A integridade das sociedades de insetos depende da capacidade dos indivíduos em discriminar aqueles que não pertencem às suas colônias; essas interações de reconhecimento são mediadas por hidrocarbonetos presentes na camada de cera da cutícula e atuam como mensageiros que codificam informação sobre o meio interno (colônia) e externo (ambiente). Os hidrocarbonetos são produzidos por células dérmicas e o perfil desses compostos recebe influência tanto de fontes endógenas quanto exógenas e isso o torna suscetível às mudanças temporais. A caracterização desses compostos em insetos-praga é importante, pois provêm subsídios tanto para pesquisa básica como para o manejo e controle de pragas. Nesse contexto, o presente estudo abordou as variações dos hidrocarbonetos cuticulares em relação às subcastas morfológicas das operárias (condição endógena) e utilização do substrato foliar (variável exógena) na formiga-cortadeira Atta sexdens, conhecida como uma das principais pragas herbívoras da região Neotropical. Os compostos foram extraídos em solvente apolar hexano e as amostras foram analisadas em sistema de cromatografia a gás acoplado à espectrometria de massas (CG-MS). Foram identificados 30 hidrocarbonetos com cadeia carbônica entre 19 e 40 átomos distribuídos em três classes de compostos, sendo a dos hidrocarbonetos ramificados a mais representativa, especificamente os trimetialcanos. Foram encontradas variações significativas para todas as variáveis analisadas, sugerindo que as subcastas possuem assinaturas químicas semelhantes quanto à diversidade de compostos, mas com grandes diferenças na proporção relativa dos mesmos. Em relação ao substrato foliar, colônias que tiveram acesso ao mesmo recurso apresentam uma composição química cuticular mais semelhante em relação àquelas que tiveram acesso a um recurso diferente. Complementarmente, os testes comportamentais mostraram que, na presença de uma coespecífica intrusa, as operárias residentes são muito mais agressivas em relação àquelas que utilizaram outro tipo de substrato foliar. / The integrity of insect societies relies on the ability of individuals to discriminate between nesmates from non-nestmates. These interactions are mediated by hydrocarbons spread all over the cuticle that act as messengers coding information about the colony and external environment. Cuticular hydrocarbons are produced by dermic cells and its composition is influenced by both endogenous and exogenous sources which makes them subject to temporal changes. Thus, this study approached the variations on this chemical profile in relation to the worker subcastes and type of foliar substrate used by leafcutter ant Atta sexdens, this species is known as one of the major neotropical herbivore pests and this kind of study is important because it can provide subsides in researches related to both basic biology as to pest control methods. The compounds were extracted using apolar solvent (hexane) and the samples were analyzed using gas chromatography - mass spectrometry technique (GC-MS). It was found 30 hydrocarbons which carbon chains varies between 19 and 40 atoms separated in three classes of compounds and the branched hydrocarbons as the most abundant one, especially the trimethyalcanes. The statistical analysis revealed significant differences on all the variables analyzed suggesting that subcastes possess similar chemical signatures as to the variety of compounds but with great differences in relative proportions thereof. Furthermore, the results show that foliar substrate has influence on the composition of cuticular hydrocarbons and concomitantly affect the interspecific recognition, thus colonies that had access to the same substrate has similar cuticular composition comparing to those who do not. Additionally, behavior tests showed that in the presence of a conspecific intruder the resident workers tend to be much more aggressive in relation to those who had fed on a different foliar substrate.

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.

Submitted by AGDA ALVES DA ROCHA null (rocha.agda@gmail.com) on 2017-11-28T19:58:09Z No. of bitstreams: 1 Rocha_Agda_2017.pdf: 3754795 bytes, checksum: 147e7d00c8330084beb9e117e77ac336 (MD5) / Approved for entry into archive by LUCIA SILVA PARRA null (lucia@ia.unesp.br) on 2017-11-29T16:34:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rocha_aa_dr_rcla.pdf: 3754795 bytes, checksum: 147e7d00c8330084beb9e117e77ac336 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-29T16:34:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rocha_aa_dr_rcla.pdf: 3754795 bytes, checksum: 147e7d00c8330084beb9e117e77ac336 (MD5) Previous issue date: 2017-03-13 / A vespa social basal Mischocyttarus nomurae Richards tem ocorrência exclusiva no Brasil e foi registrada nos estados do Ceará, Bahia e Minas Gerais. Na Bahia, ocorre em três municípios da Chapada Diamantina: Lençóis, Mucugê e Rio de Contas. Nesta última, foram estudadas populações com relação à sua biologia básica, buscando responder perguntas relacionadas aos seguintes aspectos: morfologia externa dos imaturos, perfis comportamental, morfofisiológico e químico, substituição de rainhas, arquitetura de ninhos e hábitos de nidificação. Com relação à morfologia dos imaturos, a taxa média de crescimento da larva foi de 1,48. Com exceção da larva de 1o ínstar, que revelou-se menor do que o ovo, a espécie apresentou o padrão do grupo: presença de lobos, estes em número de dois e projetados para a frente, só totalmente desenvolvidos quando a larva atinge o 5o instar; as mandíbulas das larvas de 5o instar apresentam um único dente alongado e o primeiro espiráculo é mais do que duas (3,1) vezes maior em diâmetro que os demais. As cápsulas cefálicas da larva de 5º ínstar e da pré-pupa não diferiram significativamente. Após os estudos dos perfis morfofisiológico, químico e comportamental, foi verificado que as fêmeas de M. nomurae não apresentam distinção em sua morfologia externa, mas cinco tipos de desenvolvimento ovariano foram observados, três menos desenvolvidos (A1, A2 e B) e dois mais desenvolvidos (C e D). Foram detectados 34 compostos na sua cutícula, cujas cadeias variaram de 18 a 33 átomos de carbono. Os compostos consistiram em alcanos lineares (9%), alcanos ramificados (89%) e alcenos (2%). Foram identificados três grupos de fêmeas: Operária 1, Operária 2 e Rainha e a análise discriminante do perfil dos hidrocarbonetos cuticulares relacionada a esses grupos de fêmeas apresentou um p-valor significativo (Wilks' lambda= 0,135, F= 1.665, p = 0,0227). Após oito dias da remoção da fêmea dominante do ninho, em todas as colônias, exceto uma, a fêmea era anteriormente a fêmea β. Fêmeas com ovários não desenvolvidos podem realizar comportamentos de fêmea dominante, assim como uma fêmea com ovário desenvolvido comportouse como forrageadora típica. Houve diferença entre algumas atividades exercidas pelas fêmeas posicionadas em 2º lugar no ranking (fêmea β) e as demais fêmeas do ninho (3ª posição em diante), antes e após a remoção experimental da rainha. M. nomurae apresenta um sistema de gerontocracia flexível na sua substituição de rainhas e suas fêmeas sucessoras tornam-se mais agressivas que as rainhas originais, assumindo tarefas de dominantes, mesmo sem estarem inseminadas. Como algumas espécies do gênero, a maioria das colônias apresentou hábitos de nidificação relacionados a ambientes antrópicos. Destes, 61,2% das colônias utilizaram material de origem vegetal (madeira e palha). A altura média de construção do ninho com relação ao solo foi elevada, semelhante as das demais espécies do gênero (2,20 ± 0,83, 0,45 – 5,00m). A maioria dos ninhos foi construída com o favo voltado para baixo (70,15%) e em substrato horizontal (53,73%). O único favo do ninho pode ser arredondado ou elíptico, raramente retangular. O número de camadas de mecônio variou de zero a cinco e a espécie M. nomurae apresenta ninhos pequenos, com suas colônias apresentando um baixo número de adultos produzidos, embora haja uma alta taxa de reutilização de células. / The basal social wasp Mischocyttarus nomurae Richards occurs exclusively in Brazil, having been recorded there in the states of Ceará, Bahia, and Minas Gerais. It is known to occur in three municipalities in the Chapada Diamantina mountains of Bahia State: Lençóis, Mucugê, and Rio de Contas. Population studies were undertaken in the latter municipality to address questions related to the basic biology of M. nomurae: the external morphologies of the immatures; their behavior; their morpho-physiological and chemical profiles; queen substitutions; nest architecture, and nidification habits. In terms of the morphologies of the immatures, the mean larval growth rate was 1.48. With the exception of the 1st instar larvae, which are smaller than the eggs, the species demonstrated the standard developmental pattern for the group: the presence of lobes (two) projected forward, those only becoming fully developed in the 5th instar stage; mandibles in the 5th instar stage with a single elongated tooth, and the first spiracle with a diameter more than two (3.1) times greater than the others. The cephalic capsules of the 5th instar larvae and pre-pupae do not significantly differ. Studies of the morpho-physiological, chemical, and behavioral profiles of those wasps indicated that the females of M. nomurae do not have distinct external morphologies, although five different types of ovarian development were observed: three less-developed types (A1, A2 and B); and two more developed types (C and D). Thirty-four distinct chemical compounds were detected in the cuticle, with carbon chains varying from 18 to 33 atoms. Those carbon compounds consisted of linear alkanes (9%), branched alkanes (89%), and alkenes (2%). Three groups of females were identified: Workers 1, Workers 2, and Queens. Discriminant analyses of the cuticular hydrocarbons of those female groups demonstrated a significant p-value (Wilks' lambda= 0.135, F= 1.665, p = 0.0227). Eight days after the removal of the dominant female from the nest, female substitutions were observed all of the colonies (except one) assuming the condition of a new queen (from the ranks of the β females). Females with undeveloped ovaries do not perform behaviors associated with dominant females, nor do females with developed ovaries behave as typical foragers. There were differences between some of the activities performed by second-rank females (β females) and other females in the same nest (from the 3rd position down), both before and after experimentally removing the queen. M. nomurae demonstrates a flexible gerontocratic system in terms of queen substitutions, and the new queens become more aggressive than the original queens, assuming dominant roles even without being inseminated. As with many species of the same genus, most of the colonies nidify in anthropically modified environments. Of those colonies, 61.2% built nests using plant material (wood and leaves). The nests were constructed at reasonably high mean heights above ground level (2.20 ± 0.83 m; from 0.45 – 5.00 m), similar to other species of the genus. Most of the nests were affixed to horizontal substrates (53.73%) and constructed with the comb facing downward (70.15%). A nest comb can be rounded or elliptic, rarely rectangular. The numbers of meconium layers varied from zero to five. The nests of M. nomurae are generally small, with their colonies producing only small numbers of adults - although with high rates of comb cell reutilization.

A integridade das sociedades de insetos depende da capacidade dos indivíduos em discriminar aqueles que não pertencem às suas colônias; essas interações de reconhecimento são mediadas por hidrocarbonetos presentes na camada de cera da cutícula e atuam como mensageiros que codificam informação sobre o meio interno (colônia) e externo (ambiente). Os hidrocarbonetos são produzidos por células dérmicas e o perfil desses compostos recebe influência tanto de fontes endógenas quanto exógenas e isso o torna suscetível às mudanças temporais. A caracterização desses compostos em insetos-praga é importante, pois provêm subsídios tanto para pesquisa básica como para o manejo e controle de pragas. Nesse contexto, o presente estudo abordou as variações dos hidrocarbonetos cuticulares em relação às subcastas morfológicas das operárias (condição endógena) e utilização do substrato foliar (variável exógena) na formiga-cortadeira Atta sexdens, conhecida como uma das principais pragas herbívoras da região Neotropical. Os compostos foram extraídos em solvente apolar hexano e as amostras foram analisadas em sistema de cromatografia a gás acoplado à espectrometria de massas (CG-MS). Foram identificados 30 hidrocarbonetos com cadeia carbônica entre 19 e 40 átomos distribuídos em três classes de compostos, sendo a dos hidrocarbonetos ramificados a mais representativa, especificamente os trimetialcanos. Foram encontradas variações significativas para todas as variáveis analisadas, sugerindo que as subcastas possuem assinaturas químicas semelhantes quanto à diversidade de compostos, mas com grandes diferenças na proporção relativa dos mesmos. Em relação ao substrato foliar, colônias que tiveram acesso ao mesmo recurso apresentam uma composição química cuticular mais semelhante em relação àquelas que tiveram acesso a um recurso diferente. Complementarmente, os testes comportamentais mostraram que, na presença de uma coespecífica intrusa, as operárias residentes são muito mais agressivas em relação àquelas que utilizaram outro tipo de substrato foliar. / The integrity of insect societies relies on the ability of individuals to discriminate between nesmates from non-nestmates. These interactions are mediated by hydrocarbons spread all over the cuticle that act as messengers coding information about the colony and external environment. Cuticular hydrocarbons are produced by dermic cells and its composition is influenced by both endogenous and exogenous sources which makes them subject to temporal changes. Thus, this study approached the variations on this chemical profile in relation to the worker subcastes and type of foliar substrate used by leafcutter ant Atta sexdens, this species is known as one of the major neotropical herbivore pests and this kind of study is important because it can provide subsides in researches related to both basic biology as to pest control methods. The compounds were extracted using apolar solvent (hexane) and the samples were analyzed using gas chromatography - mass spectrometry technique (GC-MS). It was found 30 hydrocarbons which carbon chains varies between 19 and 40 atoms separated in three classes of compounds and the branched hydrocarbons as the most abundant one, especially the trimethyalcanes. The statistical analysis revealed significant differences on all the variables analyzed suggesting that subcastes possess similar chemical signatures as to the variety of compounds but with great differences in relative proportions thereof. Furthermore, the results show that foliar substrate has influence on the composition of cuticular hydrocarbons and concomitantly affect the interspecific recognition, thus colonies that had access to the same substrate has similar cuticular composition comparing to those who do not. Additionally, behavior tests showed that in the presence of a conspecific intruder the resident workers tend to be much more aggressive in relation to those who had fed on a different foliar substrate.

Orientadores: Woodruff Whitman Benson, Jose Roberto Trigo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-06T14:03:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dall'Aglio-Holvercem_ChristianeGoncalves_D.pdf: 1459643 bytes, checksum: 5ed521529fb7303e231df7d9f2ebbda3 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Este trabalho discute alguns aspectos da ecologia da formiga lava-pés Solenopsis invicta e seus parasitóides, as moscas do gênero Pseudacteon (familia Phoridae), e da taxonomia de S. invicta e S. saevissima, ambas nativas da América do Sul. A alometria de colônias de S. invicta no sudeste do Brasil foi estudada através de medições das dimensões do ninho acima do solo, seguidas por escavação e medida da profundidade, biomassa e número de operárias da colônia, assim como da largura média da cabeça das operárias. Análise de regressão dos dados para 28 colônias forneceu novas relações alométricas que podem ser usadas para estimar o volume do ninho (acima e abaixo da superfície do solo), a biomassa de formigas, e o número de operárias a partir do volume do ninho acima do solo. A biomassa de formigas por unidade de volume do ninho, o número de operarias por unidade de volume do ninho, o peso médio por operária, e a largura média da cabeça das operárias foram essencialmente independentes do tamanho da colônia. Em contraste, estas quatro quantidades aumentam com o tamanho da colônia entre colônias de S. invicta na América do Norte. O ciclo sazonal e abundância de moscas parasitóides do gênero Pseudacteon na vizinhança de colônias de S. invicta no sudeste do Brasil foi observado ao longo de um período de 3 anos em li áreas de gramíneas nos arredores de Campinas. O número médio N de forídeos atraídos para um ninho de formigas lava-pés ao longo de um período padrão de observação (15 min) foi usado como uma medida da abundância de forídeos. As dimensões do ninho e algumas variáveis meteorológicas foram também registradas em cada ninho de formigas lava-pés. Pseudacteon tricuspis foi a espécie mais comum (70.4%), seguido por P. curvatus (23.8%), P. obtusus (1.9%) e P.litoralis (3.9%). As características mais notáveis das flutuações sazonais da abundância de Pseudacteon são picos abruptos com duração aproximada de um mês (valores máximos de N entre 4 e 10 forídeos/ninho), que ocorreram em abril e junho de alguns anos; para comparação, valores típicos de N estavam entre 0.2 e 2 forídeos/ninho. As populações de forídeos parecem ser destruídas por incêndios e inundações, mas recuperam-se em uma escala de tempo da ordem de meses. Nenhuma correlação significativa foi encontrada entre a abundância de Pseudacteon e variáveis meteoro lógicas, densidade, ou volume de ninhos de S. invicta, sugerindo que a abundância de Pseudacteon não está diretamente ligada a abundância de S. invicta. Flutuações quase idênticas em abundância de Pseudacteon foram observadas ao longo de um período de 6 meses em duas áreas de estudo separadas por cerca de 3 km, o que pode ser causado por dispersão de forídeos e conseqüente uniformização de densidades sobre áreas de vários quilômetros quadrados. Os números de forídeos atraídos pelos vários ninhos de S. invicta incluídos neste estudo seguiram uma distribuição de Poisson em baixas abundâncias de Pseudacteon (N < 0,5 forídeos/ninho); a distribuição tornava-se mais e mais contagiosa com o aumento da abundância de Pseudacteon (até o máximo observado, de N = 10 forídeoslninho). Esta observação sugere que a atratividade de um ninho de formigas lava-pés aos parasitóides aumenta com o número de forídeos que foram previamente atraídos para o ninho. Critérios quantitativos eficientes foram desenvolvidos para distinguir entre S. invicta e S. saevissima, que são morfológicamente muito similares e cujas distribuições geográficas na América do Sul se sobrepõe significativamente. Estes critérios resultaram da análise de 68 amostras de formigas lava-pés de 9 localidades espalhadas pelo estado de São Paulo (sudeste do Brasil) através de cromatografia gasosa e espectrometria de massa. 22 hidrocarbonetos cuticulares e 18 alcalóides piperidínicos foram identificados nas amostras estudadas, e suas abundâncias relativas foram analisadas utilizando análises de componentes principais e de funções discriminantes. Estas análises mostraram uma separacão nítida entre as duas espécies em um plano com certas coordenadas (P,Q), que são funções das abundâncias relativas dos hidrocarbonetos cuticulares. As amostras provenientes de uma das localidades (São José do Rio Preto) têm uma composição de hidrocarbonetos que é claramente diferente de todas as outras amostras consideradas neste estudo, mas também apresentam algumas caracteristicas em comum com cada uma das duas espécies. Uma possibilidade é que esta população constitua um hibrido de S. invicta e S. saevissima. As duas espécies também exibem uma separação razoavelmente nítida em um plano com coordenadas (R$), que são funções das abundâncias relativas de alcalóides piperidínicos. Os resultados das identificações de espécies baseados nestes critérios de separação quimica concordam com os resultados baseados em um critério morfológico, a presença ou ausência do dente clipeal mediano. A população "anômala" de São José do Rio Preto é morfologicamente classificada como S. invicta / Abstract: This work discusses some aspects of the ecology of the fire ant species Solenopsis invicta and its phorid parasitoid flies ofthe genus Pseudacteon, and ofthe taxonomy of S. invicta and S. saevissima, both of which are native to South America. The allometry of S. invicta colonies in southeast Brazil was studied by measurement of mound (aboveground) dimensions, followed by excavation and measurement of the colony depth, biomass, number of workers, and mean worker head width. Regression anaIysis of data for 28 colonies yielded new allometric relationships which can be used to estimate nest volume (above and below ground), ant biomass, and number ofworkers ITom mound (aboveground) volume. Ant biomass per unit nest volume, number of workers per unit nest volume, mean worker weight, and mean worker head width were nearly independent of colony size. In contrast, these four quantities increase with colony size among S. invicta colonies in North America. The seasonal cycle of abundance of Pseudacteon phorid flies in the vicinity of S. invicta colonies in southeast Brazil was observed over a 3-year period in 11 grass-covered areas in the outskirts of Campinas. The average number N of phorids attracted to a fire ant nest over a standard observation period (15 min) was used as a measure of phorid abundance. Mound dimensions and meteorological variables were also recorded at each fIre ant nest. Pseudacteon tricuspis was the most common species (84.2%), followed by P. curvatus (12.6%), P. obtusus (2.7%) e P. litoralis (0.5%). The most remarkabIe featores of the seasonal fluctuations of Pseudacteon abundance are sharp month-Iong peaks (peak N values between 4 and 10 phorids/nest) which occurred in Abril and June of some years; for comparison, at other times N was typically between 0.2 and 2 phorids/nest. Phorid populations seem to be destroyed by rifes and floods, but recover on a time scale of months. No significant correlation was found between Pseudacteon abundance and meteorological variables, density, or volume of S. invicta nests, suggesting that Pseudacteon abundance is not determined by, and does not determine, the abundance of S. invicta. Almost identical fluctuations in Pseudacteon abundance were observed over a 6-month period in two study areas separated by about 3 km, which may be due to phorid dispersaI and consequent density uniformization over areas of several square kilorneters. The nurnbers of phorids attracted by the various S. invicta nests inc1uded in this study followed a Poisson distribution at 10w Pseudacteon abundances (N < 0.5 phorids/nest), becoming more and more contagious at high Pseudacteon abundances (up to N= 10 phorids/nest). This observation suggests that the attractiveness oftire ant nests to phorid parasitoids increase with the nurnbeer ofphorids which have been previously attracted to the nest. Efficient quantitative criteria were developed for distinguishing between S. invicta and S. saevissima, which are morphologically very similar and whose geographical ranges in South Arnerica significantly overlap. These criteria resulted from the analysis of 68 tire ant samples from 9 localities across São Paulo state (southeast Brazil) via gas chromatography/mass spectrometry. 22 cuticular hydrocarbons and 18 piperidine alkaloids were identified in the studied samples, and their relative abundances were analyzed using principal component and discrirninant function analyses. These analyses showed a sharp separation between the two species in a plane with certain coordinates (P,Q), which are functions of the relative abundances of cuticular hydrocarbons. The fire ant samples from one of the localities (São José do Rio Preto) had a hydrocarbon composition which was markedly different from ali other samples considered in this study, but had some features in common with each ofthe two species. One possibility is that this population constitutes a hybrid of S. invicta and S. saevissima. The two species also show a reasonably sharp separation in a plane with coordinates (R,S), which are functions of the relative abundances of piperidine alkaloids. The species identification results based on these chernical separation criteria agree with those based on a morphological criterion, the presence or absence of the median clypeal tooth. The "anomalous" population from São José do Rio Preto is rnorphologically c1assified as S. invicta / Doutorado / Ecologia / Doutor em Ecologia

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.

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

Mourella caerulea, popularmente conhecida como mirim-de-chão ou bieira, e Plebeia nigriceps, comumente chamada mirim nigriceps, são meliponíneos ocorrentes no sul do Brasil, polinizadores de plantas nativas e cultivadas. M. caerulea está principalmente relacionada ao bioma Pampa e seu hábito de nidificação é subterrâneo. P. nigriceps nidifica em frestas de rochas e muros, sendo encontrada tanto no Pampa como em Mata Atlântica. O presente trabalho teve como objetivo avaliar a variabilidade populacional destas duas espécies, através de três metodologias: a morfometria geométrica de asa, perfil de hidrocarbonetos cuticulares e sequenciamento de fragmentos de genes mitocondriais. Foram coletadas operárias de 24 colônias de M. caerulea em cinco localidades de sua distribuição natural e 53 colônias de P. nigriceps em oito localidades no estado do Rio Grande do Sul. Para análise do padrão de venação da asa, foram marcados 13 marcos anatômicos na asa anterior direita de cinco a 20 operárias por colônia. A análise genética foi realizada avaliando um fragmento do gene Citocromo Oxidase I em M. caerulea, e Citocromo B em P. nigriceps. A análise morfométrica demonstrou estruturação dos grupos com separação estatisticamente significativa (<0,0001) entre as localidades de M. caerulea. As distâncias morfométricas estão correlacionadas com a distância geográfica, e coerentes com regiões fisiográficas do bioma Pampa. A análise dos perfis de hidrocarbonetos distinguiu colônias de diferentes localidades, mas suas distâncias não apresentaram correlação com as distâncias geográficas. Foram encontrados seis haplótipos, todos exclusivos, com diversidade nucleotídica de 0,01631e uma diversidade haplotípica (Hd) de 0,74. Para P. nigriceps, as análises morfométricas apresentaram diferenças significativas entre localidades e correlação com as distâncias geográficas e biomas. A análise dos perfis de hidrocarbonetos distinguiu colônias de diferentes localidades, mas suas distâncias não apresentaram correlação com as distâncias geográficas. Foram encontrados 17 haplótipos, todos exclusivos, com diversidade nucleotídica de 0,0147 e diversidade haplotípica (Hd) de 0,94. A presença de diversos haplótipos exclusivos, perfis morfométricos e de hidrocarbonetos cuticulares em populações pertencentes a diferentes biomas indicam a necessidade de uma atenção especial para estas populações no momento da definição de estratégias de conservação das espécies. Uma especial atenção às abelhas da espécie Mourella caerulea, que além de ser uma espécie representante única de um gênero monoespecífico, apresenta grandes distâncias populacionais entre os indivíduos de todas as localidades amostradas. / Mourella caerulea and Plebeia nigriceps are two stingless bees with occurrence in the South region of Brazil. The first is commonly known as mirim-de-chão or bieira and the second is known as mirim nigriceps. Both species are important pollinators of native flora and crops. M. caerulea is related to Pampa biome and place nests on the ground. P. nigriceps occurs in both Pampa biome and Atlantic Rain Forest. This thesis had the objective of to evaluate the population variability of these species through three techniques: geometric morphometrics of wing, cuticular hydrocarbons (CHC) profiles and sequencing of fragments from mitochondrial DNA genes. We collected workers from 24 colonies for M. caerulea from five localities, and 53 colonies of P. nigriceps from eight localities in Rio Grande do Sul State. For the geometric morphometrics analysis, we used 13 landmarks plotted in the right forewing of five to 20 workers per nest. The fragments of mtDNA genes used for the molecular approach were from Cytochrome Oxidase I for M. caerulea and Cytochrome B for P. nigriceps. The morphometric approach discriminated the populations of M. caerulea from different localities (<0,0001). The morphometric distances are correlated to geographic distances and go along with the physiographic regions of Pampa biome. CHC profiles differentiated the colonies of M. caerulea from different localities, but chemical distances are not in agreement with geographic distances. We found six haplotypes (all exclusives) with a nucleotide diversity of 0.01631 and a haplotype diversity (Hd) of 0.74. For P. nigriceps, morphometric analysis was significant separating localities and in accordance with the geographic distances and biomes. CHC distinguished the colonies, but there was no significant correlation between this result and the geographic distances or biomes. mtDNA revealed 17 haplotypes (all exclusives) with a nucleotide diversity of 0.0147 and a haplotype diversity (Hd) of 0.94. The discovery of different exclusives haplotypes, the morphometric and CHC profiles when comparing population belonging to different biomes indicate that we need to give a particular attention for these species at the moment of create conservation strategies for both biomes from Rio Grande do Sul. M. caerulea deserves a special concern once it is the only species of the monospecific genera, and its populations are distant between themselves.

Diferenças no timing da melanização e esclerotização do exoesqueleto são evidentes quando se compara a morfologia externa de abelhas de hábitos sociais e as solitárias. A esta diferença convencionamos chamar de heterocronia da maturação cuticular, o termo heterocronia significando variações no tempo relativo, ou ritmo, de um evento ontogenético em relação ao ancestral ou entre taxons. Propusemos que as abelhas sociais, que após a ecdise permanecem na colônia por vários dias, alcançariam a maturidade de alguns sistemas orgânicos, entre eles o tegumento, muito mais tarde que as espécies de abelhas solitárias que ao emergir partem imediatamente para atividades extra-nidais. Neste contexto, o objetivo deste trabalho consistiu em testar esta hipótese utilizando o tegumento em maturação das espécies de abelhas sociais, Apis mellifera e Frieseomelitta varia, e da espécie solitária Centris analis, em estudos comparativos de expressão gênica, ultraestrutura e quantificação de hidrocarbonetos cuticulares (CHCs). Para isto utilizamos sequenciamento de mRNA (RNA-seq), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e cromatografia de gás e espectrometria de massas (CG/MS). Os perfis de expressão de genes da via de melanização/esclerotização cuticular (ebony e tan) diferenciaram as espécies sociais da solitária, assim como a expressão de genes com função na via de metabolismo de quitina (Cda5, Idgf4 e chitooligosacchariodolytic-domain-like) e de genes codificadores de proteínas estruturais da cutícula (CPR14, CPR17, CPR18, CPR25, CPR23, CPR26, Apd-3 e Apd-like). Genes com função na regulação da maturação cuticular (FTZ-F1, E74, Hr46 e Hr4) se mostraram co-expressos nas espécies sociais e os perfis de expressão destes genes, exceto Hr46, e de outros reguladores (Ethr, Hr38, Rickets e Ptx-1) também diferenciaram as espécies sociais da solitária. Ressaltamos em nossas análises os genes do ciclo circadiano, cuja expressão tem relação com a deposição de quitina cuticular, além de genes de vias de pigmentação não melanínicas. As análises de MET, abrangendo outras três espécies de abelhas (Bombus brasilienses: primitivamente eussocial; Euglossa cordata: facultativamente social; Tetrapedia diversipes: solitária), mostraram diferenças consistentes entre a ultraestrutura e espessura das cutículas das espécies sociais e solitárias, o que reforçou nossos resultados de RNA-seq. A quantificação absoluta dos CHCs diferenciou as abelhas sociais da solitária, consistente com a hipótese de heterocronia da maturação cuticular e com os perfis de expressão de genes envolvidos na biossíntese de CHCs. Assim, além de desvendar transcriptomas de tegumento de três espécies de abelhas, a comparação da expressão gênica aliada à análise de ultraestrutura da cutícula e quantificação de CHCs levaram à caracterização de diferenças no processo de maturação cuticular entre as espécies sociais e solitárias / Differences in the timing of exoskeleton melanization and sclerotization processes are evident when comparing the external morphology of social and solitary bee species. Such differences may constitute a relevant example of cuticular maturation heterochrony, this term referring to a genetic change in timing of an ontogenetic process relative to an ancestor or between taxons. We proposed that social bees, which remain protected inside the colony for many days before initiating outside nest activities, would reach the maturity of some organic systems, such as the integument (epidermis and cuticle), later than solitary bees, which start such activities immediately after ecdysis. We tested this hypothesis in a comparative study of the developing integument of eusocial bees, Apis mellifera and Frieseomelitta varia, and the solitary bee Centris analis. Using RNA-seq, we verified that the expression profiles of genes involved in cuticular melanization and sclerotization (ebony and tan), chitin deposition and organization (Cda5, Idgf4, chitooligosacchariodolytic-domain-like), and cuticle formation (CPR14, CPR17, CPR18, CPR25, CPR23, CPE26, Apd-3, Apd-like) were positively, correlated between the two eusocial species, but not between the eusocial and the solitary species. Some of the genes with roles in regulating exoskeleton maturation (FTZ-F1, E74, Hr46, Hr4) were co-expressed only in the eusocial species. The expression profiles of these genes (except Hr46) and other regulatory genes (Ethr, Hr38, Rickets, Ptx-1) were also positively correlated exclusively in the eusocial bees. We also highlighted the expression of genes involved in non-melanin pigment production and the expression of circadian rhythm genes that could be related to chitin layers deposition. Transmission electron microscopy analysis of the integument of the two eusocial and the solitary bee species, in addition to other three bee species (the primitively eusocial Bombus brasilienses; the facultatively social Euglossa cordata; the solitary bee Tetrapedia diversipes), showed differences in cuticle ultrastructure and thickness, thus supporting the RNA-seq data. In agreement with our hypothesis, CHC quantifications were consistent with the expression levels of genes involved in CHC biosynthesis, thus differentiating the superficial cuticle layer of the eusocial and solitary species. Together, the integument transcriptomes, ultrastructure, and CHC quantification allowed us to characterize differences in the timing of cuticle maturation in social and solitary bees

Mourella caerulea, popularmente conhecida como mirim-de-chão ou bieira, e Plebeia nigriceps, comumente chamada mirim nigriceps, são meliponíneos ocorrentes no sul do Brasil, polinizadores de plantas nativas e cultivadas. M. caerulea está principalmente relacionada ao bioma Pampa e seu hábito de nidificação é subterrâneo. P. nigriceps nidifica em frestas de rochas e muros, sendo encontrada tanto no Pampa como em Mata Atlântica. O presente trabalho teve como objetivo avaliar a variabilidade populacional destas duas espécies, através de três metodologias: a morfometria geométrica de asa, perfil de hidrocarbonetos cuticulares e sequenciamento de fragmentos de genes mitocondriais. Foram coletadas operárias de 24 colônias de M. caerulea em cinco localidades de sua distribuição natural e 53 colônias de P. nigriceps em oito localidades no estado do Rio Grande do Sul. Para análise do padrão de venação da asa, foram marcados 13 marcos anatômicos na asa anterior direita de cinco a 20 operárias por colônia. A análise genética foi realizada avaliando um fragmento do gene Citocromo Oxidase I em M. caerulea, e Citocromo B em P. nigriceps. A análise morfométrica demonstrou estruturação dos grupos com separação estatisticamente significativa (<0,0001) entre as localidades de M. caerulea. As distâncias morfométricas estão correlacionadas com a distância geográfica, e coerentes com regiões fisiográficas do bioma Pampa. A análise dos perfis de hidrocarbonetos distinguiu colônias de diferentes localidades, mas suas distâncias não apresentaram correlação com as distâncias geográficas. Foram encontrados seis haplótipos, todos exclusivos, com diversidade nucleotídica de 0,01631e uma diversidade haplotípica (Hd) de 0,74. Para P. nigriceps, as análises morfométricas apresentaram diferenças significativas entre localidades e correlação com as distâncias geográficas e biomas. A análise dos perfis de hidrocarbonetos distinguiu colônias de diferentes localidades, mas suas distâncias não apresentaram correlação com as distâncias geográficas. Foram encontrados 17 haplótipos, todos exclusivos, com diversidade nucleotídica de 0,0147 e diversidade haplotípica (Hd) de 0,94. A presença de diversos haplótipos exclusivos, perfis morfométricos e de hidrocarbonetos cuticulares em populações pertencentes a diferentes biomas indicam a necessidade de uma atenção especial para estas populações no momento da definição de estratégias de conservação das espécies. Uma especial atenção às abelhas da espécie Mourella caerulea, que além de ser uma espécie representante única de um gênero monoespecífico, apresenta grandes distâncias populacionais entre os indivíduos de todas as localidades amostradas. / Mourella caerulea and Plebeia nigriceps are two stingless bees with occurrence in the South region of Brazil. The first is commonly known as mirim-de-chão or bieira and the second is known as mirim nigriceps. Both species are important pollinators of native flora and crops. M. caerulea is related to Pampa biome and place nests on the ground. P. nigriceps occurs in both Pampa biome and Atlantic Rain Forest. This thesis had the objective of to evaluate the population variability of these species through three techniques: geometric morphometrics of wing, cuticular hydrocarbons (CHC) profiles and sequencing of fragments from mitochondrial DNA genes. We collected workers from 24 colonies for M. caerulea from five localities, and 53 colonies of P. nigriceps from eight localities in Rio Grande do Sul State. For the geometric morphometrics analysis, we used 13 landmarks plotted in the right forewing of five to 20 workers per nest. The fragments of mtDNA genes used for the molecular approach were from Cytochrome Oxidase I for M. caerulea and Cytochrome B for P. nigriceps. The morphometric approach discriminated the populations of M. caerulea from different localities (<0,0001). The morphometric distances are correlated to geographic distances and go along with the physiographic regions of Pampa biome. CHC profiles differentiated the colonies of M. caerulea from different localities, but chemical distances are not in agreement with geographic distances. We found six haplotypes (all exclusives) with a nucleotide diversity of 0.01631 and a haplotype diversity (Hd) of 0.74. For P. nigriceps, morphometric analysis was significant separating localities and in accordance with the geographic distances and biomes. CHC distinguished the colonies, but there was no significant correlation between this result and the geographic distances or biomes. mtDNA revealed 17 haplotypes (all exclusives) with a nucleotide diversity of 0.0147 and a haplotype diversity (Hd) of 0.94. The discovery of different exclusives haplotypes, the morphometric and CHC profiles when comparing population belonging to different biomes indicate that we need to give a particular attention for these species at the moment of create conservation strategies for both biomes from Rio Grande do Sul. M. caerulea deserves a special concern once it is the only species of the monospecific genera, and its populations are distant between themselves.