Submitted by Fernanda Rodrigues de Lima (fernanda.rlima@ufpe.br) on 2018-10-31T22:49:02Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO Camila Dias Barros Medeiros.pdf: 2714036 bytes, checksum: ea2c2c7cdb69e9246ade5b1dbd88da17 (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2019-01-25T14:17:52Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Camila Dias Barros Medeiros.pdf: 2714036 bytes, checksum: ea2c2c7cdb69e9246ade5b1dbd88da17 (MD5) / Made available in DSpace on 2019-01-25T14:17:52Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Camila Dias Barros Medeiros.pdf: 2714036 bytes, checksum: ea2c2c7cdb69e9246ade5b1dbd88da17 (MD5) Previous issue date: 2015-02-12 / CAPES / A cera epicuticular tem sido apontada como uma adaptação física importante a uma grande gama de fatores ambientais, como secas, alta irradiância e herbivoria. Em um ambiente caracterizado por um regime de chuvas irregulares, como o semiárido brasileiro, ela pode atuar como um fator determinante do conjunto de espécies capazes de se estabelecer em diferentes estágios do processo de regeneração natural. Apesar de ser reconhecida como um componente importante do sistema de defesa das folhas contra a perda de água para o ambiente, ainda não foi esclarecido de que maneira a cera epicuticular interfere no metabolismo foliar. Nesse trabalho, investigamos como a cera epicuticular contribui para a redução da perda de água para o ambiente e o seu impacto nas trocas gasosas em diferentes estádios do processo de sucessão ecológica. Para tanto, utilizamos indivíduos de Aspidosperma pyrifolium (Mart.) de mesma idade, localizados em três áreas em diferentes estádios do processo de sucessão: inicial, intermediário e tardio. Em cada indivíduo foram avaliadas folhas intactas e folhas que sofreram remoção mecânica da cera epicuticular das faces abaxial e adaxial, utilizando uma solução de goma arábica (1,5 g. mL⁻¹). Avaliamos as trocas gasosas, o status hídrico e o teor de ceras epicuticulares, fenóis e pigmentos fotossintéticos. As medições foram realizadas no mês de Maio de dois anos consecutivos, com baixa (2013) e alta (2014) pluviosidade. Os dados foram submetidos à análise de variância (ANOVA) dois fatores, seguida do teste de Student Newman Keul’s a 5% de probabilidade. Os resultados mostraram que a cera contribui fortemente para a manutenção de altas taxas fotossintéticas nas folhas, que são capazes de manter seus estômatos abertos por mais tempo e com maior eficiência no uso da água mesmo no ano mais seco. Em 2013, o menor potencial hídrico e as maiores taxas de fotossíntese foram encontrados nos indivíduos do estádio inicial, mas em 2014 as maiores taxas fotossintéticas foram encontradas nos estádios intermediário e tardio. O teor de clorofila a, carotenoides e fenóis foi mais elevado no ano de 2014 e semelhante entre os diferentes estádios sucessionais. No ano de 2013, o teor de cera das folhas foi maior do estádio inicial ao tardio, mas no ano de 2014 não apresentou diferença entre os estádios sucessionais, sendo sempre igual ou inferior ao ano anterior. Nossos resultados indicam que as ceras epicuticulares ajudam a proteger as folhas contra a dessecação, pois promovem uma barreira física à perda de água, permitindo, assim, que elas mantenham seus estômatos abertos e consigam fixar mais CO₂. A cera epicuticular exerce um papel importante nas folhas de A. pyrifolium, contribuindo fortemente para a manutenção de altas taxas de trocas gasosas com maior eficiência no uso da água, independentemente do estádio sucessional. / The epicuticular wax has been named as an important physical adaptation to a great range of environmental factors as drought, high irradiance and herbivory. In a typically irregular rainfall environment, as the Brazilian semiarid, it can act as a determining factor of the set of species capable of stablishing at the different stages of the natural regeneration process. Despite being known as an important element of the leaves defense system against environmental water loss, it has not been clarified how the epicuticular wax intervenes on the leaf metabolism. On the present work we investigated how the epicuticular wax contributes to the reduction of environmental water loss and its impact on gas exchanges on different stages of ecological succession. In order to do so we used same aged Aspidosperma pyrifolium (Mart.) subjects located on three areas at the different stages of the succession process: early, mid and late. In each subject we evaluated intact leaves and leaves that went through a mechanical removal of their adaxial and abaxial epicuticular waxes, using a Arabic gum solution (1,5 g. mL⁻¹). We evaluated gas exchanges, water status and the epicuticular wax, phenols and photosynthetic pigments contents. The measurements were performed on May from two consecutive years with low (2013) and high (2014) rainfall. Data was submitted to a factorial nested variance analysis (ANOVA) followed by a de Student Newman Keul’s test at 5% probability. The results show that the wax strongly improves the maintenance of high photosynthetic rates on the leaves which are capable of keeping their stomata open longer and with higher water use efficiency even on the dryer year. In 2013 the lowest water potential and photosynthetic rates were found in the early stage individuals, but in 2014 the higher photosynthetic rates were found on the mid and late successional stages. The leaves chlorophyll a, carotenoids and phenols contents were higher on 2014 and similar between different successional stages. In 2013 the leaves wax content was higher from the early to the late stage, but in 2014 it was equal between successional stages, and lower than the previous year. Our results indicate that the epicuticular wax helps protect the leaves against desiccation by promoting a physical barrier against water loss, thereafter allowing them to keep their stomata open and fixate more CO₂. The epicuticular wax exerts an important role on A. pyrifolium’s leaves, strongly contributing to the conservation of high gas exchange rates and water use efficiency, regardless of the successional stage.

Submitted by Chaylane Marques (chaylane.marques@ufpe.br) on 2015-03-10T18:52:51Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) dissertação_Karla figueiredo_biblioteca.pdf: 606686 bytes, checksum: bbaea8571105f820fa50bca83c5b1c78 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-10T18:52:51Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) dissertação_Karla figueiredo_biblioteca.pdf: 606686 bytes, checksum: bbaea8571105f820fa50bca83c5b1c78 (MD5) Previous issue date: 2012 / CAPES / O objetivo do trabalho foi avaliar o efeito da restrição hídrica e da remoção da cera epicuticular no mecanismo de trocas gasosas em Jatropha curcas L. e Jatropha mollissima (Pohl) Baill., em casa de vegetação. O experimento obedeceu ao delineamento em blocos ao acaso, com 2 espécies, 2 tratamentos (controle e estressado - 80% e 25% da capacidade do pote, respectivamente), 2 tipos de folha (com e sem cera) e 7 repetições. Foram analisados conteúdo hídrico relativo (CHR), condutância estomática (gs), assimilação (PN), transpiração (E), temperatura foliar (Tf), teor e composição da cera e os n-alcanos cuticulares. Além disso, carboidratos solúveis totais (CST), aminoácidos livres totais (ALT), proteínas solúveis totais (PST) e o conteúdo de clorofila também foram avaliados. Ambas as espécies mantiveram o CHR elevado mesmo sob restrição hídrica (J. cucas: 70-80%; J. mollissima: 80-90%) e apresentaram eficiente controle estomático que refletiu em reduções nas taxas de assimilação e transpiração nas plantas sob estresse hídrico. As folhas dos indivíduos que tiveram a cera epicuticular removida apresentaram taxas reduzidas de gs, PN e E apenas nos primeiros dias do estresse, atingindo valores semelhantes aos seus grupos de referência a partir do quinto dia do estresse. Ainda, as duas espécies apresentaram Tf superior a temperatura ambiente e um aumento foi observado em plantas sob restrição hídrica. A Tf também foi afetada pela remoção da cera, com as folhas desse tratamento apresentando de 1,5 °C a 2,5 °C a mais que sua folhas de referência. Foi observado também, aumento de aproximadamente 70% no teor de cera epicuticular nos indivíduos sob restrição hídrica, entretanto, uma análise qualitativa do extrato da cera epicuticular não mostrou diferenças na composição química de acordo com o tratamento hídrico, sendo composta predominantemente por ácidos graxos/triterpenos ácidos, triterpenos alcoólicos/alcoóis primários e n-alcanos. Mas a análise quantitativa mostrou diferença na abundância relativa dessa classe, com predomínio do C31 (cerca de 45%) em J. mollissima e do C29 (cerca de 30%) em J. curcas. Apesar das alterações nas trocas gasosas não foi observado diferença quanto ao metabolismo de CST, ALT, PT e clorofila. Os resultados sugerem que plantas jovens de J. mollissima e J.curcas são capazes de tolerar déficit hídrico, mantendo seu metabolismo e que a integridade da cera é fundamental para manutenção das trocas gasosas.

Este trabalho explora as propriedades óticas das plantas no infravermelho termal para avaliar como esse tipo de dado poderia ser usado em estudos de ecossistemas, tanto no laboratório, quanto no campo, ou com sensoriamento remoto, e também, para analisar vários aspectos da química de diferentes espécies. Espectros de refletância total atenuada (ATR) das folhas mostram bandas de absorção devidas às vibrações moleculares de diferentes compostos, e quando ATR de folhas frescas foi comparado com espectros de compostos padrões selecionados, foi possível relacionar bandas das folhas com bandas de celulose, cutina, sílica ( quartzo microcristalino), água e triterpeno ácido. Usando um procedimento de busca foi possível localizar espécies com características químicas semelhantes, dentro de uma biblioteca espectral. Potenciais fontes de variações foram exploradas para compreender se o ATR poderia ser usado na identificação de espécies. Variações temporais, espaciais e posicionais. Por exemplo, folhas de sol mostraram diferenças espectrais de folhas de sombra. Espectros das superfícies adaxiais quase sempre eram diferentes das abaxiais. Indivíduos da mesma espécies quase sempre mostraram espectros muito similares. Numa simulação de um estudo ecológico de campo usando ATR como ferramenta para a identificação de espécies, 82% dos indivíduos foram corretamente identificados. Imagens de microscopia de varredura (SEM) das folhas foram usadas com medidas de refletância hemisférica direcional (DHR) para estudar os efeitos da tridimensionalidade estrutural sobre o comportamento espectral. Por exemplo, estruturas formadas pelas ceras na superfície foliar podem causar atenuação das características espectrais devidas ao efeito Holblaum (de cavidade). Medidas de DHR podem ser relacionadas à emissividade pela lei de Kirchhoff (ε=1-R), e por isso é importante compreende-las, pelas informações que podem estar disponíveis por sensoriamento remoto. Para explorar os efeitos da estrutura do dossel nos espectros, medidas de emissividade foram feitas usando um espectrômetro de campo. Os dados mostram, pela primeira vez, que é possível discriminar características de emissividade espectral de plantas daquelas do ambiente ao redor. Medidas espectrais feitas com distâncias horizontais crescentes de alguns dosséis de árvores mostraram uma atenuação progressiva das características de emissividade espectral, devido ao número crescente de cavidades no campo de visão, e problemas de correção atmosférica. Apesar disso, há potencial no estudo de plantas usando sensoriamento remoto no infravermelho termal. Um sensor em plataforma de avião operando na janela atmosférica entre 8-14 m teria que ter uma alta razão sinal-ruído, e um campo de visão pequeno que permittise medidas das folhas individualmente. Métodos de calibragem e algoritmos para análises espectrais precisariam ser refinados a fim de permitir a extração das características sutis de emissividade das plantas. / This work explores the thermal infrared spectral properties of plants to evaluate how such data might be used in laboratory, field, and remote sensing studies of ecosystems, and to analyze diverse chemical aspects of plant species. Attenuated total reflectance (ATR) spectra of plant leaves display absorption bands caused by the fundamental molecular vibrations of various compounds. By comparing ATR spectra of fresh leaves to reference spectra of selected pure compounds, it was possible to assign a number of leaf absorption bands related to cellulose, cutin, silica ( quartz micro-crystalline), water and acid triterpene. By using spectral search/match procedures it was possible to locate species within a database of leaf spectra that had similar chemical characteristics. Potential sources of spectral variation were explored, including temporal, spatial, and positional variations. For example, sun leaves showed spectral differences compared to shaded leaves. Spectra of adaxial leaf surfaces were commonly different from those of abaxial surfaces. Individuals of the same species consistently showed very similar spectra. In a simulated ecological study using field ATR measurements as a tool for species identification 82% of the individuals were correctly identified. Scanning electron microscope images were utilized in conjunction with directional hemispherical reflectance (DHR) measurements of leaves to study 3-dimensional structural effects on spectral behavior. For example, small-scale structures formed by waxes on a leaf surface can cause the attenuation of spectral features due to the Holblaum (cavity) effect. DHR measurements can be linked to emissivity using Kirchhoff’s law (ε=1-R), and therefore are relevant to understanding the kinds of information concerning plants that may be available via remote sensing. Finally, to explore the effects of canopy structure on spectra, direct emissivity measurements were made by using a field spectrometer. The data show, for the first time, that it is possible to discriminate spectral emissivity features of plants from those of the surrounding environment. Spectral measurements made at increasing horizontal distances from several tree canopies showed progressive attenuation of the spectral emissivity features. This attenuation is ascribed to the increasing proportion of canopy voids in the instrument field of view, and to increased surface scattering effects. Errors associated with removal of atmospheric features also contributed to the loss of spectral information at greater measurement distances. Despite these problems, there is untapped potential for using thermal infrared remote sensing measurements to study plants. To be effective an airborne sensor operating in the 8-14 m atmospheric window would need high signal-to-noise and a small instantaneous field of view to enable measurements of individual leaf surfaces. Data calibration methods and spectral analysis algorithms would also require refinement to permit the extraction of subtle plant emissivity features.

Este trabalho explora as propriedades óticas das plantas no infravermelho termal para avaliar como esse tipo de dado poderia ser usado em estudos de ecossistemas, tanto no laboratório, quanto no campo, ou com sensoriamento remoto, e também, para analisar vários aspectos da química de diferentes espécies. Espectros de refletância total atenuada (ATR) das folhas mostram bandas de absorção devidas às vibrações moleculares de diferentes compostos, e quando ATR de folhas frescas foi comparado com espectros de compostos padrões selecionados, foi possível relacionar bandas das folhas com bandas de celulose, cutina, sílica ( quartzo microcristalino), água e triterpeno ácido. Usando um procedimento de busca foi possível localizar espécies com características químicas semelhantes, dentro de uma biblioteca espectral. Potenciais fontes de variações foram exploradas para compreender se o ATR poderia ser usado na identificação de espécies. Variações temporais, espaciais e posicionais. Por exemplo, folhas de sol mostraram diferenças espectrais de folhas de sombra. Espectros das superfícies adaxiais quase sempre eram diferentes das abaxiais. Indivíduos da mesma espécies quase sempre mostraram espectros muito similares. Numa simulação de um estudo ecológico de campo usando ATR como ferramenta para a identificação de espécies, 82% dos indivíduos foram corretamente identificados. Imagens de microscopia de varredura (SEM) das folhas foram usadas com medidas de refletância hemisférica direcional (DHR) para estudar os efeitos da tridimensionalidade estrutural sobre o comportamento espectral. Por exemplo, estruturas formadas pelas ceras na superfície foliar podem causar atenuação das características espectrais devidas ao efeito Holblaum (de cavidade). Medidas de DHR podem ser relacionadas à emissividade pela lei de Kirchhoff (ε=1-R), e por isso é importante compreende-las, pelas informações que podem estar disponíveis por sensoriamento remoto. Para explorar os efeitos da estrutura do dossel nos espectros, medidas de emissividade foram feitas usando um espectrômetro de campo. Os dados mostram, pela primeira vez, que é possível discriminar características de emissividade espectral de plantas daquelas do ambiente ao redor. Medidas espectrais feitas com distâncias horizontais crescentes de alguns dosséis de árvores mostraram uma atenuação progressiva das características de emissividade espectral, devido ao número crescente de cavidades no campo de visão, e problemas de correção atmosférica. Apesar disso, há potencial no estudo de plantas usando sensoriamento remoto no infravermelho termal. Um sensor em plataforma de avião operando na janela atmosférica entre 8-14 m teria que ter uma alta razão sinal-ruído, e um campo de visão pequeno que permittise medidas das folhas individualmente. Métodos de calibragem e algoritmos para análises espectrais precisariam ser refinados a fim de permitir a extração das características sutis de emissividade das plantas. / This work explores the thermal infrared spectral properties of plants to evaluate how such data might be used in laboratory, field, and remote sensing studies of ecosystems, and to analyze diverse chemical aspects of plant species. Attenuated total reflectance (ATR) spectra of plant leaves display absorption bands caused by the fundamental molecular vibrations of various compounds. By comparing ATR spectra of fresh leaves to reference spectra of selected pure compounds, it was possible to assign a number of leaf absorption bands related to cellulose, cutin, silica ( quartz micro-crystalline), water and acid triterpene. By using spectral search/match procedures it was possible to locate species within a database of leaf spectra that had similar chemical characteristics. Potential sources of spectral variation were explored, including temporal, spatial, and positional variations. For example, sun leaves showed spectral differences compared to shaded leaves. Spectra of adaxial leaf surfaces were commonly different from those of abaxial surfaces. Individuals of the same species consistently showed very similar spectra. In a simulated ecological study using field ATR measurements as a tool for species identification 82% of the individuals were correctly identified. Scanning electron microscope images were utilized in conjunction with directional hemispherical reflectance (DHR) measurements of leaves to study 3-dimensional structural effects on spectral behavior. For example, small-scale structures formed by waxes on a leaf surface can cause the attenuation of spectral features due to the Holblaum (cavity) effect. DHR measurements can be linked to emissivity using Kirchhoff’s law (ε=1-R), and therefore are relevant to understanding the kinds of information concerning plants that may be available via remote sensing. Finally, to explore the effects of canopy structure on spectra, direct emissivity measurements were made by using a field spectrometer. The data show, for the first time, that it is possible to discriminate spectral emissivity features of plants from those of the surrounding environment. Spectral measurements made at increasing horizontal distances from several tree canopies showed progressive attenuation of the spectral emissivity features. This attenuation is ascribed to the increasing proportion of canopy voids in the instrument field of view, and to increased surface scattering effects. Errors associated with removal of atmospheric features also contributed to the loss of spectral information at greater measurement distances. Despite these problems, there is untapped potential for using thermal infrared remote sensing measurements to study plants. To be effective an airborne sensor operating in the 8-14 m atmospheric window would need high signal-to-noise and a small instantaneous field of view to enable measurements of individual leaf surfaces. Data calibration methods and spectral analysis algorithms would also require refinement to permit the extraction of subtle plant emissivity features.

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

Os 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.

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.

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.

The main function of cuticular lipids in insects is to limit water loss through the surface. However they are also involved in various types of chemical communication between species and reduced penetration insecticides chemicals, and toxins as well as provide protection against the attack of microorganisms, parasites and predators. Numerous species of insect vectors of highly virulent diseases of plants, play a critical role as agricultural pests as in the case of Rhynchophorus palmarum which is vector in nematode transmitter red ring disease is responsible for causing damage to the agricultural economy of palm trees, in particular coconut in various regions of the country. However, the susceptibility or resistance of various insect species, infection can result from several factors, including differences in structure and composition of the exoskeleton, and the presence of antimicrobial compounds in the cuticle. The role of the host surface lipids in the pathogenesis of insects is still poorly understood. The determination of cuticular lipids profile is therefore of great importance to understanding insect susceptibility or resistance to infection. This study aimed to characterize the cuticular profile adult insect R. Palmarum male and female, and evaluate the presence of antimicrobial activity. The analyzes were performed by gas chromatography-mass spectrometry of the hexane fractions (extract I) and dichloromethane (extract II and III). the main cuticular components were identified as hydrocarbons, alcohols, ketone and aldehyde, both in male and in female, including the presence of alkanes (C25; C27; C43) trimethyl-alkane (C40) identified in the extract II female insect unsaturated hydrocarbons (C20:5) in the extract I female and male, and methyl branched alkene (C24:6) only in female extract II. They identified 10 fatty acid esters of C14 to C23, with variation between the sexes in C22:0, C18:1, C21:0 and C20:2. Showed relevant amounts of C16 and C18, the common cuticular lipids extract (II) and internal (III). The extracted chitin cuticle, chitosan and derivative thereof, in the study were characterized by IR and X-ray diffraction. The extracts of cuticle were satisfactory inhibition against Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Candida albicans and Candida tropicalis. / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas / A principal função dos lipídios cuticulares em insetos é limitar a perda de água através da superfície. Porém também estão envolvidos em vários tipos de comunicação química entre espécies e redução da penetração de inseticidas, produtos químicos e toxinas além de fornecer proteção contra o ataque de microorganismos, parasitas e predadores. Numerosas espécies de insetos transmissores de doenças altamente virulentas de plantas, desempenham um papel crítico como pragas agrícolas, como é o caso do Rhynchophorus palmarum que é vetor no nematoide transmissor da doença Anel vermelho responsável por causar danos à economia agrícola de palmeiras, em especial o coqueiro, em diversas regiões do país. No entanto, a susceptibilidade ou resistência de várias espécies de insetos a infecção pode resultar de vários fatores, incluindo as diferenças de estrutura e composição do exoesqueleto, assim como a presença de compostos antimicrobianos na cutícula. O papel dos lipídios de superfície de acolhimento na patogênese de insetos ainda é pouco compreendida. A determinação do perfil de lipídeos cuticulares é, portanto, de grande importância para a compreensão da suscetibilidade do inseto ou a resistência à infecção. Este estudo teve como objetivo caracterizar o perfil cuticular do inseto adulto R. palmarum macho e fêmea, e avaliar a presença de atividade antimicrobiana. As análises foram executadas por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massa das frações cuticulares em hexano (extrato I) e diclorometano (extrato II e III). Foram identificados os principais constituintes cuticulares, como hidrocarbonetos, álcoois, cetona e aldeído, tanto em macho quanto em fêmea, incluindo a presença de alcanos (C25; C27; C43), trimetil-alcano (C40), identificado no extrato II do inseto fêmea, hidrocarboneto insaturado (C20:5) no extrato I fêmea e macho, e alceno metil- ramificado (C24:6) apenas no extrato II da fêmea. Foram identificados 10 ésteres de ácidos graxos de C14 a C23, com variação entre os sexos em C22:0, C18:1, C21:0 e C20:2. Apresentou quantidade relevante de C16 e C18, comum no extrato de lipídeos cuticulares (II) e internos (III). A quitina extraída da cutícula, e o seu derivado quitosana, foram caracterizados em estudo por infravermelho e por difração de raio- X. Os extratos da cutícula apresentaram inibição satisfatória contra Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Candida albicans e Candida tropicalis.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-07-27T12:03:27Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Dissertação_SilviaPereira..pdf: 1700069 bytes, checksum: de95e5af421e528465694aadb5cdee58 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-27T12:03:27Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Dissertação_SilviaPereira..pdf: 1700069 bytes, checksum: de95e5af421e528465694aadb5cdee58 (MD5) Previous issue date: 2016-02-23 / CAPES / Adaptações e mecanismos de tolerância à seca são fatores fundamentais para a sobrevivência das espécies vegetais de clima árido ou semiárido. É devido a adaptações como área foliar, profundidade de raízes, manutenção do status hídrico, espessura da cutícula e densidade estomática que tais espécies obtêm sucesso neste ambiente. Contudo, diante das mudanças climáticas há a necessidade de avaliação da eficiência desses mecanismos diante de uma condição ainda mais limitante. Dessa forma, nosso objetivo foi analisar os principais mecanismos fisiológicos de tolerância a seca de Cynophalla flexuosa (L.) J.Presl., uma espécie lenhosa e sempre verde de uma floresta tropical sazonalmente seca, avaliando de que forma a cera epicuticular (CE) das folhas dessa espécie são eficientes diante das condições do seminário em diferentes épocas do ano. O trabalho foi realizado em três períodos (julho de 2014, dezembro de 2014 e fevereiro de 2015), ao longo de um dia em uma área de Caatinga, utilizando folhas intactas e com parte da CE removida mecanicamente. Foi calculado o balanço hídrico do solo e mensurado o potencial hídrico foliar, trocas gasosas, fluorescência da clorofila a, bioquímica e anatomia foliar. Foi observado que C. flexuosa reduz seu potencial hídrico foliar nos horários mais quentes, sendo uma espécie anisohídrica, capaz de manter sua condutância estomática mesmo diante de um balanço hídrico negativo do solo em todos os períodos de avaliação. A concentração da CE foi maior no mês de fevereiro e seu principal componente foram as cadeias de n-alcanos, compostos muito eficientes em manter a impermeabilidade da cutícula e proteger as folhas. O desempenho fotossintético não mostrou alterações ao longo do dia em folhas que tiveram a CE removida, além da manutenção do metabolismo bioquímico, com poucas variações nos diferentes períodos avaliados. Diante disso, C. flexuosa possui eficientes mecanismos de adaptação à seca, podendo suportar ambientes ainda mais limitantes, como o previsto para as próximas décadas devido às mudanças climáticas. / Adaptations and drought tolerance mechanisms are key factors for the survival of plant species in arid or semi-arid climate. It is due to adaptations such as leaf area, depth of roots, maintenance of water status, cuticle thickness and stomatal density these species succeed in this environment. However, given the climate change there is a need of efficiency evaluation of these mechanisms before a further limiting condition. Therefore, our objective was to analyze the main physiological mechanisms of drought tolerance of Cynophalla flexuosa (L.) J.Presl., a woody and evergreen specie in a seasonally dry tropical forest, assessing how the leaves epicuticular wax (EW) of this species are efficient before the semiarid conditions in different seasons. The study was conducted in three periods (July 2014, December 2014 and February 2015), throughout the one day in an area of Caatinga, using intact leaves and the EW removed mechanically. We calculated the the hydric balance of the soil and measured leaf water potential, gas exchange, chlorophyll fluorescence, biochemistry and leaf anatomy. It was observed that C. flexuosa reduces its leaf water potential at the hottest times, one anisohydric species, able to maintain its stomatal conductance in the face of a negative soil water balance in all evaluation periods, which reduced its xylem potential. The concentration of EW was higher in the month of February and its main component was n-alkane chains, very efficient compounds in maintaining a waterproof cuticle and protect the leaves. The photosynthetic performance showed no change throughout the day in leaves that had the EW removed, as well as maintenance the biochemical metabolism, with few variations in different periods. Therefore, C. flexuosa has efficient mechanisms of adaptation to drought and can withstand even more limiting environments, as predicted in the coming decades due to climate change.