Insect-symbiont interactions have many bioecological consequences to the host. Their relationships expand through a complex network that includes other microorganisms, interactions with the environment and other trophic levels. An extensive literature has been produced on bacterial symbionts and aphids, especially for polyphagous aphids from North America and Europe, such as Acyrthosiphon pisum (Harris). They indicated symbionts influence host nutrition, heat tolerance, defense against natural enemies, virus transmission, host plant exploitation, among others. However, the outcome from host-symbiont interactions is context-dependent, with the expressed phenotype depending on intra and interspecific variations, symbiont strain, and biotic/abiotic stimuli. We explored the interaction between aphids and associated symbionts, aiming to contribute to this field by exploring new aphid systems, and focused on Aphis (Toxoptera) citricidus (Kirkaldy) and associated microbiota. We investigated the influence of the feeding habits on symbiont diversity in an oligophaogus, A. citricida, as compared to a polyphagous species, Aphis (Toxoptera) aurantii Boyer de Fonscolombe. We employed several approaches (biological, metagenomics, genomic, and proteomic) to investigate i) the impact of host plants on fitness traits and primary symbiont abundance in the oligophagous and polyphagous species, ii) differences in the draft genome of the primary aphid symbiont between A. citricidus and A. aurantii, iii) the influence of host plant in secondary symbiont distribution in A. citricidus, iv) secondary symbiont richness and abundance in both aphids, and investigate the effects of Spiroplasma infections v) in the fitness traits, vi) transcriptome and ii) proteome of A. citricidus when reared on two host plants (sweet orange and orange jasmine). Our data indicated that sweet orange is a better host plant than orange jasmine for both aphids, and that A. citricidus was more negatively affected by lower-quality host than A. aurantii. A. citricidus and A. aurantii had different strategies regarding Buchnera growth and the use of food in different stages of development. We observed differences in the draft genome of Buchnera associated to A. citricidus and A. aurantii. Host plant affected secondary symbiont abundance, but Spiroplasma was the most abundant symbiont in both aphids. Spiroplasma had neutral effects on A. citricidus biology, but affected host transcriptome and proteome. The host plant affected gene expression of A. citricidus, but the effect was dependent on Spiroplasma infection. Transcriptome analysis indicated Spiroplasma down-regulated aphid immune response genes on sweet orange, while regulating an entire different set of genes on orange jasmine, mainly chaperonins. Gene transcription of A. citricidus was strongly influenced by the host plant. But while a large number of transcripts were up-regulated in uninfected aphids in sweet orange as compared to orange jasmine, the same set of genes had an opposite pattern of expression in Spiroplasma-infected aphids. Comparative proteomic analysis of Spiroplasma-infected and uninfected aphids on sweet orange and orange jasmine demonstrated regulation of a larger number proteins on orange jasmine than on sweet orange. Spiroplasma down-regulated the immune response of aphids and up-regulated proteins related to nutritional processes when developing on a low-quality host plant, orange jasmine, while no such trend was observed on sweet orange. / A associação insetos - bactérias simbiontes resulta em várias implicações bioecológicas para o hospedeiro e se estende em uma rede de interações que inclue outros microrganismos, o ambiente e outros níveis tróficos. A interação bactérias simbiontes e pulgões tem sido amplamente estudada, especialmente em espécies polífagas do hemisfério norte, tal como o pulgão modelo Acyrthosiphon pisum (Harris). Essas pesquisas indicam que simbiontes influenciam vários aspectos ecológicos do hospedeiro, tais como: nutrição, resistência ao estresse térmico e inimigos naturais, capacidade de transmissão de fitovírus, uso de plantas hospedeiras, entre outros. Entretanto, o resultado da interação simbionte-pulgão é contexto dependente, no qual o fenótipo depende da variabilidade intra- e interespecífica, da linhagem do simbionte e de diversos fatores bióticos e abióticos. Assim, este trabalho aborda as interações do pulgão Aphis (Toxoptera) citricidus (Kirkaldy) e seus simbiontes, com o objetivo de contribuir com um sistema ecológico diferente. Foi investigada a influência da estratégia alimentar na diversidade da microbiota, comparando-se uma espécie oligófaga, A. citricidus, a outra polífaga, Aphis (Toxoptera) aurantii Boyer de Fonscolombe. Foram utilizadas diversas abordagens experimentais (biológica, metagenômica, genômica, transcritômica e proteômica) para atingir os objetivos de i) investigar o impacto das plantas hospedeiras na aptidão biológica de A. citricidus e A. aurantii e sua consequência ao simbionte primário, ii) explorar as diferenças no genoma do simbionte primário de A. citricidus e A. aurantii, iii) investigar a influência da planta hospedeira na distribuição de simbiontes secundários em A. citricidus, iv) pesquisar a riqueza e abundância de simbiontes secundários nas duas espécies de pulgão e indagar sobre a influência de Spiroplasma v) na aptidão biológica, vi) no transcritoma e vii) na proteômica de A. citricidus em duas plantas hospedeiras (laranja vs. murta). Os resultados indicaram ser laranja o melhor hospedeiro para ambos pulgões, sendo A. citricidus mais sensível à planta hospedeira que A. aurantii. As duas espécies de pulgão utilizam estratégias distintas para controlar o crescimento de Buchnera, assim como a utilização do alimento influenciou diferentemente cada fase do desenvolvimento dos pulgões estudados. A planta hospedeira também influenciou a abundância de simbiontes secundários; porém, Spiroplasma foi o simbionte secundário mais abundante em ambas espécies. Spiroplasma não afetou a biologia de A. citricidus, mas causou alterações no transcritoma e no proteoma do hospedeiro. A planta hospedeira também exerceu forte regulação na transcrição gênica de A. citricidus, mas esse efeito foi dependente da infecção do pulgão por Spiroplasma. Análises de transcritoma em pulgões infectados indicaram a regulação de transcritos relacionados à resposta imunológica quando em laranja, mas de chaperoninas em murta. A regulação gênica de A. citricidus foi fortemente influenciada pela planta hospedeira, mas enquanto insetos livres de Spiroplasma apresentaram superexpressão gênica em laranja quando comparada a murta, pulgões infectados com esse simbionte apresentaram padrão de expressão oposto para o mesmo conjunto de transcritos. Análises comparativas do proteoma de pulgões infectados ou não por Spiroplasma nas plantas hospedeiras estudadas indicaram diminuição dos mecanismos de defesa em favor de um aumento de proteínas ligadas à nutrição em insetos infectados quando se alimentando em murta.

Submitted by (ana.araujo@ufrpe.br) on 2016-08-23T12:05:53Z No. of bitstreams: 1 Joanny Kelly Silva dos Santos Martins.pdf: 1467107 bytes, checksum: 51dc871b39b7f000a36a8445217f21da (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-23T12:05:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Joanny Kelly Silva dos Santos Martins.pdf: 1467107 bytes, checksum: 51dc871b39b7f000a36a8445217f21da (MD5) Previous issue date: 2015-07-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The objective of this study was to survey the richness and abundance of pollinators, herbivores, ants and other predators associated to Ipomoea carnea subs. fistulosa, addition to assessing the indirect effects of florivory and the influence of patrolling ants associated with extrafloral nectaries on pollinators. The study was conducted durig eight months (August/2014 – March/2015) at the Fazenda Tamanduá, municipality of Santa Terezinha, Paraíba state, Brazil. It was quantified the number of pollinator visits in flowers with and without patrolling ants and flowers with simulated florivory. The number of herbivores per inflorescence and the occurrence of florivory were recorded in an experiment conducted from 5 am to 5 pm. Arthropods were collected monthly to record the richness and abundance. The temporal variation of florivory and production of buds, flowers and fruits were recorded monthly. The results of the effect of the damage and the presence of floral ants showed that both cause a decrease in the total number of visits. This can be explained by the fact that the floral damage was the loss of important floral attributes. Additionally, bees can evaluate the pattern of flower symmetry distance and detect predators corroborating the hypothesis that predators such as ants, remove pollinators of plant-pollinator systems. These effects may be considered risky for Ipomoea carnea subs. fistulosa, since it is a self-incompatible species and depends on the activity of pollinators for its fertilization. The composition of the arthropod fauna associated with plant species under study was represented by five groups: Araneae, Coleoptera, Hymenoptera, Diptera and Hemiptera. The highest abundance of herbivores occurred in months with low rainfall. The florivory rates were high, and more severe in the dry season. The number of ants associated to extrafloral nectaries increased directly with the abundance of herbivores over months. The multitrophic system studied showed complex, featuring a high richness of associated arthropods and various guilds among the trophic levels. During the dry season in the caatinga, Ipomoea carnea subs. fistulosa is one of the few species that persist with leaves and flowers, this enables the populations of I. carnea constitute major indicator spots resources for present herbivores. This may have been one of the main causes for the abundance of herbivores and floral herbivory rate was higher in the months with less precipitation. Overall the data suggest that abundance of herbivores was related to the quality and availability of plant resources, reflecting on other trophic levels as in a bottom-up model of trophic cascade. / O objetivo deste trabalho foi realizar um levantamento da riqueza e abundância dos polinizadores, herbívoros, formigas e predadores de insetos associados a Ipomoea carnea subs. fistulosa, bem como avaliar os efeitos indiretos da florivoria e a influência do patrulhamento de formigas associadas aos nectários extraflorais sobre os polinizadores. Este trabalho foi realizado em oito meses de coleta (agosto de 2014 a março de 2015) na Fazenda Tamanduá, no município de Santa Terezinha, PB. Foi quantificado o numero de visitas de polinizadores em flores com e sem patrulhamento de formigas e em flores com florivoria simulada. O número de herbívoros por inflorescência e a ocorrência de florivoria foi registrado em um experimento realizado das 5h às 17h. Os artrópodes foram coletados mensalmente para registro da riqueza e abundância. E a variação temporal da florivoria e produção de botões, flores e frutos foi registrada mensalmente. Os resultados do efeito do dano floral e presença de formigas mostraram que ambos provocam decréscimo no número de visitas totais. Isso pode ser justificado pelo fato de que o dano floral consistiu na perda de atributos florais importantes. Adicionalmente abelhas podem avaliar o padrão de simetria da flor à distância e detectar predadores corroborando com a hipótese de que predadores, tal como formigas, retiram polinizadores dos sistemas planta-polinizador. Estes efeitos para Ipomoea carnea subs. fistulosa podem ser considerados de risco, uma vez que é um espécie autoincompatível e depende da atividade dos polinizadores para que a sua fecundação ocorra. A composição da fauna de artrópodes associados a espécie vegetal em estudo foi representada por cinco grupos: Araneae, Coleoptera, Hymenoptera, Diptera e Hemiptera. O sistema multitrófico estudado se mostrou complexo, apresentando uma grande riqueza de artrópodes associados e variadas guildas dentre os níveis tróficos. Durante a estação seca na caatinga Ipomoea carnea subs. fistulosa, é uma das poucas espécies que persistem com folhas e flores, fato que faz com que as populações de I. carnea constituam grandes manchas indicadoras de recursos para os herbívoros presentes. Esta pode ter sido uma das principais causas para que a abundância de herbívoros e taxa de herbivoria floral tenha sido mais alta nos meses com menor precipitação. De maneira geral os dados sugerem que abundância de herbívoros respondeu a qualidade e disponibilidade dos recursos vegetais, refletindo nos demais níveis tróficos como em um modelo bottom-up de cascata trófica.

Orientadores: Paulo Sergio Moreira Carvalho de Oliveira, Sebastian Felipe Sendoya Echeverry / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-23T06:11:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vidal_MayraCadorin_M.pdf: 1986442 bytes, checksum: da9ed52c0a73527b0590731f5ee8d10b (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Exploradores do mutualismo - indivíduos que utilizam recursos/serviços produzidos pelos mutualistas sem recompensá-lo - podem trazer sérios danos aos mutualistas explorados, principalmente quando acaba matando um dos parceiros mutualistas. Plantas portadoras de NEFs podem manter mutualismos com formigas visitantes, que defendem a planta contra insetos herbívoros. No cerrado de Itirapina (SP), encontramos larvas de uma nova espécie de díptero do gênero Rhinoleucophenga (Drosophilidae) que constroem abrigos de consistência pegajosa em cima dos NEFs de Q. grandiflora. Assim, larvas de Rhinoleucophenga podem interferir no mutualismo formiga-planta, agindo potencialmente como exploradora dessa interação. O presente estudo teve como objetivos principais investigar a história natural dessas larvas, principalmente aspectos do comportamento e interação com Qualea e formigas, e analisar seu possível efeito sobre o mutualismo formiga-Q.grandiflora. Durante observações de campo comprovamos que formigas e outros insetos visitantes dos NEFs podem ficar presos ao abrigo larval e servir de alimento para o díptero. Larvas de Rhinoleucophenga sp. nov. ocorrem em 85% dos indivíduos de Q. grandiflora, principalmente na época chuvosa ocupando preferencialmente nectários ativos, perto do ápice e na face abaxial dos ramos. No levantamento da mirmecofauna visitante de Q. grandiflora encontramos 27 morfoespécies de formigas, sendo as duas mais frequentes Camponotus crassus, e uma espécie do gênero Brachymyrmex, as mesmas que foram mais comumente encontradas presas aos abrigos das larvas mirmecófagas. Vimos que as larvas expõem uma substância líquida na abertura de seu abrigo, que comprovamos possuir composição química muito similar a do néctar extrafloral de Q. grandiflora, o que sugere que as larvas utilizam o néctar da própria planta para atrair suas presas. Na presença de larvas de Rhinoleucophenga, menos formigas visitam as plantas e também por menos tempo. Esse forrageamento diferenciado resultou em menor ataque de formigas a cupins vivos (herbívoros simulados). Além disso, na presença das larvas mirmecófagas houve maior abundância de herbívoros mastigadores e maior área foliar removida por herbívoros. Podemos afirmar que as larvas de Rhinoleucophenga sp. nov. utilizam o recurso da planta sem beneficiá-la. Além disso, as larvas do díptero também prejudicam a planta e suas formigas mutualísticas, uma vez que alimentando-se delas, aumentam a incidência de herbívoros e a herbivoria foliar na planta. Dessa forma, as larvas de Rhinoleucophenga sp. nov. estão agindo como exploradoras e do mutualismo formiga-Qualea grandiflora e predadoras de topo, causando efeito cascata nesse sistema / Abstract: Exploiters of mutualism - individuals that use resources/services offered by mutualists giving nothing in return - can cause serious damages to mutualists, especially when it involves the death of one of the partners. Plants bearing EFNs usually maintain mutualism with aggressive ants, which defend the plant against herbivores. In a cerrado area at Itirapina (SP), we found a new dipteran species of the genus Rhinoleucophenga (Drosophilidae) whose larvae construct sticky shelters on top of active EFNs of Q. grandiflora. Field observations revealed those ants and others insects that visit the EFNs can get trapped at the sticky larval shelters, and are consumed by the larvae. We hypothesized that Rhinoleucophenga larvae could be interfering with the ant-Qualea mutualism, and thus be acting as an exploiter of this interaction. Here, we investigate the natural history of Rhinoleucophenga larvae, mainly its behavior and association with ants and Qualea, and their possible effect on the ant-Qualea mutualism. Larvae of Rhinoleucophenga sp. nov. occur in 85% of the individuals of Qualea grandiflora inspected at Itirapina. Rhinoleucophenga larvae occur mostly during the rainy season, mainly at the apex and abaxial surface of the branches. We found 27 ant species visiting Qualea. The two most frequent visiting species, Brachymyrmex sp. 1 and Camponotus crassus, were most common insects trapped at larval shelters. Chemical analyses revealed that Rhinoleucophenga larvae use Qualea's extrafloral nectar to attract insect prey to their shelters. Qualea branches infested by ant-preying Rhinoleucophenga larvae had ant visitors for less time and in lower numbers than dipteran-free branches. This negative effect on ant foraging activity resulted in decreased levels of ant aggression to live termite-baits (i.e., simulated herbivores) on leaves of dipteran-infested compared to dipteran-free branches. Controlled field experiments demonstrated that branches hosting Rhinoleucophenga larvae had higher numbers of chewing herbivores and higher levels of foliar herbivory than dipteran-free branches. By using Qualea's EFNs as larval shelters and as attractants to ant prey, larvae of Rhinoleucophenga sp. nov. negatively affect both the plant and ant visitors, with cascading effects ultimately resulting in increased herbivore damage to leaves. Thus we can conclude that ant-eating Rhinoleucophenga larvae are acting as exploiters of the mutualism between ants and Q. grandiflora and also as top predator, causing cascade effect on this system / Mestrado / Ecologia / Mestra em Ecologia