Nuclear DNA content variation associated with muscle fiber hypertrophic growth in decapod crustaceans

Authors: Jimenez, Ana G.; Kinsey, Stephen T.; Dillaman, Richard M.; Kapraun, Donald F.

Source: Genome, Volume 53, Number 3, March 2010 , pp. 161-171(11)

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Abstract:

We tested the hypothesis that hypertrophic muscle growth in decapod crustaceans is associated with increases in both the number of nuclei per fiber and nuclear DNA content. The DNA-localizing fluorochrome DAPI (4′,6-diamidino-2-phenylindole) and chicken erythrocyte standards were used with static microspectrophotometry and image analysis to estimate nuclear DNA content in hemocytes and muscle fibers from eight decapod crustacean species: Farfantepenaeus aztecus, Palaemonetes pugio, Panulirus argus, Homarus americanus, Procambarus clarkii, Cambarus bartonii, Callinectes sapidus, and Menippe mercenaria. Mean diploid (2C) values in hemocytes ranged from 3.6 to 11.7 pg. Hemocyte 2C estimates were used to extrapolate ploidy level in the multinucleated skeletal muscle tissue of juvenile and adult animals. Across all species, mean muscle fiber diameters from adult animals were significantly larger than those in juveniles, and nuclear domains were greater in larger fibers. The number of nuclei per fiber increased with increasing fiber size, as hypothesized. Maximum nuclear DNA content per species in muscle ranged from 4C to 32C, consistent with endopolyploidy. Two patterns of body- and fiber-size-dependent shifts in ploidy were observed: four species had a significantly higher ploidy in the larger fibers of adults, while three species exhibited a significantly lower ploidy in adults than in juveniles. Thus, across species, there was no systematic relationship between nuclear domain size and nuclear DNA content.

Les auteurs ont vérifié l'hypothèse d'une association entre l'hypertrophie musculaire chez les crustacés décapodes et des augmentations du nombre de noyaux par fibre et du contenu en ADN nucléaire. Le DAPI (4′,6-diamidino-2-phénylindole), un fluorochrome spécifique de l'ADN, et des érythrocytes de poulet comme standard ont été employés en microspectrophotométrie statique combinée avec analyse d'images pour mesurer le contenu en ADN nucléaire dans les hématocytes et les fibres musculaires chez huit espèces de crustacés décapodes : Farfantepenaeus aztecus, Palaemonetes pugio, Panulirus argus, Homarus americanus, Procambarus clarkii, Cambarus bartonii, Callinectes sapidus et Menippe mercenaria. Les valeurs moyennes pour l'état diploïde (2C) chez les hématocytes variaient entre 3,6 et 11,7 pg. Les valeurs 2C des hématocytes ont été employées pour extrapoler le niveau de ploïdie au sein des muscles squelettiques d'animaux juvéniles et adultes. Pour l'ensemble des espèces, le diamètre moyen des fibres musculaires chez les adultes était significativement plus grand que chez les juvéniles et les domaines nucléaires étaient plus grands chez les fibres de plus grande taille. Le nombre de noyaux par fibre augmentait avec l'accroissement de la taille des fibres, tel que postulé. Le contenu en ADN maximal au sein du muscle chez les espèces variait entre 4C et 32C, conformément à l'hypothèse de l'endopolyploïdie. Deux types de changement de ploïdie en lien avec la taille du corps ou des fibres musculaires ont été notés chez les adultes : chez quatre espèces, une ploïdie significativement plus élevée a été observée chez les fibres de grande taille chez les adultes ; chez trois espèces, une ploïdie significativement plus basse a été observée chez les adultes par rapport aux juvéniles. Ainsi, pour l'ensemble des espèces, il n'y avait pas de relation systématique entre la taille du domaine nucléaire et le contenu en ADN.

Document Type: Research article

Publication date: 2010-03-01

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