Characterization of protein expression profile during development of the Puerto Rican monarch butterfly Danaus plexippus megalippe f. portoricensis A. Clark, 1941 (Lepidoptera: Danainae)

Abstract

Danaus plexippus megalippe, a non-migratory sub-species of the monarch butterfly, is a resident species in Puerto Rico. Molecular studies in monarch butterflies are fairly scarce and a protein profile has never been documented. Given that it has been petitioned to place the monarch butterfly in the Endangered Species Act, understanding its development has become a priority. We optimized an SDS-PAGE protocol in order to compare the protein profiles of the three developmental stages of Danaus plexippus megalippe and performed BCA protein assays to determine the amount of protein per cell. We found that both the larvae and the adult have near identical protein profiles and show two prominent bands at approximately 40 and 70 kDa. The pupa shows several other bands but also consistently expresses the 40 and 70 kDa bands. Based on the size of lepidopteran proteins that have been described, these bands could represent antitrypsin and a Na+/K+ ATPase subunit. However, further studies are necessary in order to characterize these protein bands. In BCA assays the pupa has significantly more protein than the larvae or the adult, which is consistent with the changes happening due to metamorphosis. In addition, we found that adults who eclose the pupa but never stretched their wings and died, presented high variability in their protein profiles.

La sub especie residente, no migratoria, de la mariposa monarca en Puerto Rico es Danaus plexippus megalippe. Hay muy pocos estudios moleculares acerca de las mariposas monarcas y nunca se ha documentado un perfil proteico de esta. Dado que se ha solicitado incluir a la mariposa monarca en el Acta de Especies en peligro de Extinción (ESA por sus siglas en inglés), entender el desarrollo de la mariposa monarca se ha vuelto una prioridad. Optimizamos el protocolo de Electroforesis de poliacrilamida (SDS-PAGE) para poder comparar el perfil proteico de las tres etapas del desarrollo de las mariposas monarca e hicimos un ensayo de cuantificación de proteínas (BCA) para determinar la cantidad de proteína por célula. Encontramos que las larvas y los adultos tienen un perfil proteico casi idéntico en el cual se pueden observar dos bandas prominentes, de 40 y 70 kDa, consistentemente. La pupa muestra una variedad mayor de bandas, sin embargo también podemos observar consistentemente las bandas de 40 y 70 kDa. Basándonos en el peso molecular de las proteínas que se han descrito en lepidópteros, estas bandas podrían ser antitripsina y una sub unidad de la ATPasa de sodio y potasio. Sin embargo, se deben realizar otros experimentos para caracterizar estas bandas de proteínas. En los ensayos de BCA, la pupa demuestra tener más proteína que las otras dos etapas. Esto va en acorde con los cambios que ocurren dentro de esta durante la metamorfosis. Finalmente encontramos que, los adultos que salían de la pupa pero no lograban estirar sus alas y morían, presentaban una alta variabilidad cuando se observaban sus perfiles proteicos y la concentración de sus proteínas.