Como qualquer inseto holometábolo, a abelha Apis mellifera sofre metamorfose completa, apresentando grandes mudanças na forma e fisiologia quando passa do estágio larval para o estágio de pupa (muda metamórfica). Após esta muda, com o prosseguimento do desenvolvimento, o tegumento pupal (cutícula e a epiderme subjacente), extensivamente remodelado, é substituído pelo tegumento adulto, definitivo, que passa por intensa melanização e esclerotização. Eletroforese bidimensional e espectrometria de massas foram utilizadas neste trabalho para caracterizar as mudanças do padrão proteico no tegumento em desenvolvimento de operárias e zangões. No total foram identificadas 51 proteínas diferentes no tegumento torácico extraído de larvas, pupas e adultos (adultos-faratos). Quatorze proteínas foram identificadas como genuinamente cuticulares: Apidermina-3,1-like, Apidermina-2, Cuticular proteins analogous to peritrophins-3C e 3D, AmelCPR3, 12, 16 e 27, Glicoproteína SgAbd-2-like, e cinco outras proteínas homólogas à proteínas cuticulares de outras espécies de insetos contendo um domínio de ligação à quitina. As proteínas diferiram principalmente quantitativamente entre as fases de desenvolvimento e sexo, e poucas diferenças qualitativas foram observadas. Por exemplo, Apidermina-2 é típica de tegumentos fortemente esclerotizados e pigmentados. As diferenças quantitativas foram destacadas pela comparação da abundância de algumas proteínas e seus respectivos RNA mensageiros (utilizando RT-PCR em tempo real) entre as fases de desenvolvimento e entre os sexos. Várias proteínas cuticulares mostraram mais de uma forma molecular, aparentemente derivadas de modificações pós-traducionais. Além de conferir suporte experimental para a validação de genes de A. mellifera preditos, ou não-anotados, nossos dados forneceram novas informações sobre as proteínas que atuam no tegumento em desenvolvimento. / As a holometabolous insect, the honey bee undergoes complete metamorphosis, displaying a marked change in shape and physiology when passing from the larval to the pupal stage (metamorphic molt). As development progresses, the extensively remodeled pupal integument (cuticle and subjacent epidermis) is replaced by the adult integument, which undergoes intense sclerotization and melanization. Two-dimensional electrophoresis and mass spectrometry were here used to characterize the changing protein patterns in the developing integument of workers and drones. Overall, we identified 51 different proteins in the thoracic integument extracted from larvae, pupae and adults (pharate adults). Fourteen proteins were identified as genuine cuticular proteins: Apidermin-3,1-like protein, Apidermin-2, Cuticular Proteins Analogous to Peritrophins-3C and 3D, AmelCPR3, 12, 16 and 27, Glycoprotein SgAbd-2-like, and 5 other proteins homologous to cuticular proteins from other insect species, and containing the chitin-binding domain. Integument proteins mainly differed quantitatively among the developmental stages and sexes, although few qualitative differences have also been detected. For example, Apidermin-2 is typical of the heavily pigmented and sclerotized integument. The quantitative differences were highlighted by comparing the levels of some of these proteins and their respective mRNAs (using RT-qPCR) among the developmental phases and between sexes. It is noteworthy that several cuticle proteins showed more than one molecular form, apparently derived from post-translational modifications. In addition to give experimental support for validation of predicted, or unannotated, honey bee genes, our data provided new information on proteins acting in the metamorphosing integument.

Os cDNAs dos genes codificadores das hexamerinas HEX 70a, HEX 70c e HEX 110 de Apis mellifera foram sintetizados a partir de RNA total, clonados e suas regiões codificadoras foram totalmente seqüenciadas. As análises in silico dos produtos de tradução mostraram que as respectivas subunidades protéicas contêm os domínios conservados N, M e C, típicos de hemocianinas, e que em HEX 110, mas não nas outras subunidades, o domínio C foi interrompido pela inserção de uma seqüência repetitiva de aminoácidos. Análises de similaridade indicaram que os genes codificadores de hexamerinas derivaram de eventos de duplicação e diversificação a partir de um gene ancestral, resultando em múltiplos parálogos. Nossas análises também evidenciaram que HEX 110 é uma proteína rica em glutamina/ácido glutâmico e que HEX 70a e HEX 70c são compostas por mais de 15% de aminoácidos aromáticos e, portanto, integram a classe das arilforinas. A expressão temporal destes genes, e também do gene codificador de outra hexamerina de A. mellifera, hex 70b, previamente caracterizado, foi analisada qualitativa e quantitativamente durante o desenvolvimento de operárias, rainhas e zangões. Concomitantemente, a abundância dos respectivos polipeptídeos no corpo gorduroso ou hemolinfa foi examinada por SDS-PAGE ou Western Blot. Os quatro genes de hexamerinas se expressam no corpo gorduroso de operárias, rainhas e zangões principalmente durante o estágio larval. A modulação da expressão destes genes mostra semelhanças durante a transição larval-pupal de operárias, rainhas e zangões, com altos níveis de transcritos no último estágio larval e baixos níveis no início da fase pupal. No entanto, a quantidade relativa de transcritos de hex 70a, hex 70b e hex 110 na fase de alimentação do último estágio larval (L5F) é significantemente menor nas rainhas que nas operárias, o que sugere participação das respectivas proteínas no processo de diferenciação de castas. Durante o estágio larval, as quatro diferentes subunidades de hexamerinas são armazenadas na hemolinfa onde, aparentemente, cumprem a função de proteínas de estocagem e, portanto, constituem fonte de aminoácidos para utilização em processos inerentes ao desenvolvimento pupal. No entanto, a expressão de hex 70a se estende até ao estágio adulto de operárias, rainhas e zangões, e neste estágio, as fêmeas e os zangões exibem perfis distintos de expressão. No corpo gorduroso de operárias, mas não no de rainhas e zangões, a expressão de hex 110 também ocorre durante o estágio adulto. A expressão de hex 70a e hex 110 no corpo gorduroso mostrou-se limitada pela disponibilidade de nutrientes: operárias alimentadas com uma dieta protéica apresentaram níveis significantemente maiores de ambos transcritos que aquelas que receberam dieta desprovida de proteínas, assim evidenciando que os processos de transcrição e tradução são nutricionalmente regulados. Além disto, os níveis de transcritos de hex 70a e hex 110 aumentam no corpo gorduroso de abelhas operárias portadoras de ovários ativos, sugerindo que estes genes têm função associada à reprodução. Em A. mellifera, o corpo gorduroso não é o único sítio de expressão dos genes de hexamerinas. Transcritos de hex 70a, hex 70b e hex 110 foram detectados também nas gônadas em desenvolvimento de operárias, rainhas e zangões, sugerindo uma função na diferenciação dos ovários e maturação dos testículos. Nossos resultados indicam que as hexamerinas codificadas por estes genes têm funções alternativas no ciclo de vida de abelhas A. mellifera, além de servir como fonte de aminoácidos para a metamorfose. / The cDNAs encoding the hexamerins HEX 70a, HEX 70c and HEX 110 of Apis mellifera were synthesized from total RNA isolated, cloned and their coding region were completely sequenced. In silico analyses of the translation products showed that the respective protein subunits contain the conserved domains N, M and C, typical of hemocyanins, and that in HEX 110, but not in the other subunits, the C domain is interrupted by a repetitive amino acid sequence. Analyses of similarity suggested that in the honey bee, the four hexamerin genes derived by duplication events and diversification from an ancestral gene, resulting in multiple paralogs. Our analyses also showed that HEX 110 is rich in glutamine/glutamic acid and that HEX 70a and HEX 70c are composed by more than 15% of aromatic amino acids and, therefore, integrate the arylphorin class of hexamerins. The temporal expression of these genes, and also of the gene encoding a previously characterized hexamerin of A. mellifera, hex 70b, was analyzed qualitatively and quantitatively during the development of worker bees, queens and drones. Concomitantly, the abundance of the respective polypeptides in the fat body or hemolymph was examined by SDS-PAGE or Western Blot. The four hexamerin genes are expressed in the fat body mainly during larval stage. The modulation of the expression of these genes shows similarities during the larval-pupal transition of worker bees, queens and drones, with high levels of transcripts in the last larval instar and low levels in newly ecdysed pupae. However, the relative quantity of transcripts of hex 70a, hex 70b and hex 110 in the feeding phase of the last larval instar (L5F) is significantly lower in queens than in worker bees, suggesting the participation of the respective proteins in the process of caste differentiation. During the larval stage, the four different hexamerin subunits are stored in the hemolymph where, seemingly, they perform the function of storage proteins and hence, constitute source of amino acids for pupal development. Nevertheless, the expression of hex 70a is extended until the adult stage of worker bees, queens and drones and, in this stage, the female bees and the drones show distinct expression profiles. In the fat body of worker bees, but not in queens and drones, the expression of hex 110 also occurs during the adult stage. The expression of hex 70a and hex 110 in the adult fat body was proven to be limited by the availability of nutrients: worker bees fed with a protein diet showed significantly higher levels of both transcripts than the ones that received a diet which was poor in protein, thus evidencing that the transcription and translation processes are nutritionally-regulated. Additionally, the transcripts level of hex 70a and of hex 110 increase in the fat body of worker bees with active ovaries, suggesting that these genes have function associated with reproduction. In A. mellifera, the fat body is not the only site of expression of hexamerins genes. Transcripts of hex 70a, hex 70b and hex 110 were detected also in developing gonads of worker bees, queens and drones, suggesting that they have a function in ovary differentiation and testis maturation. Our results indicated that the hexamerins encoded by these genes have alternate functions in the life cycle of A. mellifera honey bees, besides serving as a source of amino acids to metamorphosis.

Os hidrocarbonetos cuticulares têm importante papel no processo de reconhecimento dos membros da colônia de insetos sociais. Muitos estudos têm mostrado variações qualitativas e quantitativas nestes compostos entre os insetos adultos. Contudo, abordagens referentes à modulação do perfil destes compostos durante a formação da cutícula são escassas, e se restringem aos estágios larval de holometábolos e de ninfas de hemimetábolos. O principal objetivo dessa pesquisa foi caracterizar o perfil de hidrocarbonetos cuticulares e a expressão de genes potencialmente relacionados à sua biossíntese durante o processo de formação e maturação da cutícula adulta. Os perfis de hidrocarbonetos foram caracterizados por meio de GC/MS e mostraram diferenças quantitativas marcantes que significativamente discriminaram as cutículas pupal, adulta-farata e adulta. Em paralelo, sequências de enzimas que catalisam a desaturação (desaturases) ou elongação (elongases) de lipídeos, disponíveis no banco de dados do NCBI, foram utilizadas para o desenho de primers e estudo da expressão gênica por meio de RT-qPCR. Cinco genes de desaturases, e oito genes de elongases mostraram variação de expressão estatisticamente significante no tegumento de abelhas adultas em comparação com pupas e adultas-faratas. Testes de correlação entre os perfis de expressão gênica e de hidrocarbonetos cuticulares evidenciaram os genes potencialmente envolvidos com a biossíntese destes compostos para a formação e maturação da cutícula. Estes resultados corroboram a hipótese de que nos insetos sociais, a cutícula só amadurece completamente por ocasião do início da atividade de forrageamento. Associando estes dados a análises de evolução molecular das desaturases e elongases, pudemos sugerir as etapas da via de síntese de hidrocarbonetos catalisadas por estas enzimas, e assim eleger genes candidatos a futuro silenciamento mediado por RNA de interferência para pesquisa de função. / Cuticular hydrocarbons are important for recognition of nestmates in social insect colonies. Many studies have shown qualitative and quantitative variations in the cuticular hydrocarbons between adult insects. However, approaches on developmental profiles of these compounds during cuticle formation and differentiation are scarce, and restricted to larval stages of holometabolous and nymphs of hemimetabolous. The main objective of this work was to characterize the cuticular hydrocarbons profiles and the expression of genes potentially involved in the biosynthesis of these compounds during the synthesis and differentiation of the adult cuticle in the honeybee. The hydrocarbons profiles were characterized using GC/MS and showed remarkable quantitative differences, thus discriminating the pupal, pharate-adult and adult cuticles from each other. In parallel, we used annotated sequences of enzymes catalyzing lipid desaturation (desaturases) or elongation (elongases), available in NCBI data bank, for primers design and gene expression analysis using RT-qPCR. Five desaturase genes and eight elongase genes showed statistically significant expression changes in the integument of adult bees in comparison to pupae and pharate-adults. Correlation tests supported roles of some of the desaturase and elongase genes in hydrocarbons biosynthesis for incorporation into adult cuticle. In addition, these results go along with the hypothesis that in social insects the cuticle is just completed when the insect starts forager activity. Taken together, these data and an analysis on the molecular evolution of desaturases and elongases allowed suggesting the steps in the pathway of cuticular hydrocarbons biosynthesis that are catalyzed by these enzymes, and also allowed to elect candidate genes for further functional studies using gene silencing mediated by RNAi.

Madagascar figure parmi les cinq premiers pays « hot spots » prioritaires pour la conservation de la biodiversité mondiale, Apis mellifera unicolor est son abeille endémique. Depuis 2010, V. destructor a été introduit à Madagascar. Les objectifs de cette thèse étaient : d'étudier la diversité et la structure génétique de l'abeille A. m. unicolor et de l'acarien V. destructor, d'évaluer l'impact de V. destructor sur les colonies, d'étudier le comportement hygiénique des colonies. Nos résultats confirment que l'ensemble des échantillons collectés font partie de la lignée africaine, plus de 99% ont été identifiés comme A. m. unicolor. Malgré sa faible diversité nucléaire, les populations présentent une structuration génétique organisée en deux sous clusters correspondant à des régions géographiques. Un seul haplotype de V. destructor a été détecté, l'haplotype coréen (K1-1). Les études génétiques ont montré une proportion élevée de génotype homozygote (69.5%) et un nombre élevé de MLG sur les Hauts Plateaux par rapport à la côte Est. La présence de MLG particulier sur les Hauts Plateaux conforte l'hypothèse de son introduction dans la capitale. La propagation de V. destructor à Madagascar est relativement lente, sa dispersion reste encore confinée à certaines régions des Hauts Plateaux et de la côte Est. L'impact de parasite est sévère, en un an, la perte des colonies infestées est estimée à 60 %. En se basant sur le pourcentage des cellules nettoyées après 6 h de test à l'aiguille, l'efficacité des colonies à détecter et à désoperculer les cellules est comparable à celles des abeilles hygiéniques africanisées et semble beaucoup plus élevée que celle des abeilles européennes. La présence de colonies hautement hygiéniques au sein des populations offre une opportunité pour un futur programme de sélection de souches tolérantes. / Madagascar is among the top five priorities "hotspots" for global biodiversity conservation. Apis mellifera unicolor was an endemic honey bee. In 2010, Varroa destructor has been reported parasitizing A. m. unicolor. Objectives of this thesis were i) to study the genetic diversity and structure of both A. m. unicolor and V. destructor, ii) to estimate the impact of V. destructor on colonies, and iii) to investigate the hygienic behaviour of colonies. Our results confirm that all honey bees collected belonged to the African lineage and more than 99% were identified as A. m. unicolor. Despite its low nuclear genetic diversity, two genetic clusters have been detected, corresponding to geographic regions. Only one haplotype of V. destructor was detected, the Korean haplotype (K1-1). Genetic studies showed a higher proportion of homozygous genotype (69.5%) and a high number of MLG (Multi- Locus Genotypes) in the High Lands compared to the East coast. The presence of particular MLG on the High Land reinforces the assumption of its introduction into the capital. The spread of V. destructor in Madagascar is relatively slow, its presence remains confined to the High Land and the East coast. The impact of the parasite on A. m. unicolor was severe; with about 60% of colony losses in a year reported. Based on the percentage of cleaned cells observed 6 hour after pin killing broods, the efficiency colonies to detect and uncap cells was comparable to those of Africanised hygienic honey bees and was much higher than those of European honey bees. The detection of highly hygienic colonies is a great opportunity to develop a programme of selection of tolerant honey bee strains.

Os processos que regem o desenvolvimento dos olhos compostos em insetos têm sido amplamente estudados em Drosophila melanogaster onde estes se originam a partir de discos imaginais. Pouco se sabe, porém, sobre o desenvolvimento do lóbulo óptico e da retina em outros insetos que, na sua grande maioria, não possuem discos imaginais de olhos separados do sistema nervoso central. Neste sentido, a análise comparada do desenvolvimento dos olhos de Apis mellifera pode contribuir não somente para aspectos evo-devo entre as grandes famílias dos insetos holometábolos, quanto pode elucidar questões de plasticidade de desenvolvimento pois os olhos compostos apresentam fortes características sexo e casta-específicas. Com o objetivo primário de elucidar os padrões de divisão e diferenciação celular durante o desenvolvimento do olho em A. mellifera realizamos análises histológicas e de imunomarcação durante o desenvolvimento pós-embrionário, juntamente com análise de expressão do gene roughest em tempo real. Para imunomarcação utilizamos o anticorpo anti-fosfo-histona H3 fosforilada que marca células em fase M do ciclo celular. Foram analisadas larvas operárias entre o terceiro instar larval (L3) até pupas de olho branco, rosa e marrom, com foco sobre o quinto instar larval que fica subdividida em fase de alimentação e crescimento (L5F), fases de tecelagem de casulo (L5S) e prepupa (PP). O desenvolvimento do lóbulo óptico em Apis mellifera ocorre por dobramento neuroepitelial, a partir de um centro de diferenciação, seqüencialmente gerando as camadas neurais do lóbulo óptico (lóbula, medula e lâmina). A lâmina (última a surgir) 6 apresentou-se com desenvolvimento mais lento e em duas fases antes da metamorfose: a primeira fase é o seu surgimento no começo do quinto instar larval acompanhando o primeiro pico de expressão de roughest e a segunda fase ocorre durante a tecelagem de casulo com o desenvolvimento do córtex acompanhando o segundo pico de expressão de roughest. Ainda durante o segundo pico de expressão de roughest os rabdômeros da retina começam a ficar visíveis, assim como os feixes axonais. Estes porém estarão completamente formados somente após a metamorfose.. O desenvolvimento completo da lâmina, lóbula e medula e da retina ocorre somente após a metamorfose. Durante a fase pupal as estruturas do lóbulo óptico estão prontas, porém na retina observa-se ainda gradual pigmentação, encurtamento dos feixes axonais e alongamento dos rabdômeros até atingirem o seu comprimento final logo antes da emergência. / The processes that drive compound eye development in insects have been broadly studied in Drosophila melanogaster in which they arise from imaginal discs. Little is known about optic lobe and retina development in other insects, most of which do not have imaginal eye discs attached to the nervous system. For this reason, a comparative analysis of eye development in the honey bee, Apis mellifera, not only contributes to evo-devo aspects comparing the major families of holometabolous insects, but also may elucidate questions about developmental plasticity because the compound eyes of the honeybee show strong sex and caste-specific differences. Since our primary objective was to elucidate the pattern of cellular differentiation and division during eye development we performed histological and immunolabelling analyses during the postembrionic stages of development, concomitant with a realtime analysis of roughest gene expression. For the immunolabelling experiments we used an anti-phospho-histone H3 antibody that labels cells in M phase. We analyzed eye development in worker larvae starting with the third instar until white, pink and browneyed pupae, paying special attention to the fifth instar which was subdivided into feeding phase (L5F), cocoon spinning phase (L5S) and prepupae (PP). Optic Lobe development in Apis mellifera occurs by neuroepithelial folding initiating from a differentiation center, in the larval brain. This center sequentially produces the neural layers of the optic lobe (medulla, lobula and lamina). Development of the lamina, which is the last layer to be formed, takes more time and happens in two steps before metamorphosis. The first step is emergence at the beginning of the fifth larval instar coinciding with the first peak of roughest gene expression. The second step 8 occurs during the cocoon spinning phase and is marked by its inner differentiation, again accompanied by a second peak of roughest expression. During this second peak of roughest expression the rabdomers in the retina become visible. These, however, cplete thir development only during the pupal stage. The development of the lamina, lobula and medulla is not complete until after metamorphosis, even though these optic lobe structures are structurally defined already at the beginning of the pupal phase. Retinal development in this phase is marked by gradual pigmentation, axonal bundle shortening and rabdomer elongation, which reach their final size just prior to emergence of the bees from their brood cells.

Abelhas adultas produzem vitelogenina, a principal proteína da hemolinfa. Ela está envolvida na reprodução, comportamento, imunidade, longevidade e regulação da organização social. A interferência por RNA interference é a mais promissora ferramenta para estudos de função gênica, baseada na introdução de duplex de RNA (dsRNA) que induz a degradação de transcritos alvo-específicos. Injeção de dsRNA altera a transcrição de vitelogenina, mas evidências apontam que a ativação do sistema imune em abelhas seja um efeito colateral destaa manipulação. Desenvolvemos um método para o silenciamento do gene codificador de vitelogenina no desenvolvimento pós-embrionário, que minimiza os efeitos da manipulação, onde 0,5 ?g de dsRNA de vitelogenina (dsVg) ou de GFP (controle exógeno, dsGFP) foi oferecido na dieta natural de larvas de segundo estágio, as quais foram mantidas na colônia. Nosso enfoque principal foi a compreensão dos efeitos do silenciamento pós-transcricional de rainhas e operárias de A. mellifera, em especial na fase larval. Operárias adultas reconhecem larvas tratadas e as remove. Mantemos certa distância entre as células de cria que recebiam o tratamento e a remoção de larvas tratadas diminuiu consideravelmente. A expressão de transcritos de vitelogenina em indivíduos sem tratamento e tratados foi analisada no quinto estágio larval de ambas as castas, bem como em operárias adultas de 7 dias e rainhas recémnascidas, utilizando-se PCR em tempo real e a expressão do gene codificador de actina como controle endógeno. Em adultos, controles sem tratamento e dsGFP expressaram quantidades similares de transcritos de vitelogenina. Os grupos alimentados com dsVg tiveram expressão reduzida de vitelogenina, a saber: quinto estágio larval de operárias (91%) e de rainhas (71%), operárias de 7 dias (88%) e rainhas recém-nascidas (70%). O silenciamento da vitelogenina não afetou a morfologia dos adultos, mas sim a fisiologia de larvas de ambas as castas, como nos títulos de hormônio juvenil e concentração de proteínas circulantes na hemolinfa. Concluímos que a ingestão de dsRNA é um método não-invasivo que induz silenciamento gênico e, assim, uma ferramenta eficiente para estudos funcionais pós-genoma. Os mecanismos regulatórios do gene codificador de vitelogenina e seu papel na diferenciação de castas estão em discussão. / Adult bees produce vitellogenin (Vg), the main protein in hemolymph; it is involved in honey bee (Apis mellifera) reproduction, behavior, immunity, longevity and regulation of social organization. Genetic interference mediated by injection of double-stranded RNA (dsRNA) is a powerful tool for the analysis of gene function in Apis mellifera. Injection of dsRNA effectively alters vitellogenin transcription; however, evidence has been found of immune system activation in treated bees, which could be a collateral effect of treatment. Consequently, we developed a non-invasive protocol for disruption of the A. mellifera genes exemplified by vitellogenin mRNA silencing, to understand it, mainly, in the female larval context. Second instar larvae were treated as follows: the treatment group received 0,5 ?g of double-stranded vitellogenin RNA (dsVg) mixed with larval food deposited in the worker brood cells; control group 1 was left to develop without treatment, while control group 2 received dsGFP (Green Fluorescent Protein), as an exogenous control. Treated and control larvae were maintained in the colony until adult emergence. Workers recognized dsRNAtreated larvae and frequently removed them. To circumvent this problem we increased the distance between the treatment groups. Vg gene expression were determined for fifth instar larvae of both castes and for 7 day-old workers and newly-emerged queens, evaluated by quantitative real time PCR, using actin as an endogenous control. For adults, we found that controls, dsGFP- and non-treated bees expressed similar amounts of Vg transcripts. The dsVg-fed groups had significantly reduced Vg gene expression in fifth instar larvae of workers (91%) and queens (71%) and, also, in 7 day-old workers (88%) and newly-emerged queens (70%). Disruption of the Vg gene did not affect adults morphology but physiological larval traits of both castes, as juvenile hormone titre and protein concentration. We conclude that dsRNA ingestion is an effective non-invasive method for inducing knockdown and an efficient approach for post-genome functional studies. The regulatory mechanisms of vitellogenin gene and its rules during caste differentiation are discussed.

O exoesqueleto (ou cutícula) é um dos responsáveis pelo sucesso evolutivo dos insetos, não só pela proteção e suporte que lhes confere, mas também pela interface que representa entre o animal e o meio ambiente. A construção do exoesqueleto do inseto adulto envolve um processo de diferenciação denominado tanning, caracterizado pela melanização e pela esclerotização. Às enzimas lacases classicamente tem sido atribuído um papel fundamental no tanning cuticular, em particular na esclerotização. O presente trabalho consiste no estudo da função e regulação do gene Amlac 2 codificador da Lacase 2 de Apis mellifera, no âmbito da relação entre a expressão deste gene e a morfogênese do tegumento (cutícula e epiderme) do adulto. Através de RT-PCR semi-quantitativa, a abundância de transcritos foi contrastada entre diferentes estágios da ontogênese e entre distintas regiões do corpo (tórax, asas e abdome). A transcrição se acentua logo após a apólise pupal-imaginal, e se mantém alta durante todo o desenvolvimento do adulto farato. Embora haja um padrão de expressão comum entre as três regiões do corpo estudadas, nota-se um relativo atraso do início da transcrição desse gene no tegumento abdominal. Este resultado é consistente com o menor grau de esclerotização da cutícula do abdome em comparação com a do tórax e das asas. Uma análise comparativa entre abelhas operárias, zangões e rainhas revelou ainda padrões casta e sexo-específicos de diferenciação do tegumento adulto. Experimentos de silenciamento gênico pós-transcricional resultaram no comprometimento da melanização e da esclerotização cuticulares e não conclusão do ciclo de muda, efeitos que influenciaram drasticamente a viabilidade dos adultos. Análises histológicas do tegumento de abelhas submetidas ao silenciamento de Amlac 2 revelaram ainda má formação da cutícula, com alterações principalmente em sua espessura e arquitetura. Tais resultados evidenciam uma importante contribuição da enzima Lacase 2 na diferenciação do exoesqueleto adulto de Apis mellifera, fenômeno esse fundamental na ontogênese plena da abelha. Experimentos de ligadura abdominal em pupas iniciais, procedimento que impede o fluxo de hormônios ecdisteróides provenientes das glândulas protorácicas para o abdome, resultaram em inibição do aumento do título de ecdisteróides, repressão temporária da transcrição do gene Amlac 2 e bloqueio do processo de diferenciação cuticular. Tais efeitos sugerem fortemente que esses hormônios controlam a expressão do gene Amlac 2, por sua vez envolvido no processo de maturação da cutícula. Ainda, a detecção inesperada de quantidades crescentes de ecdisteróides no abdome de pupas, após o terceiro dia de ligadura, nos levou a propor um novo modelo endócrino para o desenvolvimento do adulto de Apis mellifera. / The evolutionary success of the insects is to a large extent due to the structural and mechanical properties of the integument, which is made up of an outer cuticle layer and the subjacent epidermis. As an effective interface between the insect soft body and the environment, the integument performs all the functions of a skin and of an exoskeleton. It not only supports the insect, but gives it its shape, means of locomotion, and provides protection against desiccation, besides being involved in defense strategies towards predators and pathogenic agents. Building and maturation of the adult exoskeleton include complex biochemical pathways where the enzymes Laccases (E.C. 1.10.3.2) may have a key role. Laccases have been characterized mainly in fungi and bacteria. In insects, the function of these enzymes has been linked to cuticle tanning (pigmentation and sclerotization) and stabilization of the protein-based exoskeleton. It was our aim to identify and investigate the function and regulation of the gene, Amlac 2, which encodes the enzyme Laccase 2 in the honeybee, Apis mellifera. Semi-quantitative RT-PCR analyses evidenced that Amlac 2 is highly expressed in the integument of pharate adults in correlation with cuticle pigmentation and sclerotization. Transcription increases in thoracic, abdominal and wing integuments immediately after pupal-imaginal apolysis, and remains abundant all through pharate adult development. Consistent with the different degree of sclerotization in cuticle areas recovering distinct body parts, the increase in the levels of Amlac2 transcripts occurs later in abdominal than in thoracic and wing integuments. A comparative approach using honeybee workers, queens and drones also revealed caste and sex-specific patterns of adult integument differentiation. Post-transcriptional Amlac2 gene silencing resulted in abnormalities in cuticle structure, melanization and sclerotization, as revealed by histological analyses, and drastically affected the adult molt. Such results clearly indicate a critical role of Laccase 2 in the differentiation of the adult exoskeleton in the honeybee. Experiments using a ligature to prevent the increase in ecdysteroid titer in abdomen resulted in inhibition of Amlac 2 transcription and severely impaired cuticular differentiation. These results strongly indicate that Amlac 2 expression is controlled by ecdysteroids, and has a crucial role in the differentiation and maturation of the adult cuticle. Moreover, a radioimmunoassay using hemolymph from ligated abdomens suggested the existence of an alternative source of ecdysteroids, in addition to prothoracic glands, thus leading us to propose a new endocrine model for differentiation of the adult honeybee.

Os hormônios juvenis (HJ) são uma classe de sesquiterpenóides que executam um papel crucial no desenvolvimento dos insetos. O HJ modula a ação de ecdisona, prevenindo a metamorfose nos estágios larvais. Os títulos deste honnônio são determinados pela sua síntese nos Corpora Allata e pela atividade hidrolítica de uma esterase específica (EHJ -Esterase do Hormônio Juvenil), um membro da família das carboxiesterases (3.1.1.1), que transforma o HJ em um metabólito considerado inativo (HJ-ácido). O HJ está intimamente envolvido no desenvolvimento e diferenciação de castas em A. mellifera; os títulos de hormônio diferem consideravelmente durante o desenvolvimento das castas. A metodologia ORESTES (Open-Reading-Frame-Expressed-Sequence- Tags) foi usada para a obtenção da seqüência do gene da EHJ. Vinte e seis clones que mostraram homologia com a seqüência da EHJ de outros insetos foram usados para a construção de primers para a análise da expressão do gene em experimentos de RT-PCR. O fragmento obtido pela amplificação utilizando estes primers mostrou alta identidade com as EHJ de Drosophila melanogaster e Tenebrio molitor em nível de aminoácidos. A primeira fita de cDNA foi sintetizada usando RNA total e usada como molde para PCR. A normalização foi feita utilizando-se a expressão do gene da actina de A. mellifera. O gene da EHJ é mais expresso em corpo gorduroso e epitélío do intestino. O pico de expressão do gene em operárias foi observado nos estágios que antecedem a metamorfose (L5F e L5S), após este período ocorre diminuição de expressão do gene em pré-pupas e pupas jovens e um aumento de expressão no final do período pupal e adultos de até 15 dias. A atividade do gene da EHJ está relacionada aos títulos de HJ durante o desenvolvimento, o que sugere a importância da EHJ para que a metamorfose ocorra normalmente. Os níveis de mRNA da EHJ foram quantificados nas castas e sexos. Operárias mostraram a maior expressão do gene durante os estágios de L3, L4, L5F1 e L5S1. Em rainhas, a expressão aumenta em pré-pupa, ao contrário do que ocorre em operárias. Os menores níveis de expressão ocorrem em zangões. A expressão do gene da EHJ é menor quando o HJ é essencial para o desenvolvimento das características de rainhas, o que ocorre nos estágios larvais mais jovens, podendo ser estabelecida relação direta entre o HJ e os níveis de mRNA da EHJ durante o desenvolvimento e manutenção de características de cada casta. O gene mostrou menor expressão em ovários de rainhas nos estágios larvais, isto pode ter importância na manutenção dos níveis de HJ para que este órgão seja protegido de degeneração, garantindo seu desenvolvimento normal. Já que os níveis de HJ são diferentes nas castas e sexos, a atividade diferencial do gene da EHJ aparentemente é um elemento chave na manutenção dos tipos morfológicos nesta complexa sociedade. O gene foi iníbido pela aplicação de 20E em pupas, assim, sugerimos que o gene é induzido pela presença de HJ, como ocorre nas fases larvais jovens e após a emergência, e inibido na presença de ecdisteróides, já que os resultados obtidos neste trabalho mostram que o gene da EHJ está reprimido quando os títulos de ecdisteróides estão elevados nas fases pupais. / The juvenile hormones (JH) are a class of sesquiterpenoids that play a crucial role in insect development. JH modulate the activity of ecdysone, preparing for metamorphosis at the end of the larval phase. The titers of this hormone are mainly determined by synthesis in the corpora allata and by the hydrolytic activity of a specific esterase (JHE - Juvenile Hormone Esterase), a carboxylesterase family member (3.1.1.1), which transforms JH into a metabolite considered inactive (JHacid). JH is intimately involved in Apis mellifera development and caste differentiation; the hormone titers differ considerably in developing queens and workers. The ORESTES (Open-Reading-Frame-Expressed-Sequence-Tags) methodology was used to obtain the JHE gene sequence. Twenty six clone sequences that showed homology with JHEs of other insects were used to construct specific primers to perform RT-PCR, in order to analyze JHE gene expression. The fragment amplified using these primers showed high identity with the JHE of Drosophila melanogaster and Tenebrio molitor at amino acid level. First strand cDNA was synthesized using total RNA and used as template for PCR. A. mellifera actin gene expression levels were used for normalization. The JHE gene is highly expressed in fat body and gut epithelium. The highest peak of JHE gene expression in workers was observed in the stages before metamorphosis, i.e. L5F and L5S, after which there is a decrease in the gene expression of pre-pupae and young pupae, with a increase at the end of pupal stages, and in the adult stages (until 15 days). The JHE gene activity is extremely related with the JH titers during the development, what suggests the importance of JHE enzyme activity to the normal metamorphosis. We quantified JHE mRNA levels in the castes and sexes of A. mellifera. Workers have the highest JHE gene expression levels during L3, L4, L5F1 and L5S1. In queens, there is an increase of JHE gene expression in pre-pupae, otherwise in works this stage shows a decrease in JHE expression. The lowest expression levels occur in drones. JHE expression is lower when JH is essential for the development of queen characteristics, what occurs during the early phases. Therefore it is possible to establish a direct relationship between JH and JHE mRNA levels during development and maintenance of the characteristics in each caste. The gene shows low expression levels in queens ovaries during larval stages where it may be important to the maintenance of JH levels, in order to protect this organ from degeneration, and to warrant a normal development. Since the levels of JH are different in the castes and sexes, the differential activity of the JHE gene apparently plays a key role in the maintenance of the morphotypes of this complex insect society. The gene was inhibited by 20E application in pupae, so we can suggest that the gene is induced by JH presence like we detected during larval stages and after emergence, and inhibited by ecdysteroids, since the data obtained in this work suggest that the JHE gene is repressed when the ecdysteroids titers are elevated.

A diferenciação morfofisiológica entre rainhas e operárias de Apis mellifera decorre da alimentação recebida durante o desenvolvimento larval, que estimula o aumento da produção de Hormônio Juvenil naslarvas que originarão rainhas. Dentre as diversas diferenças morfológicas entre operárias e rainhas encontramse estruturas especializadas para a coleta de pólen e própolis, localizadas na região da tíbia e do basitarso das pernas posteriores de operárias. A diferenciação das pernas tem início entre o quarto e o quinto estágio do desenvolvimento larval. Utilizandose Microscopia Eletrônica de Varredura o presente trabalho relata a presença das cerdas formando as estruturas castaespecíficas na fase de pupa de olho marrom. A partir de estudos de hibridação de microarrays de cDNA com amostras de RNA de A. mellifera de diversas fases do desenvolvimento larval, foram encontrados 91 genes com ortólogos conhecidos em Drosophila, diferencialmente expressos entre rainhas e operárias no período crítico da diferenciação de castas. Destes, cinco estão relacionados com o desenvolvimento de apêndices: ataxin2 (atx2), cryptocephal (crc), dachshund (dac), grunge (gug) e Retinoic and fat acid Binding Protein (RfaBP). O perfil destes genes, e ainda, ultrabithorax (ubx), distalless(dll) e abdominalA (abdA) (estes porsuassuasfunções durante a diferenciação das pernas de insetos) foram analisados por RTPCR em Tempo Real em pernas posteriores de operárias e rainhas desde o quarto estágio larval até o estágio de pupa de olho branco. Apenas ubx e abdA foram encontrados mais expressos em operárias ao final do desenvolvimento larval e início do desenvolvimento pupal. Estudossimilares dos genes abdA, dac, dll e ubx nossegmentos das pernas de pupas de olho branco indicam a tíbia como domínio de expressão de dac. Imunolocalizações utilizando um anticorpo contra um epitopo conservado entre Ubx e AbdA, FP6.87, em pernas posteriores de prépupas de operárias e rainhasrevelam a presença destas proteínas na tíbia apenas de operárias e diferencialmente localizadas no basitarso de operárias e rainhas. Os dados acima apresentados apontam Ubx, um gene Hox, como pontochave na regulação da formação das estruturas castaespecíficas. / Diphenism in the honey bee, Apis mellifera,resultsfromdifferential feeding of female larvae. Among the morphological differences, the hind legs of workers have structures that is used for carrying pollen and propolis, e.g. the corbicula, while the queens hind legslack thisstructures. The corbicula is an expanded region of the tibia deprived of bristles, which has a single bristle in the middle that seems to have a sensorial function. Using scanning electronic microscopy, we found that the leg structures and bristles of the corbicula are already formed in browneyed pupa. Microarray analysis has demonstrated that five of 240 differentiallyexpressed genesin developing castes are potentially related to the caste differences in leg development (ataxin2, cryptocephal, dachshund, grunge and Retinoic and fat acid Binding Protein). Using qPCR, we analyzed the expression of abdominalA, ataxin2, cryptocephal, grunge, Retinoic and fat acid Binding Protein and ultrabithorax genes during hind leg development. cryptocephal, ataxin2, grunge and Retinoic and fat acid Binding Protein genes, which are involved in imaginal disc elongation and bristle formation and are inhibited by juvenile hormone, were not found to be differentially expressed. However, ultrabithorax and abdominalA are over expressed in workersin the early pupalstage. By using immunohistochemistry, Ubx was localized in the tibia and basitarsus of prepupae of workers and in the basitarsus of pre pupae of queens. The pattern of Ubx expression suggests that this Hox gene is a key player in leg structuresformation and caste differentiation in A.mellifera.

A própolis é um material resinoso produzido pelas abelhas e utilizado na colmeia para o fechamento de fissuras e esterilização dos ambientes internos da colmeia, a qual em média possui cerca de 30% de ceras, 55% de resinas e bálsamos, 10% de óleos voláteis e 5% de pólen. Dentre os constituintes de maior importância encontram-se os compostos fenólicos, em especial os flavonoides, ácidos fenólicos e ésteres, que possuem propriedades biológicas, dentre elas a atividade antioxidante. A variabilidade de compostos com atividade antioxidante, bem como a presença ou ausência dos mesmos é definida pela sua origem geográfica e biodiversidade presente nos arredores da colmeia, sendo que variações sazonais interferem igualmente na proporção de seus constituintes. A própolis utilizada neste estudo foi proveniente do sistema de produção orgânica certificada, as quais faziam parte matas nativas, de preservação permanente, reserva legal ou matas de reflorestamento. Portanto, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da sazonalidade e a atividade antioxidante por meio de ensaios de sequestro de radicais livres (ABTS+) e capacidade de absorção de radicais de oxigênio (ORAC) nos anos de 2012 e 2013. Além disso, também foi realizado um estudo de avaliação do teor de cera bruta por vários métodos de extração por soxhlet. Quanto à sazonalidade, foi possível a verificação de diferença entre os anos, sendo que o ano de 2012 foi o que apresentou os maiores resultados para o teor de compostos fenólicos totais (39,57mg/g EAG), ABTS+ (0,781 ?mol Trolox/mg) e ORAC (1,851 ?mol Trolox/mg). Também foi o ano que apresentou as maiores variações entre as estações, onde se destaca o verão, com resultados médios de 46,26 mg/g EAG para teor de compostos fenólicos totais e 0,950 ?mol Trolox/mg para atividade antioxidante pelo método ABTS+. No ano de 2013 houve diferença entre as estações apenas para ORAC, sendo o outono o período de maior média (1,269 ?mol Trolox/mg). As nove metodologias utilizadas para avaliar a porcentagem de cera apresentaram grande variação para a mesma amostra. Quando analisadas pela técnica de CCD-FR, foi possível verificar a presença de sete perfis distintos da própolis. Em relação à composição volátil, o alfa-pineno foi o composto predominante. A análise da composição não volátil por CG-MS mostrou a presença de metil commate B, C e D no sétimo perfil, os quais são conhecidos por, serem antioxidantes, corroborando assim com a boa atividade encontrada para esse perfil. / Propolis is a resinous material produced by bees and used in the hive for closing cracks and sterilizing indoor beehive. Propolis has about 30% wax, 55% resins and balsams, 10% volatile oils and 5% pollen. The phenolic compounds are the most important constituents, namely flavonoids, phenolic acids and esters, which have biological properties, such as antioxidant activity. The variability of compounds with antioxidant activity and their presence or absence are defined by the geographical origin and biodiversity around the hive. Seasonal variations also influence the contents of propolis constituents. In this study, we used propolis from a certified organic production system, which included native forests, permanent preservation areas, legal reserve forests or reforestation areas. This study investigated the effect of seasonality and antioxidant activity by testing the capture of free radicals (ABTS+) and oxygen radicals absorption capacity (ORAC) in the years 2012 and 2013. In addition, we evaluated wax contents using various methods by soxhlet extraction. We observed differences of seasonality between the two years, the year 2012 showed the greatest total contents of phenolic compounds (39.57 mg/g EAG), ABTS+ (0.781 ?mol Trolox/mg) and ORAC (1.851 ?mol Trolox/mg). In the same year also showed the greatest variations among the seasons, especially the summer, with average scores of 46.26 mg/g EAG for total phenolic compounds and 0.950 ?mol Trolox/mg for antioxidant activity in the ABTS+ method. In 2013 there was a difference between seasons just in ORAC. The fall showed the highest average (1.269 ?mol Trolox/mg). The nine methodologies used to evaluate the percentage of wax varied greatly for the same sample. The TLC-RF showed the presence of seven distinct profiles of propolis. Alpha-pinene was the predominant compound of the volatile content. The analysis of the nonvolatile composition by GC-MS showed the presence of methyl commate B, C and D in the 7th profile, which are antioxidants, thus, confirming the good activity found for this profile.