Functional genomics in the wild: a case study with paper wasps shows challenges and prospects for RNA interference in ecological systems

RNA interference (RNAi) is a useful tool to assess gene function by knocking down expression of a target gene and has been used successfully in domestic and laboratory organisms. However, the use of RNAi for functional genomics has not fully extended into ecological model organisms in natural environments. Assessment of gene function in the wild is important because gene function can be environmentally and context dependent. Here, we present a case study using RNAi to assess gene function in wild paper wasps Polistes metricus, to test roles for two candidate genes (NADH dehydrogenase (NADHdh) and retinoid and fatty acid binding protein (RfaBp)) in the development of reproductive castes. Previous studies have shown that these genes are upregulated in larvae that become queens compared to workers, but this pattern was reversed in the laboratory, making field-based studies necessary. We orally administered dsRNA to larvae in field colonies and found evidence of a short-term knockdown followed by a compensatory rebound in expression for RfaBp. We also observed the predicted worker-like decrease in lipid stores in NADHdh dsRNA treated wasps, suggesting a possible role for NADHdh in caste development. We discuss our results in the context of challenges for using RNAi for functional genomics in ecological model organisms in the field. Key words: RNA interference, ecological genomics, Polistes, eusociality, castes. L'interference a l'ARN (RNAi) est un outil utile pour etudier la fonction des genes en abaissant l'expression d'un gene cible et il a ete employe avec succes chez des organismes domestiques ou de laboratoire. Cependant, l'emploi du RNAi en genomique fonctionnelle n'est pas encore largement repandu chez des organismes ecologiques modeles en conditions naturelles. L'etude de la fonction genique a l'etat sauvage est importante car la fonction peut etre dependante de l'environnement ou du contexte. Dans ce travail, les auteurs presentent une etude de cas ou le RNAi est utilise pour etudier la fonction genique chez la guepe Polistes metricus sauvage, specifiquement pour examiner le role de deux genes candidats (NADH dehydrogenase (NADHdh) et Retinoid and fatty acid binding protein (RfaBp)) dans le developpement des castes reproductives. Des etudes anterieures ont montre que ces genes etaient exprimes plus fortement chez les larves qui devenaient des reines que chez celles devenant des ouvrieres, mais cette expression se trouvait inversee en laboratoire et il devenait ainsi necessaire d'examiner cette question en conditions naturelles. Les auteurs ont administre oralement des dsRNA a des larves dans des colonies sur le terrain et ont trouve des evidences d'une reduction a court terme du gene RfaBp, suivie d'une hausse compensatoire. Ils ont egalement observe la diminution predite au sein des reservoirs lipidiques chez les types d'ouvrieres parmi les guepes de traitees avec un dsRNA ciblant NADHdh. Cela suggere un role possible de NADHdh dans le developpement des castes. Les auteurs discutent de leurs resultats dans le contexte des defis poses par l'emploi du RNAi en genomique fonctionnelle chez des organismes ecologiques modeles sur le terrain. [Traduit par la Redaction] Mots-cles: interference a l'ARN, genomique ecologique, Polistes, eusocialite, castes.
Introduction RNA interference (RNAi) is a powerful tool for functional genomics, which utilizes organisms' innate molecular machinery to knock down expression of target genes (Agrawal et al. 2003). RNAi has [...]