressed and their expression levels are being raised as the time of incubation increases in 0 οC. The expression levels of Cchsp27 gene were higher in comparison with the expression levels of Cchsp23 gene.

Με στόχο την απομόνωση του γονιδίου hsp83 της μεσογειακής μύγας, πραγματοποιήθηκε διαλογή μιας cDNA βιβλιοθήκης από προνύμφες 3ου σταδίου, με ανιχνευτή το δεύτερο εξώνιο του hsp83 ομόλογου γονιδίου της Drosophila auraria. Από τη διαλογή αυτή προέκυψαν αρκετοί αλληλεπικαλυπτόμενοι κλώνοι, ο μεγαλύτερος των οποίων (CM-1) είχε μέγεθος 2.593 kb και περιελάμβανε ένα ανοιχτό αναγνωστικό πλαίσιο 715 αμινοξέων, από τη μετάφραση του οποίου προκύπτει ένα πολυπεπτίδιο προβλεπόμενου μοριακού βάρους 81,74 kDa. Η προβλεπόμενη αμινοξική αλληλουχία έδειξε πολύ μεγάλη ταυτότητα με όλα τα μέλη της οικογένειας HSP90 και ειδικότερα με τις HSP83 ομόλογες πρωτεΐνες της Drosophila. Επιπλέον, η προβλεπόμενη αμινοξική αλληλουχία περιείχε όλες τις συντηρημένες περιοχές των μελών της οικογένειας των HSP90 και στο καρβοξυτελικό της άκρο, έφερε το πενταπεπτίδιο MEEVD, το οποίο είναι χαρακτηριστικό όλων των κυτταροπλασματικών ισομορφών αυτής της οικογένειας. Με βάση αυτά τα αποτελέσματα ο κλώνος CM-1, ονομάστηκε Cchsp83. Ο κλώνος αυτός, εκτός από ολόκληρη την κωδική περιοχή του γονιδίου, περιείχε μέρος της 5’ μη μεταφραζόμενης περιοχής και ολόκληρη την 3’ μη μεταφραζόμενη περιοχή του hsp83 γονιδίου της μεσογειακής μύγας. Ανάλυση κατά Southern σε γονιδιωματικό DNA με διάφορα ένζυμα περιορισμού και κατάλληλους cDNA ανιχνευτές, έδειξε ότι το Cchsp83 γονίδιο υπάρχει σε ένα μόνο αντίγραφο στο γονιδίωμα της μεσογειακής μύγας. Ανάλυση “Northern” έδειξε την ύπαρξη ενός μεταγράφου με μέγεθος 2,7 kb περίπου. Το Cchsp83 γονίδιο, χαρτογραφήθηκε με in situ υβριδοποίηση σε μία θερμοεπαγόμενη χρωμοσωματική διόγκωση των πολυταινικών χρωμοσωμάτων των σιελογόνων αδένων του εντόμου (6R:94C). Η μελέτη του προτύπου έκφρασης του γονιδίου Cchsp83 έγινε σε επίπεδο RNA με RT-PCR σε ολικό RNA και σε επίπεδο πρωτεΐνης με ανάλυση Western σε ολικά πρωτεϊνικά εκχυλίσματα. Αντισώματα για την CcHSP83 αναπτύχθηκαν μετά από έκφραση ενός σημασμένου με 6 His τμήματος του Cchsp83 cDNA (490-690aa) σε βακτήρια E. coli. Η αντίδραση του Cchsp83 γονιδίου στην αύξηση της θερμοκρασίας είναι πολύ γρήγορη και ευαίσθητη. Μετάγραφα του γονιδίου ανιχνεύονται μετά από 5 λεπτά θερμικού στρες και σε θερμοκρασίες αρκετά χαμηλές (300C). Η επαγωγή του γονιδίου γίνεται μέγιστη μετά από 30-60 λεπτά θερμικού στρες στους 37-390C. Η επαναφορά της έκφρασης του γονιδίου στα φυσιολογικά επίπεδα μετά από θερμικό στρες είναι αργή, αφού για να γίνει αυτό απαιτούνται 4 ώρες ανάκαμψης στους 250C, μετά από μόλις 30 λεπτά θερμικού στρες στους 380C. Αναπτυξιακή μελέτη του προτύπου έκφρασης του Cchsp83 έδειξε ότι το γονίδιο εκφράζεται σε όλη τη διάρκεια της ανάπτυξης της μεσογειακής μύγας. Στους 250C τόσο τα επίπεδα του RNA, όσο και τα επίπεδα της πρωτεΐνης, είναι υψηλά στα εμβρυικά στάδια, χαμηλά στα προνυμφικά και μέτρια στα νυμφικά και ενήλικα στάδια. Μετά από θερμικό στρες στους 380C, τα επίπεδα των μεταγράφων αυξάνονται αρκετά, ιδιαίτερα στα στάδια που σε φυσιολογικές συνθήκες είναι χαμηλά. Όσον αφορά στα επίπεδα της πρωτεΐνης, τα αποτελέσματα ήταν παρόμοια μετά από θερμικό στρες στους 350C, αλλά όχι στους 37-390C, όπου δεν παρατηρήθηκε καθόλου επαγωγή. Το γεγονός αυτό υποδηλώνει ότι σε υψηλές θερμοκρασίες καταστέλλεται η ωρίμανση ή και η μετάφραση του Cchsp83 RNA. Με στόχο την απομόνωση των ρυθμιστικών περιοχών του γονιδίου Cchsp83 της μεσογειακής μύγας, πραγματοποιήθηκε διαλογή μιας χρωμοσωματικής λEMBL-4A βιβλιοθήκης, με ανιχνευτή το δεύτερο εξώνιο του hsp83 ομόλογου γονιδίου της Drosophila auraria. Από τη διαλογή αυτή απομονώθηκαν δύο κλώνοι, ένας από τους οποίους περιελάμβανε μέρος της κωδικής περιοχής, την 5’ μη μεταφραζόμενη περιοχή και 3,5 kb της 5’ ανοδικής περιοχής του γονιδίου Cchsp83. Σύγκριση της γονιδιωματικής αλληλουχίας με τη cDNA αλληλουχία, αποκάλυψε την ύπαρξη ενός μικρού εσωνίου 275 bp ανάμεσα στην 5’ μη μεταφραζόμενη περιοχή και στην αρχή της κωδικής περιοχής του γονιδίου. Βιοπληροφορική ανάλυση και πειράματα 5’ RACE, υποδηλώνουν ότι το σημείο έναρξης της μεταγραφής του γονιδίου βρίσκεται 144 bp ανοδικά του 5’ άκρου του εσωνίου και 23 bp καθοδικά ενός τυπικού στοιχείου TATA (ΤΑΤΑΑΑΤΑ). Δύο πιθανά στοιχεία απόκρισης στη θερμοκρασία (HSEs) εντοπίστηκαν στην εγγύς 5’ περιοχή του γονιδίου, 35 και 330 bp ανοδικά του στοιχείου TATA. Επιπλέον, βρέθηκαν 4 ακόμα πιο απομακρυσμένα HSEs, 1.595, 2.861, 2.880 και 2.890 bp, ανοδικά του σημείου έναρξης της μεταγραφής, καθώς και ένα HSE μέσα στο εσώνιο. Λειτουργική ανάλυση της εγγύς 5’ ανοδικής περιοχής του γονιδίου Cchsp83 πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο του γενετικού μετασχηματισμού. Τρία αλληλεπικαλυπτόμενα τμήματα του υποκινητή του γονιδίου Cchsp83, μήκους 519 bp (-380/+139, PL), 230 bp (-86/+144, PM) και 193 bp (-55/+139, PS) τοποθετήθηκαν μπροστά από το γονίδιο αναφοράς lacZ και εισήχθησαν στο γονιδίωμα της μεσογειακής μύγας με το σύστημα μετασχηματισμού Minos. Η έκφραση του γονιδίου αναφοράς, ελέγχθηκε σε όλες τις διαγονιδιακές σειρές που προέκυψαν με την ποσοτική ενζυματική μέθοδο της β-γαλακτοζιδάσης. Οι PM-lacZ και PS-lacZ σειρές δεν έδειξαν ανιχνεύσιμα επίπεδα έκφρασης του lacZ γονιδίου τόσο σε φυσιολογικές συνθήκες, όσο και σε συνθήκες θερμικού στρες. Αντιθέτως, οι περισσότερες από τις PL-lacZ σειρές έδειξαν σημαντικά επίπεδα συστατικής έκφρασης. Το αναπτυξιακό πρότυπο έκφρασης του γονιδίου αναφοράς μελετήθηκε σε μία PL-lacZ σειρά και βρέθηκε παρόμοιο με εκείνο του ενδογενούς γονιδίου, υποδηλώνοντας ότι η -380/+139 περιοχή του υποκινητή περιλαμβάνει όλα τα ρυθμιστικά στοιχεία που απαιτούνται για την ορθή χρονική έκφραση του Cchsp83 γονιδίου σε φυσιολογικές συνθήκες. Αν και η περιοχή αυτή του υποκινητή περιλαμβάνει δύο δυνητικά στοιχεία απόκρισης στη θερμοκρασία καθώς και την 5’ UTR, εντούτοις δεν είχε την ικανότητα να οδηγήσει σε θερμοεπαγόμενη έκφραση το γονίδιο αναφοράς. Τα αποτελέσματά μας υποδεικνύουν ότι η περιοχή -380/+139 του Cchsp83 γονιδίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη διαγονιδιακών συστημάτων σήμανσης της μεσογειακής μύγας, τα οποία αναμένεται να συμβάλλουν στη διατήρηση και ανίχνευση κατάλληλων στελεχών που χρησιμοποιούνται σε προγράμματα βιολογικού ελέγχου του επιβλαβούς αυτού εντόμου. / By using the second exon of the D. auraria hsp83 gene as a probe, a number of overlapping cDNA clones were isolated from a Ceratitis capitata (medfly) cDNA library. The longest cDNA had a size of 2,593 bp and contained an open reading frame coding for a putative polypeptide of 715 amino acids with a predicted molecular weight of 81.74 kDa. In addition, it contained a part of the 5’-untranslated region and the complete 3’-untranslated region of a medfly hsp83 homolog, named Cchsp83. The predicted amino acid sequence showed a high degree of identity to all known sequences of the HSP90 family and was more closely related to the Drosophila HSP83 homologs. The putative medfly HSP83 contained all the conserved sequences of the members of the HSP90 family and was ended, at the C-terminal, with the pentapeptide MEEVD that characterizes all the cytosolic members of this family. Genomic Southern blot analysis, with several restriction enzymes and appropriate cDNA probes, indicated that the Cchsp83 gene exists as a single copy in the medfly genome. Northern blot hybridization revealed a single transcript of approximately 2.7 kb. In situ hybridization analysis showed that the Cchsp83 gene maps at the 94C region of the 6th chromosome (6R:94C), which corresponds to one of the major heat shock puffs of the medfly salivary gland polytene chromosomes. Evaluation of the Cchsp83 gene transcript and protein levels was performed by RT-PCR and western analysis, using total RNA and protein from synchronized animals. Anti-HSP83 antibodies were prepared against a histidine tag purified chimeric polypeptide from E. coli cells, transformed with a part of the coding region (aa 490-690) of the Cchsp83 cDNA. The response of the Cchsp83 gene to heat was fast and sensitive. Heat-induced transcript levels could be detected within 5 min at temperatures as low as 300C. Maximum transcript levels were obtained after 30-90 min treatments at 35-390C. Following recovery at 250C, after a 30 min heat shock, the accumulated transcripts remained at high levels for approximately 3h and declined to the non-induced levels 1h later. Developmental studies showed that the Cchsp83 gene is expressed constitutively throughout medfly development. At 250C, both transcript and protein levels were high in embryonic stages, low in larval stages and moderate in pupal and adult stages. Following heat shock at 380C, the transcript levels increased approximately 3- to 5-fold, depended on the developmental stage. Similar results were obtained for the protein levels after a heat shock at 350C, but not at 380C, suggesting that the Cchsp83 mRNAs are not translated efficiently at high temperatures. Screening of a genomic λEMBL-4A library from 24-h-old medfly embryos with the second exon of the D. auraria hsp83 gene, resulted in the isolation of a genomic clone containing part of the coding region, the untranslated leader region (5’ UTR) and 3.5 kb from the 5’ flanking region of the gene. Comparison of the genomic and cDNA nucleotide sequences revealed the presence of a small intron of 275 bp between the 5’ untranslated and coding regions of the gene. Thus the Cchsp83 gene is organized into two exons separated by a small intron. Computational analysis and 5’ RACE experiments, suggested that the putative transcription initiation site of the gene is located 144 bp upstream of the 5’ splicing site of the intron and 23 bp downstream of a typical TATA box (TATAΑΑΤΑ). Two putative heat shock elements (HSEs) were identified in the proximal 5’ flanking region of the gene, 35 and 330 bp, upstream of the TATA box. In addition to them, four distal HSEs, 1,595, 2,861, 2,880 and 2,890 bp, upstream of the putative transcription initiation site and one HSE inside the intron were identified. Functional analysis of the proximal 5’ flanking region of the Cchsp83 gene was performed by germline transformation. Three overlapping promoter fragments PL (-380/+139), PM (-86/+144) and PS (-55/+139), were fused to the lacZ reporter gene and the resulting constructs were introduced into the medfly genome via Minos-element mediated germline transformation. The expression of the reporter gene, in at least 8 homozygous transformed lines for each construct, was evaluated by quantitative β-galactosidase assays. The PM-lacZ and PS-lacZ lines did not show detectable levels of lacZ expression at neither normal or heat shock conditions. On the other hand, most of the PL-lacZ lines showed significant levels of constitutive lacZ expression. Developmental expression studies in one of these lines showed that the reporter gene exhibited similar developmental expression pattern to the endogenous one, suggesting that the PL promoter region includes all the necessary regulatory elements for driving correct temporal expression of the Cchsp83 at normal conditions. Although this promoter region contained the two proximal HSEs and the 5’ UTR, it was unable to drive heat-induced expression of the reporter gene suggesting that additional upstream and/or downstream sequences are necessary for the heat-induced expression of the Cchsp83 gene. Our data indicate that the PL promoter region of the Cchsp83 gene can be used as a driver for the development of robust transgenic marker systems in medfly. Such systems are important for detecting, maintaining and recognizing medfly strains that are used today in population control programs of this agricultural pest.

Μελέτες στη Μεσογειακή μύγα έχουν οδηγήσει στον χαρακτηρισμό πέντε άρρενο-ειδικών πρωτεϊνών (MSSPs) οι οποίες είναι ομο- και ετερο- διμερή δύο συγγενών, τύπου α και β, πολυπεπτιδίων (MSSP-α και –β). Τα πολυπεπτίδια αυτά κωδικοποιούνται από τουλάχιστον 7 γονίδια τα οποία με βάση την ομοιότητα των αλληλουχιών τους κατατάσσονται σε 3 ομάδες: msspα (α1 και α2), msspβ (β1, β2 και β3) και msspγ (γ1 και γ2). Λειτουργική ανάλυση των υποκινητών των γονιδίων msspα2 και msspβ2 έδειξε ότι το γονίδιο msspα2 εκφράζεται σε υψηλά επίπεδα στο λιπώδη ιστό των ενήλικων αρσενικών ατόμων ενώ το γονίδιο msspβ2 εκφράζεται σε χαμηλά επίπεδα στο έντερο και των δύο φύλων. Με στόχο την αρρενο- ειδική υπερέκφραση τής αλκοολικής αφυδρογονάσης τής D. melanogaster σε άτομα C. Capitata για την κατασκευή ενός Στελέχους Διαλογής Φύλου στη Μεσογεική μύγα στο οποίο παρουσία υψηλών επιπέδων αλκοόλης θα πεθαίνουν τα θηλυκά άτομα, ενώ τα αρσενικά θα επιβιώνουν, κατασκευάστηκαν διαγονιδιακά στελέχη τα οποία έφεραν το γονίδιο DmadhFAST υπό τον έλεγχο της περιοχής -522/+37 (α2PL) του γονιδίου msspα2. Η κατασκευή των διαγονιδιακών στελεχών έγινε με γενετικό μετασχηματισμό χρησιμοποιώντας το σύστημα μετασχηματισμού Minos. Από την ανάλυση 9 μετασχηματισμένων σειρών σε επίπεδο RNA (Northern ανάλυση και RT-PCR) και σε επίπεδο πρωτεΐνης (Western ανάλυση και Adh assay) προέκυψαν τα εξής συμπεράσματα: α) Ο υποκινητής α2PL είναι κατάλληλος για υψηλή φύλο-ειδική έκφραση διαγονιδίων στα ενήλικα αρσενικά άτομα της Μεσογειακής μύγας και β) Το γονίδιο της ADH της D. melanogaster πιθανόν δεν είναι το κατάλληλο γονίδιο επιλογής για τη δημιουργία στελεχών γενετικού διαχωρισμού του φύλου στη Μεσογειακή μύγα. Επιπλέον, στην παρούσα διατριβή επιλέχθηκε να μελετηθεί ο τρόπος έκφρασης του γονιδίου msspβ1. Όπως και με το msspα2 γονίδιο μελετήθηκε η λειτουργία του msspβ1 γονιδίου, in vivo, σε μετασχηματισμένες σειρές χρησιμοποιώντας το τμήμα -485/+35 (β1PL) του υποκινητή και το γονίδιο lacZ ως γονίδιο αναφοράς. Οι αναλύσεις έκφρασης του διαγονιδίου lacZ, τόσο στο επίπεδο του RNA (RT-PCR) όσο και στο επίπεδο της πρωτεΐνης (β-gal assay), σε 7 διαφορετικές σειρές έδειξαν ότι το τμήμα β1PL είναι αρκετό για την ορθή χρονο- ειδική έκφραση του διαγονιδίου σύμφωνα με το φυσιολογικό πρότυπο έκφρασης των mssp-α και -β γονιδίων, εντούτοις, δεν παρουσιάζει αυστηρά άρρενο-ειδικό πρότυπο έκφρασης, αν και η έκφραση στα αρσενικά άτομα ήταν εντονότερη από ότι στα θηλυκά. Από τη σύγκριση των επιπέδων μεταγραφής του διαγονιδίου lacZ υπό τον έλεγχο του υποκινητή β1PL με εκείνα του διαγονιδίου DmadhFAST υπό τον έλεγχο του υποκινητή α2PL, φαίνεται ότι η ισχύς του υποκινητή του γονιδίου msspβ1 είναι εκατοντάδες φορές μικρότερη από εκείνη του msspα2. Τα αποτελέσματα αυτά σε συνδυασμό με προηγούμενη μελέτη υποδηλώνουν ότι το δεύτερο γονίδιο mssp που εκφράζεται σε υψηλά επίπεδα και με αρρενο-ειδικό τρόπο θα πρέπει να είναι το msspβ3 γονίδιο ή κάποιο άλλο mssp γονίδιο του οποίου το προϊόν είναι ένα MSSP πολυπεπτίδιο τύπου β. / Studies in the medfly have led to the characterization of five male-specific serum proteins (MSSPs) that are homo- and hetero- dimmers of two major polypeptide types, MSSP-α and –β. These polypeptides are coded by at least 7 distinct genes which, based on their homology, are classified in three subgroups, MSSP-α (α1 and α2), MSSP-β (β1, β2 and β3) and MSSP-γ (γ1 and γ2). Functional analysis of the msspa2 and msspβ2 promoters showed that msspa2 is expressed in high levels in the fat body of adult male individuals, whereas msspβ2 is expressed in low levels in the midgut of both sexes. In order to overexpress in a male-specific manner the D. melanogaster alcohol dehydrogenase (ADH) in C. capitata for the construction of a Genetic Sexing Strain (GSS) in the medfly, which in the presence of high alcohol concentration will lead to the death of female and the survival of the male individuals, we constructed transgenic medfly strains using DmadhFAST under the control of the -522/+37 fragment (α2PL) of the msspa2 promoter, via Minos-mediated germline transformation. The RNA analysis (Northern and RT-PCR) and the protein analysis (Western and Adh assay) of 9 transgenic strains showed that: a) The α2PL fragment is sufficient for high levels of male-specific expression of transgenes in the medfly and b) The D. melanogaster ADH gene may not be the appropriate gene for the construction of GSS strains in the medfly. In addition in the present study we performed functional analysis of the msspβ1promoter in vivo in medfly transgenic adults generated by Minos-mediated germ line transformation. For this analysis we used the -485/+37 fragment of the msspβ1 promoter and the lacZ reporter gene. The RNA analysis (RT-PCR) and the protein analysis (b-gal assay) performed on 7 transgenic strains showed that the β1PL fragment is sufficient for the proper time-specific expression of the transgene in accordance to the expression pattern of mssp-a and –β genes, not in male-specific manner, although the level of expression in males was higher than in females. The comparison of the expression levels of the lacZ and the DmadhFAST transgenes showed that the α2PL promoter fragment is a hundred time stronger than the β1PL. These results indicate that msspβ3 or another β type mssp gene may be expressed in high levels in the male adults of the medfly.

Η μεσογειακή μύγα αποτελεί το κύριο παράσιτο πολλών καλλιεργούμενων φρούτων προκαλώντας ετησίως μεγάλες καταστροφές σε γεωργικές καλλιέργειες. Η μελέτη του εντόμου τόσο σε γενετικό όσο και σε πληθυσμιακό επίπεδο μπορεί να συμβάλλει σημαντικά στην ανάπτυξη ή και τη βελτίωση αποτελεσματικών και φιλικών προς το περιβάλλον μεθόδων ελέγχου. Οι μικροδορυφόροι είναι απλές επαναλήψεις ενός νουκλεοτιδικού μοτίβου που αποτελείται 1-6 ζεύγη βάσεων. Αποτελούν πολύ χρήσιμους γενετικούς δείκτες διότι είναι άφθονοι και διάσπαρτοι στο γονιδίωμα των ευκαρυωτκών οργανισμών. Επιπλέον είναι υψηλά πολυμορφικοί, κληρονομούνται ως συνυπερέχοντες Μεντελικοί δείκτες και αναλύονται εύκολα μέσω PCR, χαρακτηριστικά που τους καθιστούν πολύτιμα εργαλεία για πληθυσμιακές και εξελικτικές μελέτες. Από τους μικροδορυφορικούς δείκτες που αναπτύχθηκαν στο εργαστήριό μας, επιλέχθηκαν 10 με βάση το βαθμό πολυμορφισμού που έδειξαν σε εργαστηριακά στελέχη. Οι δείκτες αυτοί χρησιμοποιήθηκαν στην ανάλυση 481 ενηλίκων ατόμων που προέρχονταν από 19 διαφορετικά δείγματα φρούτων που συλλέχθηκαν από εννέα διαφορετικές περιοχές της Δυτικής Ελλάδας και της Βόρειας Πελλοπονήσου. Η γενοτυπική ανάλυση πραγματοποιήθηκε με ηλεκτροφόρηση των προϊόντων της PCR για κάθε γενετικό δείκτη σε πήκτωμα πολυακρυλαμιδίου και επακόλουθη αυτοραδιογραφία. Η στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων, με τη βοήθεια υπολογιστικών προγραμμάτων αποκάλυψε σημαντική γενετική διαφοροποίηση μεταξύ των δειγμάτων, που αποδίδεται εκτός των άλλων παραγόντων (κλιματολογικές συνθήκες, γεωγραφική προέλευση) στο είδος του ξενιστή. / C. capitata, is the main pest of many cultivable fruits and responsible for a significant loss in annual products, resulting in great economic damage. Studies on the genetic and population analysis will make a contribution towards the development or the improvement of environmental friendly control methods. Microsatellites are tandem simple sequence repeats of short (1-6) nucleotide motifs. They are very important genetic markers because they are dispersed and abundant in most eukaryotic genomes. They are highly polymorphic, inherited as co-dominant Mendelian markers and easily scored by PCR. Consequently, they have become one of the most popular molecular markers with application in many genetic studies, including genetic analysis of natural populations and evolutionary studies. From the available microsatellites in our laboratory, were selected ten (10), based on their polymorphism in laboratory strains. They were used for the screening of 481 adult flies in the medfly, collected from nineteen (19) different samples of fruits from nine (9) different areas in west Greece and north Peloponnesus. Analysis of genotype composition in the samples was achieved by polyacrylamide electrophoresis of the PCR products, for every genetic marker and then autoradiography. The statistic analysis of our results using software programs, revealed an important genetic differentiation in samples. Except for many factors (climatic conditions, geographic origin), the host origin will be responsible for this genetic differentiation.