Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O tipo de vegetação, a estação do ano e o estado físico da própolis podem interferir em sua composição, qualidade e quantidade produzida. Este trabalho teve por objetivo estudar a própolis produzida em Roraima por Apis mellifera em áreas de floresta e savana e em períodos de chuva e seca, com base na composição química e atividade antioxidante. As soluções de extratos etanólicos foram preparadas por meio de maceração e adição de solvente, apresentando variação de coloração. Por métodos espectrofotométricos foram quantificados fenólicos e flavonoides. A determinação do potencial antioxidante foi avaliado utilizando o método de sequestro do radical 2,2-difenil-1-picril-hidrazila e a oxidação do sistema β-caroteno/ácido linoleico. A produção de própolis das amostras coletadas em áreas de floresta foi maior no período chuvoso, e no período seco se destacaram as coletadas em áreas de savana. O teor de fenólicos mais elevado foi observado no período seco em ambas as fitofisionomias. Flavonas e flavonóis nas duas áreas estudadas apresentaram os maiores teores durante o período seco. As quantidades mais elevadas de flavanonas e diidroflavonois foram detectadas nas amostras das áreas de floresta e savana durante a estação seca. Os teores de antocianinas foram muito superiores às demais classes de flavonoides, e os melhores resultados para os locais de floresta foram obtidos durante o período seco, e nos de savana no chuvoso. Esta classe se destacou devido aos elevados teores apresentados e também por resultados para quantificação de antocianinas em própolis não serem apresentados na literatura. A atividade antioxidante determinada pela oxidação do sistema β-caroteno/ácido linoleico foi maior no período chuvoso nas áreas de floresta e no período seco nas áreas de savana. Por outro lado, a análise da capacidade atividade pelo método DPPH foi maior no período seco nas duas fitofisionomias estudadas. Esta atividade por ambos os métodos foi significativa, apresentando valores muito elevados quando comparados a dados da literatura. Quando utilizada a correlação de Pearson entre os compostos fenólicos e flavonoides totais com a capacidade antioxidante observou-se correlações variando de moderada à fortemente positiva (r2= 0,5 a 1,0). / The type of vegetation, the season and the physical state of propolis can interfere in its composition, quality and quantity produced. This study aimed to study the propolis produced in Roraima by Apis mellifera in areas of forest and savannah and rain and dry periods, based on the chemical composition and antioxidant activity. The ethanol extract solutions were prepared by maceration and solvent addition, with varying color. By spectrophotometric methods were quantified phenolics and flavonoids. Determination of antioxidant activity was evaluated using the method of 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl radical sequestration and oxidation of β-carotene/linoleic acid system. The production of propolis samples collected in forest areas was higher in the rainy season and the dry season were the most collected in savanna areas. The higher phenolic content was observed in both the dry period phytophysiognomies. Flavones and flavonols in the two areas studied showed the highest levels during the dry season. The higher amounts of flavanones and diidroflavonois were detected in samples from areas of forest and savannah during the dry season. The anthocyanin content were higher than the other flavonoids classes, and better results for forest were obtained during the dry season, and in the savannah during the rainy. This class stood out due to high levels presented and also results for the quantification of anthocyanins in propolis not be common in the literature. The antioxidant activity determined by the oxidation of β-carotene / linoleic acid system was observed during the rainy season in forest areas, and in the savannah the highlight was the propolis collected during drought. On the other hand, the capacity analysis activity by DPPH was higher in the dry season, the two studied vegetation types. This activity by both methods was significant, with very high values when compared to literature data. Pearson correlation of phenolic compounds and flavonoids with antioxidant capacity was observed ranging from moderate to strongly positive (r2 = 0.5 to 1.0).

O Hormônio Juvenil (HJ) é um sesquiterpenóide que participa de diversas funções do ciclo de vida de insetos. Em Apis mellifera o HJ está envolvido também com o processo de diferenciação de castas e polietismo etário. Neste trabalho, genes participantes da degradação e das vias de síntese do HJ nos corpora allata (CA) foram identificados a partir das seqüências disponibilizadas pelo sequenciamento do genoma de A. mellifera. A identificação destes genes baseou-se em análises funcionais, como interferência por RNA fita dupla, similaridade entre seqüências, expressão tecido-específica e busca por motivos conservados. Análises de quantificação dos transcritos destes genes revelaram padrões condizentes com os títulos de HJ e mostraram que o balanço entre as vias de síntese e degradação deste hormônio age em conjunto para regular os títulos de HJ. Uma importante associação entre a degradação do HJ pelas enzimas esterase do HJ e epóxido hidrolase do HJ com o processo de diferenciação dos ovários, que ocorre durante o estágio larval, foi estabelecida. Estas enzimas parecem atuar ativamente na manutenção dos níveis de HJ durante o processo de diferenciação de castas. A alimentação mostrou ser um processo de suma importância sobre o metabolismo do HJ durante a vida adulta de operárias, em adição ao controle exercido pela alimentação já descrito durante o período larval, que leva à diferenciação de castas distintas. A execução deste trabalho contribuiu de maneira significativa para o conhecimento deste sistema instigante que controla toda a homeostasia em uma colônia do inseto social, Apis mellifera. / The sequisterpenoid, Juvenile Hormone (JH), is a key regulator in many aspects of insect life. In the Honey bee, Apis mellifera¸ JH is additionally involved in caste differentiation and also in age task performance during adult worker life. Herein, we identified genes coding to JH synthesis enzymes pathway in corpora allata and degradation in hemolymph and tissues based on sequences from Genome Sequencing Consortium. The identification of those genes involved functional assays as RNA interference, expression levels in specific tissues, search for functional motifs and also similarity among sequences. The results showed that a balance between synthesis and degradation occurs to the maintenance of hemolymph JH titers. An association between JH degradation by the enzymes, JH esterase and JH epoxide hydrolase, and ovary differentiation during larval stage was established. JH degradation showed to act together with the JH synthesis process to maintain the cast-specific titers of JH, which is essential to females development into castes. The nutrition status in Honey bee adult workers is an important mechanism controlling JH metabolism, in the same way it was observed previously for larvae development. The progress of this work contributed significantly to the knowledge of this amazing social insect life, A. mellifera.

A mudança de função idade-dependente é um dos traços mais característicos da sociedade da abelha melífera, Apis mellifera L. A expectativa de vida de uma abelha operária é de aproximadamente 30-40 dias. Uma das mudanças fisiológicas relacionadas ao envelhecimento das operárias é a atrofia da glândula hipofaríngea (GH). O ciclo secretor das GH está intimamente relacionado à função de nutridora, desempenhada pelas operárias entre 5 e 20 dias de vida adulta; em operárias forrageiras, estas glândulas regridem e aparentemente passam para um estado pós-secretor. Desta maneira, esta glândula representa um modelo experimental para o estudo de divisão de trabalho e envelhecimento. Objetivou-se neste trabalho ampliar o conhecimento sobre genes diferencialmente expressos na GH nestas duas fases distintas da vida adulta. Uma vez descobertos, estes candidatos foram utilizados para se tentar esclarecer a relação idade-comportamento em operárias mantidas em uma colônia single-cohort. Para tais fins, diferentes técnicas foram utilizadas, dentre elas destacam-se: Biblioteca Subtrativa Supressiva (BSS), Real Time PCR e Cromatografia Gasosa por Espectometria de Massa . Nas BSS das GHs de operárias nutrizes e forrageiras foram identificados quatro genes diferencialmente expressos: buffy, alfa-glicosidase, amilase proximal e major royal jelly-4. As análises de expressão nas amostras da single-cohort evidenciaram o gene buffy mais expresso em operárias nutrizes e os demais em forrageiras. Inclui-se também os genes superóxido dismutase,relacionado ao stress, sendo mais expresso em forrageiras e o gene para a vitelogenina, expresso sem diferença entre as fases. Os resultados até aqui obtidos ampliam os conhecimentos sobre a expressão gênica diferencial, especialmente nas glândulas hipofaríngeas, trazendo novos candidatos a marcadores de envelhecimento. A composição de hidrocarbonetos cuticulares cefálicos, investivada por cromatografia gasosa, consistiu em alcanos, alquenos, alcadienos e alcanos ramificados, variando entre 21 e 35 átomos de carbono. O perfil de operárias forrageiras foi identificado principalmente por alcanos, enquanto o de nutrizes por alquenos. Mostra-se aqui que em operárias de A. mellifera os perfis de hidrocarbonetos cefálicos cuticulares está dinamicamente ligado ao comportamento em detrimento da idade. Esses resultados suportam a idéia de que a interação operária-operária pode influenciar a taxa de desenvolvimento comportamental, influenciada por comunicação química. / Age-dependent change in functions in division of labor is a characteristic trait in colonies of the honey bees, Apis mellifera L. Life expectancy of a worker bee is about 30-40 days. One of the physiological changes related to aging in workers is the atrophy of the hypopharyngeal gland (HG). The secretory cycle of the HG is closely related to the role as a nurse, played by workers when they are between 5 to 20 days old. In foragers, these glands regress and apparently pass to a post-secretory state. Thus, this gland is an experimental model for the study of division of labor and aging. This study aimed to study differential gene expression in HGs in two distinct phases of adult life. Candidate genes coming out of these screens were then used to investigate the link between gland function and behavior in worker kept as single-cohort colony. For this purpose, different techniques were used, such as: Suppression Substractive Hybridization (RDA), Real Time PCR, and Gas Chromatography/Mass Spectrometry (GC/MS). In the RDA analyses of HGs from nurses and foragers workers we identified four differentially expressed genes: buffy, alpha-glucosidase, amylase proximal and major royal jelly-4. The analysis of their expression in samples of single-cohort workers showed that buffy is higher expressed in nurses, whereas the others had higher transcript levels in foragers. We also studied the expression of the stress-related superoxide dismutase gene, which turned out to be more expressed in foragers, and of the gene coding for vitellogenin, for which we found no difference in expression between the two life stages. These results extend our knowledge on differential gene expression in honey bees, especially for the HGs, adding new candidates to the list of markers of aging. The composition of cephalic cuticular hydrocarbons was investigated by GC/MS. It consisted of alkanes, alkenes, alkadienes and branched alkanes, ranging between 21 and 35 carbon atoms. The profile of foragers was mainly represented by alkanes, while the nurses had more alkenes, showing that the cephalic cuticular hydrocarbon profile in A. mellifera workers is dynamically linked to behavior rather than age. These results lend support to the idea that worker-worker interaction can influence the rate of behavioral development through chemical communication.

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.

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.

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.

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.

Inúmeros aspectos da reprodução em Apis mellifera já foram extensamente divulgados, no entanto, os mecanismos reguladores da manutenção do estado estéril das operárias, bem como aqueles que permitem a ativação de seus ovários, ainda estão para serem descobertos. Por exemplo, a organização dos folículos ovarianos em crescimento e a arquitetura e papel das células foliculares neste processo. Além disso, para compreender o processo de ativação dos ovários em um contexto mais amplo, também é necessária uma investigação da síntese e maturação de diferentes classes de RNAs as quais modelam redes de interações gênicas extremamente complexas. Portanto, neste doutorado, tivemos como objetivo realizar 1- uma análise morfológica dos ovários ativos de operárias de A. mellifera obtidos em condições orfandade, com ênfase nas células foliculares e 2- um estudo aprofundado da regulação da expressão gênica (genes estruturais e reguladores) que é de fundamental importância para ligar os genótipos aos fenótipos. A análise morfológica dos ovários de operárias de A. mellifera foi realizada em microscópio de fluorescência ou confocal (priorizou a contagem das células foliculares) e microscópio eletrônico de transmissão, que permitiu a descrição e caracterização, pela primeira vez, da patência em ovários de operárias A. mellifera. Paralelamente, por meio da técnica de RNAseq, foi possível analisar o transcriptoma (miRNAs e mRNAs) de amostras específicas de ovários, em diferentes estados fisiológicos, em rainhas e operárias. Os mRNAs e miRNAs que se destacaram em nossas análises in silico foram validados experimentalmente por RT-PCR com alto grau de reprodutibilidade e em harmonia com o estado fisiológico dos ovários. Os transcritos altamente expressos nos ovários ativados foram: fpps5, cad, obp7, yellow-g e aqueles representados pelo GB42182 e GB44975. Acreditamos estes genes possam fazer parte da rede que regula o processo de ativação dos ovários em A. mellifera. Os miRNAs que se destacaram em nossas análises foram: A) miR-306 e miR-317 - altamente expressos nas amostras de ovários funcionais e B) miR-71 pelo fato de, nas análises in silico, ser o mais forte candidato a alvejar a vitelogenina, e na análise experimental, apresentarem, microRNAs e mRNAs, perfis de expressão antagônicos. A construção de bibliotecas de microRNAs e mRNAs a partir de ovários funcionais e não funcionais de abelhas operárias e rainhas, a análise de expressão, bem como a predição de uma rede de integração nos deu um retrato do sensível equilíbrio reprodutivo que mantém ambas as castas em aparente harmonia dentro da colônia aonde elas assumem, no momento certo, seus papéis nesta sofisticada sociedade empreendendo ou não a reprodução. / Countless aspects of reproduction in Apis mellifera have been widely published, however, the regulatory mechanisms for the maintenance of the sterile state of workers as well as those that allow the activation of their ovaries are still to be discovered, as much as the organization of growing ovarian follicles, the architecture and the role of follicular cells during this process. Furthermore, to understand the activation process of the ovaries in a broader context, it is also necessary to investigate the synthesis and maturation of different classes of RNAs which exemplify networks of gene interactions, extremely complex. Therefore, PhD project, we aimed to approach: 1 - A morphological analysis of active ovaries of A. mellifera workers obtained in queenless conditions, with emphasis on the follicular cells and 2 - A detailed study of the regulation of gene expression (structural and regulatory genes) that is crucial for linking genotypes to phenotypes. Morphologic analysis of workers ovaries of A. mellifera was performed under a fluorescence microscope or confocal (prioritized follicular cell count) and transmission electron microscope, which allowed, for the first time, a description and characterization of the patency of worker ovaries in A. mellifera. Similarly, by RNAseq technique, it was possible to analyze the transcriptome (miRNAs and mRNAs) of specific samples of ovaries at different physiological states, in queens and workers. mRNAs and miRNAs that stood out in our in silico analysis were experimentally validated by RT-PCR with high reproducibility and in harmony with ovaries physiologic state. Transcripts highly expressed in activated ovaries were fpps5, cad, obp7, yellow-g and those represented by GB42182 and GB44975. We believe these genes may be part of the network that regulates ovaries activation process in A. mellifera. miRNAs that stood out in our analysis were: - a) - miR-306 and miR-317 - highly expressed in samples of active ovaries and b) -miR-71 by the fact that the in silico analysis, was the strongest candidate to target vitellogenin, and in experimental analysis, presented antagonistic profile of expression when microRNAs and mRNAs were contrasted. The construction of microRNAs and mRNAs libraries from active and inactive ovaries of worker bees and queens, the analysis expression, as well as the prediction of a integrative network has given us a portrait of the sensitive reproductive balance that keeps both castes of bees in apparent harmony within the colony, where they take each one, at the right time, their roles in this sophisticated society, undertaking or not the reproduction.

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.