Em insetos, as enzimas glutationa S-transferases (GSTs) são conhecidas pela capacidade de degradar inseticidas, pesticidas e outros compostos químicos, naturais ou não naturais, estranhos ao organismo, podendo também promover o transporte intracelular de hormônios, metabólitos, e atuar na proteção celular contra o estresse oxidativo. Além disto, a função de uma GST tem sido associada ao processo de sequestro, pelo corpo gorduroso, de um tipo de proteína (hexamerinas) estocada na hemolinfa larval para ser utilizada como fonte de aminoácidos durante a metamorfose. Os objetivos deste trabalho consistiram em caracterizar a estrutura, a expressão e aspectos da função dos genes codificadores de GSTs em abelhas operárias Apis mellifera, além de investigar a possível função de um destes genes, hp191(GSTS1), na dinâmica de sequestro de hexamerinas durante a metamorfose. A metodologia utilizada abrangeu técnicas de biologia molecular, como RT-PCR semiquantitativa e em tempo real, sequenciamento de nucleotídeos, western blot, silenciamento gênico. Resumidamente os resultados mostraram (1) diferenças estruturais (número e organização de íntrons e éxons) entre os dez genes GSTs de A. mellifera, (2) aumento da atividade destes genes relacionado ao envelhecimento e intensa atividade de forrageamento, (3) níveis de expressão dependente do tipo de dieta alimentar, (4) perfil de expressão de hp191(GSTS1), assim como sua resposta aos hormônios morfogenéticos (hormônio juvenil e 20-hidroxiecdisona), consistentes com função na metamorfose, (4) diminuição dos níveis de hexamerina HEX 70a na hemolinfa em consequência do silenciamento de hp191(GSTS1) mediado por RNAi. Em conjunto, estes dados informam sobre estrutura, expressão e função dos genes GSTs de A. mellifera com particular foco na potencial participação de hp191(GSTS1) na metamorfose. / In insects, the enzymes glutathione S-transferases (GSTs) are known for their ability to degrade insecticides, pesticides and other chemical compounds, natural or not, which are not normally produced or expected to be present in the organism. GSTs can also promote the intracellular transportation of hormones and metabolites as well as act in the cellular protection against oxidative stress. In addition, the GST function has been associated with the process of sequestration, by the fat body, of one type of protein (hexamerin) which is stored in the larval hemolymph to be used as a source of amino acids during metamorphosis. The aims of this study were (1) to characterize structure and expression, and explore the roles of the GST encoding genes in Apis mellifera worker bees and, (2) to investigate the potential role of one of these genes, hp191(GSTS1), in the dynamics of hexamerin sequestration during metamorphosis. The methodology included molecular biology techniques, such as semiquantitative and real time RT-PCR, gene sequencing and silencing, and western blot. Briefly, the results revealed structural differences (number and organization of introns and exons) among the ten GSTs genes of A. mellifera, increased activity of these genes associated to bee aging and the intense foraging activity, and modulation of the expression levels of GST genes by the type of diet. The results also revealed that the expression profile of hp191(GSTS1), as well as its response to the morphogenetic hormones (juvenile hormone and 20-hydroxyecdysone), are consistent with a function in metamorphosis. Furthermore, hp191(GSTS1) silencing mediated by RNAi resulted in decreased hemolymph levels of a hexamerin (HEX 70a) with an essential function in metamorphosis. Altogether, these data provide novel findings concerning the structure, expression and function of the GSTs genes of A. mellifera with a special focus on the potential participation of hp191(GSTS1) in metamorphosis.

Le virus de la paralysie chronique de l'abeille (Chronic bee paralysis virus, CBPV) est l'agent étiologique d'une maladie infectieuse et contagieuse des abeilles adultes (Apis mellifera L.), appelée la paralysie chronique. Le CBPV est un virus à ARN simple brin positif qui contient 2 fragments d'ARN majoritaires. L'ARN 1 (3674 nt) et l'ARN 2 (2305 nt) codent respectivement 3 et 4 cadres ouverts de lecture (ORF). La séquence d'acides aminés de l'ORF 3 de l'ARN 1 partage des similitudes avec l'ARN polymérase ARN dépendante (RdRp) des virus des familles Nodaviridae et Tombusviridae. Par analogie avec ces familles virales, il a été suggéré que l'ARN 1 coderait les protéines non-structurales tandis que l'ARN 2 coderait les protéines structurales. Cependant, la réalité de ces protéines virales doit être démontrée expérimentalement afin d'étudier leurs fonctions, de mieux décrire ce virus et sa position taxonomique ainsi que d'améliorer les outils de diagnostic. Dans ce but, différentes approches expérimentales ont été utilisées. Une comparaison des protéomes d'hémolymphe d'abeilles non-infectées et infectées par le CBPV a été effectuée. Les protéines différentiellement exprimées ont été identifiées par empreinte peptidique massique (peptide mass fingerprint, PMF). Cette étude a permis d'identifier des protéines de l'abeille dont certaines contribueraient à une réponse immunitaire antivirale, mais aucune protéine virale n'a été identifiée par cette approche. Les ARN extraits du CBPV ont été utilisés dans des expériences de traduction in vitro. Malgré plusieurs essais réalisés en faisant varier les conditions expérimentales, cette approche s'est révélée infructueuse. / Chronic bee paralysis virus (CBPV) is the etiological agent that causes an infectious and contagious disease in adult bees (Apis mellifera L.), called chronic paralysis. CBPV is a positive single-stranded fragmented RNA virus which contains 2 major viral RNA fragments. RNA 1 (3674 nt) and RNA 2 (2305 nt) encode 3 and 4 putative open reading frames (ORFs), respectively. The amino acid sequence of ORF 3 on RNA 1 shares similarities with the RNA-dependent RNA polymerase (RdRp) of virus families Nodaviridae and Tombusviridae. By analogy with these viral families, it has been suggested that RNA 1 encodes non-structural proteins and RNA 2 encodes structural proteins. However, the reality of viral proteins needs to be experimentally demonstrated in order to study theirs functions, to describe CBPV biology and its taxonomic position and to improve diagnostic tools. With this aim, different experimental strategies have been used.A comparison of hemolymph proteomes between uninfected bees and bees infected with CBPV was performed. Differentially expressed proteins have been identified using peptide mass fingerprint method (PMF). This study allowed only identifying proteins of bees which could contribute to an antiviral immune response but viral proteins were not identified using this approach. Extracted CBPV RNAs were used for in vitro translation experiments. Despite several assays in varying experimental conditions, this approach has been unsuccessful. Another approach was to generate antibodies directed against different proteins or parts of viral proteins.

Objetivos Avaliar a composição e qualidade de méis de abelha Jandaira através de análises físico-químicas; avaliar se os parâmetros apresentados se encaixam nas legislações nacional e internacional para méis de Apis mellifera; analisar os efeitos de estocagens de méis de Jandaira em três diferentes temperaturas (ambiente, geladeira e freezer) e os efeitos de um ano de armazenamento de méis de Jandaira e Apis mellifera de mesma região botânica e a comparação da alteração de seus parâmetros de qualidade. Metodologia Revisão de literatura relativa aos padrões de identidade e qualidade dos méis de Apis mellifera e de abelhas sem ferrão com ênfase na Melipona subnitida. Realização das análises preconizadas pela legislação brasileira para méis de Apis mellifera nas amostras coletadas de Jandaira e Apis, além das análises qualitativas (Fiehe, Lund e Lugol), condutividade elétrica e análise dos açúcares glicose, frutose e sacarose por CLAE. Resultados As amostras de mel de Apis apresentaram-se monoflorais (pólen dominante de Althernanthera sp.) e com parâmetros dentro do preconizado pela legislação vigente, enquanto os de méis de Jandaira apresentaram-se heteroflorais (pólen de Mimosa verrucosa, Mimosa caeselpiniaefolia e Piptadenia moniliforme) a umidade (24,80%) e atividade diastásica (ausente) fora do estabelecido pela legislação vigente para os méis de Apis mellifera. A condutividade elétrica de Apis (284,00 µS.cm-1) foi superior a obtida no mel de Jandaira (102,77µS.cm-1) e a cor do mel de Apis apresentou-se mais escura (26,67 mmPfund), comparada ao mel de Jandaira (7,00 ± 0,00 mmPfund). Determinou-se maior concentração de glicose, frutose e sacarose nos méis de Apis (23,50%, 38,78% e 5,72% respectivamente) do que nos de Jandaira (21,76%, 29,21% e 4,86% respectivamente). Os parâmetros mais afetados em um ano de estocagem em temperatura ambiente foram: HMF, acidez livre, condutividade elétrica e cor. O método de estocagem que melhor conservou as características do produto foi o freezer. Conclusões Os méis de Apis mellifera e Melipona subnitida apresentam diversas diferenças em seus padrões físico-químicos, mais acentuadamente nos valores de umidade e atividade diastásica. As análises do Tempo 0 dos méis de Apis se encaixaram sem exceção nas legislações nacional e internacional vigentes, enquanto as amostras de Jandaira se encontram fora do preconizado para a umidade e atividade diastásica. Após um ano de estocagem em temperatura ambiente com incidência de luz, o mel de Apis conservou melhor suas características físico-químicas em relação ao mel de Jandaira em todos os parâmetros analisados ainda estando em conformidade com a legislação. Quando estocados em diferentes temperaturas, os méis de Jandaira conservaram melhor seus parâmetros nas condições de freezer e geladeira, enquanto sofreram alterações visíveis em temperatura ambiente. / Objectives Evaluate the quality and composition of Jandaira bee\'s honey through the use of physicochemical analyses; find out if the obtained parameters are in concordance with the Apis mellifera honey Legislations established both nationally and internationally; evaluate the effects of storage conditions for Jandaira Honey in three different temperatures (ambient, fridge and freezer) over one year, as well as the storage of Apis mellifera samples from the same botanical region over one year in ambient temperature and the comparison of both kinds of honeys and the alterations of their quality parameters. Metodology Review of the literature asserting the quality and identity parameters of Apis mellifera honey and stingless bees, with emphasis on Melipona subnitida honey. Procedure of the analyses contained in the Brazillian Legislation (2000) for Apis mellifera honey in the collected samples of Apis mellifera and Melipona subnitida honeys, as well as the qualitative analyses (Fiehe, Lund and Lugol), electric conductivity, and quantification of the glucose, fructose and sucrose sugars via HPLC. Results The Apis honey samples were classified as monofloral (Althernantera sp. as dominant pollen) and demonstrated parameters in accord with the current Legislation, while the Jandaira honey samples were classified as heterofloral (nearly even amounts of Mimosa verrucosa, Mimora caeselpinaefolia and Piptadenia moniliforme pollen) displaying moisture (24,80%) and diastase activity (null) in discordance with the established by the current legislation for Apis mellifera honeys. The Apis honey samples presented higher values of electric conductivity (284,00 µS.cm-1) than the obtained in the Jandaira honey samples (102,77µS.cm-1) as well as a darker color (26,67mmPfund) when compared to Jandaira honey (7,00mmPfund). The concentration of the glucose, fructose and sucrose sugars was higher in the Apis honeys (23,50%, 38,78% and 5,72% respectively) than in the Jandaira honey samples (21,76%, 29,21% and 4,86% respectively). The most affected parameters throughout one year of storage were HMF, free acidity, electric conductivity and color. The temperature that conserved better the original characteristics of the product was the freezer. Conclusions The Apis mellifera and Melipona subnitida honey samples displayed several differences in their physicochemical parameters, namely in moisture and diastase activity. At first (Time 0) the Apis honey samples were without exception in accord with the national and international legislations, whereas the Jandaira samples had moisture and diastase activity stray from the protocol, however, after one year of storage in ambient temperature, the Apis honey samples still was in concordance with the legislations in every analyzed parameter and had it\'s physicochemical characteristics better conserved then the Jandaira honey samples. Jandaira also had it\'s own characteristics better conserved in the fridge and freezer, when compared to the notable alterations in the ambient temperature storage.

O desenvolvimento embrionário é o resultado de uma sequência controlada de eventos modulados por sinais ambientais e mecanismos intracelulares. Em Hymenoptera, esse processo tem um caráter especial devido ao sistema de determinação do sexo (Haplodiploide). Neste sistema, os ovos fecundados se desenvolvem em fêmeas (diploides) e os ovos não fecundados em machos (haploides). Assim, eventos importantes, como a ativação do ovo e transição materno-zigótica, eventos iniciais da embriogênese, são elementos-chave para compreender o desenvolvimento de ambos os tipos de embriões. Ativação do ovo é um evento complexo acionado em resposta a estímulos externos, necessários para o início da embriogênese. Em abelhas a ativação ovo ocorre independentemente da fecundação e parece ser desencadeado durante a passagem pelo trato reprodutivo da mãe. Além disso, se o ovócito não for fecundado ele irá se desenvolver em um organismo haploide. No entanto, se o ovo recebe o espermatozóide até 30 minutos depois da ativação, o ovo se desenvolve em um organismo diploide. Em Drosophila, a ativação do ovo é também idependente da fecundação. O estímulo inicial que desencadeia o desenvolvimento é devido tensões mecânicas sofridas pelo ovócito durante a ovulação pela passagem através do trato reprodutivo. Neste modelo, o primeiro sinal de ativação inclui a ativação da via dependente de cálcio. Moléculas maternas que são incorporados no ovócito durante ovogênese, atuam durante a ativação do ovo, bem como no início da embriogênese. Os eventos iniciais da embriogênese também são caracterizados pela ausência de altos níveis de transcrição zigótica. As moléculas depositadas atuam na ativação do ovo, quebrando a dormência da divisão celular permitindo a ocorrência do início do desenvolvimento embrionário. Mas, o embrião em desenvolvimento gradualmente degrada e substitui essas moléculas herdadas da mãe, em um processo conhecido como transição materno-zigótica. Nosso principal objetivo foi o entendimento da comunicação entre as moléculas herdadas e as recém produzidas durante os primeiros passos do desenvolvimento de Apis mellifera. Para alcançar nosso objetivo, 16 bibliotecas de RNAseq (mRNA e miRNA) foram construídas utilizando amostras de RNA total de embriões diploides e haploides de diferentes idades e ovócitos maduros. A análise do transcriptoma mostrou que existem genes diferencialmente expressos entre os dois tipos de embriões já em 1 h de desenvolvimento. Além disso, nossa análise permitiu a identificação de mRNAs e miRNAs maternos e zigóticos, além de processos com que estas moléculas se relacionam. As análises mostraram também que um mesmo miRNA pode atingir diferentes mRNAs em cada tipo de embrião, na mesma fase de desenvolvimento. Além disso, um mesmo gene pode ser diferentemente regulado nos dois tipos de embriões. Por exemplo, broad/GB48272, que é classificado como materno em embriões dipoides é regulado por quatro miRNAs diferentes e em embriões haploides é classificado como zigótico, regulado por apenas um miRNA. Análise das bibliotecas de RNAseq e hibridação in situ mostrou o padrão de expressão de zelda em embriões jovens de abelhas. Zelda é um ativador chave do genoma zigótico em Drosophila e regula eventos importantes na embriogênese se ligando a um motivo conservado, TAGteam. Em A. mellifera, encontramos um motivo TAGteam putativo que tem sido relacionado à transcrição zigótica precoce. Além disso, a hibridização in situ e PCR mostraram três primiRNAs (ame-mir-375-3p, ame-mir-34-5p e ame-mir-263b-5p) que se expressam durante a clivagem. A presença de pri-miRNAs evidenciou a início da transcrição zigótica durante a clivagem. Em suma, podemos dizer que este é o primeiro trabalho em Apis mellifera a descrever os eventos de iniciais do desenvolvimento embrionário comparando embriões haploides e diploides usando os recentes protocolos de bioinformática e os avanços da biologia molecular. / Embryonic development is the result of a precisely controlled sequence of events modulated by environmental signals and intracellular mechanisms. In Hymenoptera, this process takes a special character due the sex-determination system (haplodiploidy). In this system, fertilized eggs develop in females (diploid) and unfertilized eggs in males (haploid). Thus, important events such as egg activation and maternal-zygotic transition, events of the early embryogenesis are key elements to understand the development of both types of embryos. Egg activation is a complex event triggered in response to external stimuli and necessary for the onset of embryogenesis. In honeybees egg activation occurs independently of fertilization and seems to be triggered during the passage through mother\'s reproductive tract. Furthermore, if the egg is not fertilized it will develop into haploid organism. However, if the egg receives the sperm up to 30min after activation, this egg develops into a diploid organism. In Drosophila, the egg activation is also fertilization independent. Initial stimulus that triggers the development is due mechanical stresses suffered by the egg during ovulation and passage through the reproductive tract. In this model, the first activation signal includes activation of calciumdependent pathway. Maternal molecules that are incorporated into the oocyte during ovogenesis, act during egg activation, as well as in early embryogenesis. Early embryogenesis events are also characterized by absence of high levels of zygotic transcription. The deposited molecules drive egg activation, breaking cell division dormancy permitting the beginning of embryonic development. But, the developing embryo gradually degrades and substitutes these mother-inherited molecules, in a process known as mother-to-zygote transition. Our main objective was the understanding of the deep crosstalk among the inherited molecules and the newly ones produced during the first steps of Apis mellifera embryogenesis. To achieve our objective 16 deep sequenced RNA (mRNA, miRNA) libraries were constructed using different age diploid and haploid embryos, and mature oocytes. Genome-wide transcriptome analysis was performed and interactive regulatory networks were constructed. Our analysis permitted the identification of maternal and zygotic mRNAs and miRNAs and related processes. Based on expression profiles of mRNAs and miRNAs in mature oocytes and haploid and diploid embryos of 2, 6 and 18-24 h of development, we constructed integrative regulatory networks (miRNA:mRNA) showing that the same miRNA could target different mRNAs in each type of embryo, in the same phase of development. As example we cite broad/GB48272, which is classified as maternal in diploid embryos and regulated by four different miRNAs. However, in haploid embryos it is zygotic and regulated by only one miRNA. Analysis of RNAseq and in situ hybridization showed the expression pattern of zelda in early honeybee embryos. Zelda is a key activator of Drosophila early zygotic genome and regulates important events in early embryogenesis binding to TAGteam motif. In A. mellifera, we found a putative TAGteam motif that has been implicated in early zygotic transcription. Moreover, in situ hybridization and PCR assay showed three pri-miRNAs (ame-mir-375-3p, ame-mir-34-5p and ame-mir-263b-5p) expressed during cleavage. The presence of pri-miRNAs is the first evidence of early zygotic transcription during cleavage. In short, we could say that this is the first work on Apis mellifera describing the early embryonic developmental events comparing haploid and diploid embryos using modern bioinformatics tools and advanced molecular analysis.

A diferenciação morfo-fisiológica entre rainhas e operárias de Apis mellifera decorre da alimentação recebida durante o desenvolvimento larval. Dentre as diferenças morfológicas entre as duas castas encontram-se estruturas especializadas para a coleta de pólen e própolis, localizadas nas pernas metatorácicas das operárias, ausentes nas pernas de rainhas. Os padrões de expressão de Ultrabithorax (Ubx) durante o desenvolvimento de operárias e rainhas estão associados aos padrões de cerdas das pernas de fêmeas adultas. Pernas mesotorácicas de operárias apresentam estruturas descritas como importantes na coleta de pólen, ausentes em rainhas. Por outro lado, as asas não possuem estruturas casta-específicas. No presente trabalho, análises globais de transcrição gênica por hibridação de lâminas de microarrays a partir de RNA total de pernas metatorácicas de operárias e rainhas em três estágios do desenvolvimento mostram 1952 genes diferencialmente expressos. Discos de pernas metatorácicas de larvas no início do quinto estágio larval, quando comparados aos de estágios mais tardios no desenvolvimento, têm alto níveis de transcritos de ativadores de Ubx, o qual está 25 vezes mais expresso em estágios subseqüentes do desenvolvimento. Buscas por motivos de ligação de fatores de transcrição nos promotores dos grupos de genes diferencialmente expressos revelam que os motivos para ligação de Ubx, Zeste e Twist estão super-representados em um dos conjuntos analisados. Dentro deste grupo, estão presentes genes cujos ortólogos em Drosophila são controlados por Ubx, como o caso do gene lola. Análises do processamento do mRNA de Ubx em pernas e asas de ambas as castas mostram que são produzidas três isoformas diferentes quanto à presença de dois microéxons (m1 and m2), que contêm 42 nt and 53 nt, respectivamente. A isoforma IIa-like, que contém o m2, entretanto, parece não ser capaz de produzir uma proteína Hox, já que possui um códon de terminação antes do homeodomínio. O perfil de transcrição diferencial de Ubx entre as castas está associado a apêndices que apresentam diferenças morfológicas, sendo Ubx mais transcrito em pernas meso e metatorácicas de operárias que rainhas. Quando analisadas as porcentagens de expressão de cada isoforma nos apêndices, claramente a isoforma IVa-like, sem microéxons, é a mais transcrita em todos os tecidos. Entretanto, nota-se que nas asas anteriores, onde há menos Ubx, a isoforma IIa-like é proporcionalmente mais transcrita que II nos outros apêndices. Destaca-se uma tendência à inclusão do microéxon m1 (isoforma IIIa-like) ao mRNA de Ubx transcrito em asas posteriores e pernas de rainhas em comparação a operárias, em detrimento da isoforma IVa-like. Análises do uso da região 3UTR em pupas de operárias mostram que há um microssatélite transcrito na porção distal da região 3UTR deUbx. A estrutura secundária predita agrupa separadamente as regiões codificadora e as regiões 3UTR proximal e distal. Análises de seqüenciamento de última geração revelaram que oito dos 51 microRNAs com sítios-alvo preditos na região 3UTR de Ubx estão mais expressos em asas anteriores, e outros dois em asas posteriores. Assim, nossos resultados mostram que o controle da expressão diferencial de Ubx é dada pela ativação desse gene por fatores de transcrição que se ligam ao promotor, controle do splicing alternativo, e expressão de microRNAs diferencial em cada casta e apêndice, controlando, assim, a morfogênese diferencial dos apêndices de fêmeas observada em A. mellifera. / Along with differences in physiological and behavioral characteristics, workers and queens of Apis mellifera also differ in appendage morphology. Some appendage specializations in the hind legs of honeybee workers, which are highly specialized pollinators, deserve special attention. The hind tibia of the worker has an expanded bristle-free region used for carrying pollen and propolis, the corbicula. In queens, this structure is absent. Although these morphological differences have been well characterized, the genetic inputs triggering the development of this alternative morphology have remained unknown. Through microarray analysis, we detected 1,952 genes that are differentially expressed during worker versus queen hind leg development. The gene expression signatures of the two castes have similar patterns of genes controlling development. At the beginning of the last larval instar, Ultrabithorax (Ubx) activators are more strongly expressed than in prepupae and early pupae; at this time Ubx expression is approximately 25 times higher. Within the gene expression signature, we identified a cluster formed by genes in which Ubx, Twist and Zeste binding sites are over-represented. This cluster includes genes for which Drosophila orthologs are known to be bound by Ubx, as in the case of lola. We also tested the extent of Ubx mRNA processing during wing and leg development. Unexpectedly, we found Ubx alternative splicing in both workers and queens; there were two microexons (m1 and m2) encoding 42 nt and 53 nt, respectively, arguing against the hypothesis that alternative splicing occurs exclusively within the Diptera. Inclusion of the m2 exon inserts a stop codon upstream from the exon containing the homeodomain, producing a truncated protein. Moreover, these bee microexons conserve the nucleotides known to be important for alternative splicing in Drosophila. During bee wing development, Ubx mRNA isoforms are transcribed in similar amounts in both castes; however, during leg development, queens produce 60% of the Ubx levels transcribed by workers. Analysis of 3UTR usage during bee development revealed a microsatellite region transcribed within the Ubx 3UTR. The predicted secondary structure locations separated the coding region into three branches and the proximal and the distal 3UTR regions. Deep-sequencing analysis revealed that eight out of 51 miRNAs predicted to target the Ubx mRNA are more highly expressed in worker forewings and two are more expressed in the hindwings. Therefore, we conclude that Ubx differential expression is activated by transcription factors that bind to its promoter, by control of alternative splicing, and moreover by microRNAs differentially expressed according to tissue and caste, resulting in differential morphogenesis of the hind leg in honeybee females.

Nutrição, regulação da expressão gênica e estresse oxidativo são características corresponsáveis pelo desenvolvimento e tempo de vida. Muitos animais apresentam uma relação clara entre o aumento da longevidade e a diminuição da reprodução quando submetidos a restrições alimentares. Contudo, a relação nutrição-longevidade não está completamente elucidada em organismos prioritariamente inférteis e cuja alimentação varia durante a vida adulta, tais como abelhas operárias da espécie A. mellifera. Para explorar tais questões, operárias recém-emergidas foram confinadas em gaiolas e alimentadas com uma dieta isenta de proteína (DNP), ou uma dieta rica em proteínas (DP) por sete dias. Investigamos a influência das dietas sobre: a morfologia das glândulas hipofaringeanas, o transcriptoma do corpo gorduroso, o acúmulo de dano oxidativo, a composição de hidrocarbonetos cuticulares (CHC) e a sobrevivência. Operárias do grupo DNP apresentaram menor sobrevivência e menor grau de ativação das glândulas hipofaringeanas do que operárias do grupo DP. A anotação funcional do transcriptoma de operárias do grupo DNP revelou ainda a ativação da resposta a estímulos, diferenciação, migração e desenvolvimento celular e de projeções neuronais. Todas essas são características compatíveis ao que se observa em operárias naturalmente mais velhas, como é o caso das forrageiras. A anotação funcional do transcriptoma de operárias do grupo DP revelou a ativação do metabolismo de proteínas, lipídios e carboidratos e regulação do sistema imunológico, características ligadas a operárias naturalmente jovens, como as nutridoras. Um total de 436 genes codificadores de proteínas foi apontado pelo sequenciamento em larga escala como dieta-responsivos (fold change > 2). O sequenciamento de RNAs curtos revelou três miRNAs dieta-responsivos (fold change > 2), miR-31a, miR-100 e miR-125, todos superexpressos no grupo DNP. Dentre esses 439 genes codificadores (mRNAs) e não codificadores de proteínas (miRNAs), dez foram experimentalmente validados em corpos gordurosos por RT-qPCR e quatro dos dez revelaram um perfil de expressão semelhante em cérebros frente às dietas. Juntos, nossos achados sustentam a existência de um circuito biológico integrado entre cabeça e corpo gorduroso capaz de regular os diferentes aspectos do controle da longevidade e do comportamento social. O ensaio de estresse oxidativo revelou não haver diferença entre o acúmulo de danos em cabeças nos dois grupos alimentares, talvez sinalizando a existência de uma resistência ou defesa antioxidante mais acentuada no sistema nervoso, protegendo-o. Por outro lado, observamos um nível maior de estresse oxidativo em corpos gordurosos de operárias do grupo DNP, sugerindo um déficit da resposta antioxidante, característica atrelada ao envelhecimento. Referente aos perfis de CHC, esses são similares entre operárias do grupo DP e operárias jovens (maior proporção de n-alcanos), bem como entre operárias do grupo DNP e operárias velhas (maior proporção de alcenos). Em conjunto, nossos resultados indicaram que uma dieta livre de proteínas antecipa o envelhecimento e sugerimos alguns novos marcadores do status nutricional e da progressão do desenvolvimento adulto em operárias: XP_624408.2, XP_393528.3 e XP_006561863.1, os órtólogos de CG9986, CG6058, CG2852, CG32031, CG5848 e CG9331, CG11138, CG10160, CG2674, CG5178, CG15884 e CG1322, além dos três microRNAs já citados. As alterações relacionadas ao status nutricional e envelhecimento, observadas nesse trabalho, suportam o uso de A. mellifera como um excelente organismo modelo no campo da nutrigenômica, bem como contribuem para o entendimento das modulações promovidas pela dieta no desenvolvimento adulto desse organismo. / Nutrition, oxidative stress and gene expression regulation are features responsible for development and lifespan. Many animals have a well-established relationship between an increase in longevity and a decrease in reproduction when subjected to dietary restrictions. However, the biological circuit nutrition-longevity is not fully elucidated in organisms primarily infertile and whose food consumption varies during adulthood, such as honey bee workers A. mellifera. To explore such questions, newly-emerged A. mellifera workers were confined in cages and fed a high protein diet (DP) or a protein free diet (DNP) for seven days. We analyzed the morphology of hypopharingeal glands, mRNAs and miRNAs global expression, oxidative damage, cuticular hydrocarbons profiles (CHC), and workers survival. Workers from DNP group had lower survival and lower activation of hypopharingeal glands than workers from DNP group. The functional annotation of DNP group transcriptome revealed activation of response to stimuli, cell differentiation, cell migration, cell growth and development of neuronal projections. All these biological processes are consistent with naturally older workers, such the foragers. The functional annotation of DP group transcriptome revealed activation of protein, lipid and carbohydrate metabolism and regulation of the immune system, features linked to younger workers, such nurses. Large-scale sequencing revealed that 436 protein-coding genes are diet-responsive (fold change > 2). Small RNAs sequencing revealed that three miRNAs are diet-responsive (fold change > 2), miR-31a, miR-100 and miR-125, all of them overexpressed in DNP group. Among these 439 coding (mRNA) and non-coding (miRNA) genes, 10 were validated in fatty bodies by RT-qPCR, and four of them showed a similar expression profile in brains in response to diets. Altogether, our results support the existence of an integrated biological circuit between head and fat body, which regulates different aspects of lifespan control and social behavior. Oxidative stress assay showed no difference between damage accumulation in honeybees heads from DP and DNP groups; maybe supporting the existence of a sharp resistance or antioxidant defense in the nervous system, protecting it. On the other hand, we observed a greater accumulation of oxidative stress markers in fat bodies of DNP, suggesting a deficit of antioxidant response, an aging feature. The CHC profiles are similar between DP group workers and young workers (high proportion of n-alkanes), and also similar between DNP group workers and old workers (high proportion of alkenes).Taken together, our results suggest that protein-free diet anticipates aging process and provides new markers of nutritional status and progression of workers adult development: XP_624408.2, XP_393528.3, XP_006561863.1, the orthologs of CG9986, CG6058, CG2852, CG32031, CG5848 e CG9331, CG11138, CG10160, CG2674, CG5178, CG15884 and CG1322, besides the three microRNAs already mentioned. The genetic changes related to nutritional status and aging observed in this work support the use of A. mellifera as an excellent model organism in the field of nutrigenomics and also contribute to the understanding of modulations promoted by diet on the adult development of this organism.

Nas abelhas sociais Apis mellifera a determinação de castas está relacionada à nutrição diferencial durante o desenvolvimento larval. Os indivíduos são alimentados com geléia real até o terceiro estágio larval, quando aqueles que são destinados a se tornarem operárias passam a receber uma mistura de secreções glandulares, mel e pólen. O conteúdo da dieta recebida após o terceiro estágio larval ativará respostas endócrinas diferenciais que resultarão no estímulo de vias distintas de expressão gênica que culminarão no desenvolvimento de rainhas e operárias. Vários modelos de determinação de castas foram propostos envolvendo diferentes fatores que atuam sobre o desenvolvimento de cada uma, em especial o Hormônio Juvenil (HJ), as vias de sinalização por insulina/IGF e TOR (target of rapamycin) a metilação diferencial e a proteína recentemente descoberta, royalactin, que favorecem o desenvolvimento de rainhas. Para o desenvolvimento de operárias foi sugerido estímulo de outras vias de sinalização, que possivelmente envolveria a participação dos genes ultraspiracle (usp), cryptocephal (crc) e retinoid- and fatty acid-binding protein (RfaBp). Utilizando diferentes abordagens avaliamos a participação destes genes no processo que culmina no desenvolvimento das castas. Através da análise de expressão gênica em larga escala utilizando microarrays, observamos a existência de genes diferencialmente expressos em rainhas e operárias, sendo a maior que parte deles apresentou expressão preferencial em operárias. Muitos destes genes, inclusive esterase do hormônio juvenil (jhe), failed axon connections (fax), activating transcription factor-3 (atf-3), cathepsin-D (cath-D) e peptidoglycan recognition protein-SC2 (pgrp-sc2), preferencialmente expressos em operárias, estão envolvidos, segundo análises de função por Gene Ontology, em processos essenciais no desenvolvimento das castas como crescimento, reprodução, apoptose, neurogênese, degradação do hormônio juvenil, entre outros. A partir destes resultados, incluímos o gene da esterase do hormônio juvenil (jhe) em nossas análises, como um possível candidato a determinante do desenvolvimento diferencial das operárias. Além disto, foi determinado o perfil de expressão de usp, crc, RfaBp e jhe, durante o desenvolvimento de rainhas e operárias. Observamos que os maiores níveis de expressão de cada um são encontrados em fases posteriores ao período crítico de determinação de castas e que em geral, os maiores níveis de expressão são encontrados em operárias, especialmente crc, RfaBp e jhe. Para usp, os níveis são distintos em rainhas e operária apenas em pontos específicos entre o quinto estágio larval e a fase pré-pupal. Adicionalmente avaliamos a influência da diminuição, através de interferência por RNA (RNAi), dos níveis de expressão de cada um destes genes sobre os níveis dos outros genes estudados, e também sua atuação no desenvolvimento. Vimos que mesmo pequenas modificações nestes níveis inibem ou estimulam a expressão de outros genes e, em alguns casos causam alterações no desenvolvimento das abelhas. Sabendo da importância dos microRNAs (miRNAs) na regulação da expressão gênica e do desenvolvimento, avaliamos os níveis de expressão dos miRNAs preditos como reguladores de jhe. Os resultados obtidos mostraram que alguns deles, como let-7, miR-2796 e miR-263b, por apresentarem correlação negativa com os níveis do gene alvo, são realmente fortes candidatos a seus reguladores. Além disto, alterações nos níveis do gene alvo, mostraram a capacidade de alterar os níveis de expressão da maioria dos miRNAs preditos. Este resultado foi corroborado por sequenciamento em larga escala das amostras tratadas com dsjhe e controle, que apontou também outros possíveis reguladores de jhe, entre eles miR-100, miR-306 e mi-13b. Analisando os resultados obtidos de forma conjunta podemos sugerir que o desenvolvimento de operárias está sob complexa regulação que envolve a participação dos genes aqui estudados, além de outros fatores como os miRNAs. Estes genes agem de maneira coordenada, inclusive com os miRNAs, em momentos específicos do desenvolvimento atuando sobre cascatas de expressão gênica de forma a ativar ou inibir a expressão uns dos outros e também de outros genes, o que culminará no desenvolvimento diferencial de rainhas e operárias em A. mellifera. / In Apis mellifera, a eusocial bee, caste determination during larval development is regulated by differential nutrition. All female larvae are fed royal jelly until the third larval stage, when the workerdestined ones have their diet switched to a gland secretion mix, honey and pollen, Queen-destined larvae, however, are provisioned with a rich diet throughout development. Changes in diet after the third developmental stage modulate larval endocrine responses and different nutritional regimes trigger distinct patterns of gene expression. Thus, nutritional regulation of specific signaling pathways controls development of worker and queen phenotypes. Several proposed models of this process involve caste-specific regulation of hormonal and nutritional factors and/or molecular processes including Juvenile Hormone (JH), insulin/IGF and TOR (target of rapamycin) signaling pathways, differential methylation and the newly discovered protein royalactin, which facilitates queen development. Previous research has also suggested the stimulus of other factors in signaling pathways that acts towards workers development, and they possibly involves the participation of some genes like ultraspiracle (usp), cryptocephal (crc), and retinoid- and fatty acid-binding protein (RfaBp). Using diverse molecular approaches, we evaluate the role of these genes in caste differentiation. We used microarrays to characterize global differences in gene expression between queen and worker larvae. Functional analysis of significantly, differentially expressed genes identified fundamental biological processes including growth, reproduction, apoptosis, neurogenesis and JH degradation that are involved in caste differentiation. Based on these findings, we selected several candidate genes including juvenile hormone esterase (jhe), failed axon connections (fax), activating transcription factor-3 (atf-3), cathepsin-D (cath-D), and peptidoglycan recognition protein-SC2 (pgrp-sc2) for investigation. Notably, these genes were preferentially upregulated in workers. In a separate experiment, we monitored expression of usp, crc, RfaBp and jhe, in queen and worker larval during stages critical to caste determination. In general, workers expressed crc, RfaBp and jhe at higher levels than queens. For usp, distinct expression levels between worker- and queen-destined larvae were observed only at specific points between the 5th larval stage and pre-pupal phase. Additionally we used RNA interference (RNAi) to monitor the impact of decreased levels of select candidate genes on larval development. We found that even small modification of gene expression levels inhibited or triggered expression of other genes, and, in some cases, caused developmental alterations. Furthermore, microRNAs (miRNAs) are also important regulators of gene expression during development and we identified miRNAs that were predicted jhe regulators and assessed their levels. Results determined that some miRNAs including let-7, miR-2796 e miR-263b were strong candidates for jhe regulation because they were significantly and negatively correlated with target gene expression levels. Furthermore, manipulation of target gene expression levels altered expression of most predicted miRNAs. These results were confirmed by deep sequencing of RNAi samples treated with double-stranded RNA for jhe gene (dsjhe) and controls (with no treatment) which also identified other candidate jhe regulators, like miR-100, miR-306 and mi-13b. Taken together, these results suggest that worker development is regulated by complex interactions that involve usp, crc, RfaBp and jhe in addition to other molecules, including miRNAs. These molecular participants coordinate development at specific time points by regulating activity of gene networks and each other, producing the differential development of workers and queens in A. mellifera.

Les écosystèmes forestiers naturels du Sud-Ouest de l’océan Indien (SOOI) sont fortement impactés par la déforestation et font face à de nombreuses invasions biologiques pouvant altérer leur processus, en particulier les interactions de type plantes-pollinisateur. C’est dans ce contexte que s’inscrit cette thèse, décrivant les relations entre un pollinisateur généraliste indigène : Apis mellifera unicolor et la flore de deux écosystèmes de Ranomafana : RA et de Mare Longue : ML. La description palynologique de 135 espèces issues de 52 familles de plantes mellifères de la formation de RA, a fait ressortir les caractères spécifiques des pollens liés à une pollinisation entomophile. Dans un second temps, des suivis phénologiques mensuels de 131 espèces (90% d’indigènes) à RA et 120 espèces (53% d’exotiques) à ML ont permis d’identifier et d’estimer les ressources florales disponibles. Pendant un an, l’analyse mensuelle des miels et pollens collectés a permis de dresser l’inventaire des ressources florales réellement exploitées. Les espèces indigènes ont été significativement plus butinées que les espèces exotiques, malgré une diversité de ressources exotiques supérieures à celles des indigènes (ML). Le comportement de butinage de l’abeille sur le genre Weinmannia a été analysé sur la base de 104 h de vidéo (W. bojeriana et W. rutenbergii à Madagascar, et W. tinctoria à La Réunion). Les fleurs ont été visitées par un cortège de pollinisateurs potentiels : coléoptères, diptères, lépidoptères et autres hyménoptères. A. m. unicolor était le visiteur le plus fréquent à Madagascar. L’ensemble de ces résultats a permis de confirmer le comportement généraliste d’A. m. unicolor, avec toutefois une préférence forte et significative pour les espèces florales indigènes des strates arborées et arbustives et permet d’émettre des hypothèses sur la complexité des interactions entre l’abeille et les écosystèmes du hotspot de biodiversité SOOI. / The natural forest ecosystems of the Southwest Indian Ocean (SOOI) have been strongly impacted by deforestation and face many biological invasions that are alter their balance, particularly plant-pollinator interactions. It is in this context that this thesis is set, describing the relations between an indigenous general pollinator: Apis mellifera unicolor and the flora of two ecosystems of Madagascar (Ranomafana: RA) and Reunion (Mare Longue: ML). The palynological description of 135 species from 52 families of melliferous plants from the RA formation, highlighted the specific criteria of pollens associated with entomophilous pollination. In a second time, monthly phenological monitoring of 131 species (90% native) to RA and 120 species (53% exotic) to ML allowed to identify and estimate the available floral resources. During one year, the monthly analysis of honeys and pollen collected enabled an inventory of the floral resources actually exploited. Native species were significantly more visited than exotic species, despite a diversity of exotic resources superior to that of the natives (ML). The foraging behaviour of the honeybee on the genus Weinmannia was analysed on the basis of 104 hours of video (W. bojeriana and W. rutenbergii in Madagascar, and W. tinctoria in Reunion Island). The flowers were visited by many potential pollinators: Coleoptera, Diptera, Lepidoptera and other Hymenoptera. A. m. unicolor was the most frequent visitor to the two species from Madagascar. The results confirmed the generalist behaviour of A. m. unicolor, with, however, a strong and significant preference for native floral species of tree and shrub strata and makes it possible to speculate on the important place of this bee in the ecosystems of the SOOI biodiversity hotspot.

Propõe-se um conjunto de parâmetros e respectivos métodos para análise de amostras de própolis bruta e tinturas de própolis, com vistas ao seu controle químico. Para amostras de própolis bruta, propõe-se a determinação dos teores de fenóis totais, flavonóides, ácidos fenólicos, ceras, cinzas, substâncias voláteis e resíduo seco. Para a análise de tinturas, propõe-se a determinação dos quatro primeiros ítens acima, acrescidos do teor de álcool etílico e densidade. A adequação dos métodos apresentados para a determinação de fenóis totais, flavonóides e ácidos fenólicos foi avaliada através de sua aplicação a uma mistura contendo quantidades conhecidas de flavonóides e ácidos fenólicos. O percentual das diferenças entre os teores reais e os teores medidos na mistura padrão situaram-se sempre abaixo de 10,0%. O emprego do conjunto de análises propostas é exemplificado, através da determinação dos parâmetros em amostras de própolis bruta, coletadas em distintas localidades do Brasil, e em amostras de tinturas etanólicas e hidroalcoólicas de própolis. Todos os ensaios foram realizados em triplicata, o que permitiu verificar que os métodos propostos apresentam boa reprodutibilidade. As amostras de própolis analisadas apresentam teores de fenóis totais cerca de 30% inferiores à média dos resultados relatados para amostras de origem européia. Os teores de flavonóides encontrados são muito pequenos, se comparados com os valores geralmente reportados para amostras de própolis de regiões temperadas. / A number of parameters and respective methods of analysis for chemical control of samples and tinctures of propolis is presented. It is suggested the determination of the contents of total phenolics, flavonoids, phenolic acids, waxes, ashes, volatile substances and dry residue for chemical control of samples of crude propolis. For propolis tinctures, in addition to the first four parameters it is proposed the determination of the density and the content of ethyl alcohol. The validity of the proposed methods for quantification of total phenolics, flavonoids and phenolic acids was evaluated by means of analysis of a mixture containing known quantities of several flavonoids and phenolic acids. The percentages of the differences between the actual contents and the measured quantities in the standard mixture remained always below 10,0%. The utility of the proposed methods is shown by the determination of the proposed parameters in samples of crude propolis collected in distinct localities of Brasil, and also in samples of ethanolic and hydroalcoholic tinctures of propolis. Because all assays were conducted as triplicates it was possible to demonstrate that all methods present good reproducibility. The samples of crude propolis assayed showed contents of total phenolics 30% below the average of the values reported for samples of propolis from Europe. The contents of flavonoids are also relatively small when compred with the contents generally reported for samples of propolis from temperate regions.

A metamorfose em insetos é um dos mais complexos e belos eventos biológicos conhecidos, dirigido por sucessivas alterações morfo-fisiológicas. Este intricado processo é coordenado por componentes moleculares como ecdisteroides (20E) e hormônio juvenil (HJ), fatores de transcrição e microRNAs (miRNAs). Os miRNAs regulam a expressão de genes-alvo, que por sua vez orquestram alterações fisiológicas e anatômicas necessárias para o completo desenvolvimento do organismo. Apesar do enorme esforço, os circuitos genéticos e endócrinos que regulam a metamorfose em insetos sociais, como a abelha Apis mellifera, estão longe de serem completamente esclarecidos. Os miRNAs são importantes componentes da maquinaria celular e parecem ser ubíquos no controle de processos biológicos. Desvendar novas interações miRNA-mRNAs alvo envolvidas com a metamorfose e a regulação das cascatas de 20E e HJ lançará uma luz sobre esse complexo evento. Em nosso estudo nós investigamos os papéis de miR-34, miR-281, miR-252a e miR-252b, conhecidos como reguladores da metamorfose em insetos, no modelo A. mellifera. Todos estes miRNAs revelaram alto grau de conservação filogenética, bem como responderam ao tratamento com 20E, sofrendo flutuações na abundância de transcritos. Usando as informações disponíveis e nossos bancos de dados, nós identificamos interações envolvendo estes miRNAs e genes participantes nas cascatas de HJ e 20E: ultraspiracle (Usp), fushi tarazu-transcription factor 1 (ftz-f1), ecdysone receptor (EcR), calponin (chd64), insulin receptor 2 (inr2), e Krüppel homolog 1 (Krh1). A predição das interações miRNA-mRNAs alvo revelou que os receptores de ecdisteroides EcR e Usp, bem como o fator de transcrição ftz-f1 são alvos importantes dos miRNAs estudados, apresentando sítios para os quatros miRNAs investigados. Observamos também que os seis genes codificadores de proteína são putativamente alvejados por miR-34. Por meio do ensaio da luciferase, pudemos validar as interações entre miR-34 e os alvos Kr-h1, chd64 e inr2; miR-252a e os alvos ftz-f1 e EcR; miR-252b e os alvos chd64 e ftz-f1; miR-281 e os alvos ftz-f1, EcR e Usp. A investigação dos perfis de expressão dos miRNAs ao longo do desenvolvimento larval (L3-PP3) e pupal (Pw), contrastados com os perfis de seus respectivos alvos, apontou muitos casos de relações positivas miRNA-mRNA. Estes resultados complementaram os resultados de validação, e expuseram a regulação exercida pelo miRNA sobre seus alvos. Juntos, os nossos resultados apontam para novas interações miRNA-mRNAs, envolvidas com a metamorfose em A. mellifera. As regulações por nós propostas e validadas bem como suas caracterizações e relações com os hormônios reguladores da metamorfose, são inéditas e acrescentam muito ao conhecimento sobre a regulação da metamorfose em A. mellifera. Nesse contexto, nossa pesquisa definitivamente contribui para uma melhor compreensão dos eventos moleculares envolvidos com a metamorfose de abelhas. / Insect metamorphosis is one of the most complex and beautiful of known biological events; it consists of successive morphological and physiological alterations. This intricate process is coordinated by various molecular components, including ecdysteroids (20E), juvenile hormone (JH), transcription factors and microRNAs (miRNAs). The miRNAs regulate gene expression, which in turn orchestrates physiological and anatomical changes necessary for successful insect ontogeny. Despite enormous efforts, the endocrine and genetic circuits that regulate metamorphosis in social insects, such as honey bees (Apis mellifera), are far from being completely elucidated. The miRNAs are a substantial component of this molecular machinery and seem to be ubiquitously involved in the control of biological processes. Disclosing new miRNA-target interactions involved in metamorphosis and in the regulation of 20E and JH cascades can shed light on these poorly understood events. In this study, we provide new pieces to this puzzle. We investigated the roles of miR-34, miR-281, miR-252a and miR-252b, known to be important regulators of insect metamorphosis, in the A. mellifera model. All of these miRNAs revealed a high degree of phylogenetic conservation and responded to treatment with 20E, which altered transcript abundance. Using available information and our databases, we identified interactions involving these miRNAs and the component genes of JH and 20E pathways: ultraspiracle (Usp), fushi tarazu-transcription factor 1 (ftz-f1), ecdysone receptor (EcR), calponin (chd64), insulin receptor 2 (inr2), and Krüppel homolog 1 (Kr-h1). Prediction of miRNA-target interactions revealed that the ecdysteroid receptors EcR and Usp and the transcription factor ftz-f1 are highly targeted by miRNAs involved in metamorphosis; they presented binding sites for all four miRNAs. We also observed that all six-protein coding genes are putatively targeted by miR-34. Using the luciferase assay, we were able to validate the interactions of miR-34 with the targets Krh1, chd64 and inr2; miR-252a with the targets ftz-f1 and EcR; miR-252b with the targets chd64 and ftz-f1; and miR-281 with the targets ftz-f1, EcR and Usp. Investigation of miRNA expression profiles during larval (L3-PP3) and pupal (Pw) development, as a function of the profiles of their respective targets, demonstrated many cases of positive miRNA-mRNA relationships. These results complemented the validation results, showing how the miRNAs regulate their targets. In conclusion, we identified various previously unknown miRNA-mRNA interactions involved in the metamorphosis of A. mellifera. The regulatory pathways proposed and validated by us, as well as their characterizations and relationships with metamorphosis regulator hormones, are unique and add to the understanding of the regulation of metamorphosis in A. mellifera. In this context, our research contributes to a better understanding of the molecular events involved in honey bee metamorphosis.