Thesis (M.S.)--University of Nevada, Reno, 2008. / "December, 2008." Includes bibliographical references (leaves 53-59). Online version available on the World Wide Web.

Submitted by Nuzia Santos (nuzia@cpqrr.fiocruz.br) on 2015-11-20T17:24:52Z No. of bitstreams: 1 PACIDÔNIO.pdf: 32476477 bytes, checksum: a96cf41a7daea427bc40612b36dfc340 (MD5) / Approved for entry into archive by Nuzia Santos (nuzia@cpqrr.fiocruz.br) on 2015-11-20T17:25:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PACIDÔNIO.pdf: 32476477 bytes, checksum: a96cf41a7daea427bc40612b36dfc340 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-20T17:25:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PACIDÔNIO.pdf: 32476477 bytes, checksum: a96cf41a7daea427bc40612b36dfc340 (MD5) Previous issue date: 2015 / Fundação Oswaldo Cruz. Centro de Pesquisa Rene Rachou. Belo Horizonte, MG, Brasil / A dengue é um problema médico crescente em países subtropicais e tropicais. A dengue é uma infecção viral que apresentem quatro sorotipos distintos, DENV-1 a - 4, sendo recentemente relatado o quinto sorotipo, DENV-5, na Malásia. Estes são transmitidos pela picada de mosquitos infectados do gênero Aedes, sendo o Aedes aegypti o principal vetor. Atualmente, a prevenção e controle da dengue dependem exclusivamente de medidas de combate ao vetor, e estas apresentam-se ineficientes, principalmente em países em desenvolvimento. Nesse contexto, há a necessidade da busca de novas estratégias que possam ser utilizadas concomitantemente com as formas de controle já existentes. A Wolbachia é uma bactéria intracelular, amplamente conhecida por promover o fenótipo de bloqueio do vírus dengue em mosquitos A. aegypti. Apesar disto, não se conhece se a Wolbachia é capaz de interferir na infecção da progênie de mosquitos infectados com o vírus dengue, fenômeno conhecido como transmissão vertical. A transmissão vertical pode estar associada com a manutenção do vírus em períodos interepidêmicos ou em locais nos quais a transmissão ativa está diminuída. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar se a Wolbachia introduzida na linhagem brasileira de A. aegypti influencia a transmissão vertical da dengue. Duas metodologias de infecção foram utilizadas: infecção oral e nanoinjeção intratorácica, onde utilizou-se o DENV-4 e DENV-1,-3 e -4, respectivamente. Para estes experimentos, foram comparados mosquitos com Wolbachia (Mel) e uma linhagem de mosquitos tratada com antibiótico e portanto, livre da bactéria (Tet). Os ovos dos mosquitos infectados foram coletados em um período de 20 e 11 dias após a infecção, oral e injeções, respectivamente. A fecundidade e fertilidade, de forma geral, foram diminuídas na co-infecção da Wolbachia com o vírus dengue. Em todos os mosquitos infectados, não se observou diferenças na suscetibilidade ao vírus, porém a carga viral foi diminuída pela Wolbachia no DENV-4, em ambas as formas de infecção. Foi possível a detecção de pools positivos independente da forma de infecção, demonstrando que a transmissão vertical do vírus dengue ocorreu, porém a proporção de pools positivos entre os grupos Mel e Tet não foi alterada. Entretanto, pudemos observar uma diminuição da carga viral nos pools positivos Mel. Os ovários na infecção oral, interessantemente, tiveram uma forte diminuição da suscetibilidade conferida pela Wolbachia. A carga viral dos ovários foi diminuída em DENV-1 e DENV-4, em ambas as formas de infecção. Os dados obtidos nestes experimentos apontam que a transmissão vertical do vírus dengue ocorreu em pequenas taxas. Independente da forma de infecção utilizada, as taxas não variaram, mostrando que os mecanismos que regulam a ocorrência da transmissão vertical precisam ser explorados. Concluímos que, a Wolbachia pode potencialmente ser responsável pela redução da transmissão vertical em campo. Isto é considerado um grande avanço no controle da dengue, se realmente for comprovada que a transmissão vertical é a responsável pela manutenção do vírus em períodos inter-epidêmicos. / Dengue is a growing medical problem in subtropical and tropical countries. Dengue is a viral infection which is known four distinct serotypes, DENV-1 to -4, recently being reported the fifth serotype DENV-5 in Malaysia. These are transmitted by the bite of infected mosquitoes of the genus Aedes, being the main vector Aedes aegypti. Currently, prevention and control of dengue rely solely on anti-vector measures, and these have to be inefficient, especially in developing countries. In this context, there is the need to search for new strategies that can be used concurrently with the forms of existing control. Wolbachia is an intracellular bacterium The widely known for promoting the virus lock phenotype in dengue mosquitoes A. aegypti. Despite this, it is not known if the Wolbachia is able to interfere in the progeny of infected mosquitoes, known as vertical transmission. Vertical transmission may be associated with the maintenance of the virus in inter-epidemic periods or active sites that transmission is decreased. The objective of this study was to evaluate whether Wolbachia introduced in the Brazilian strain of A. aegypti influences the vertical transmission of dengue. Two methods were used for infection: Oral nanoinjeção intrathoracic infection and, where used DENV-4 and DENV-1, -3 and -4 respectively. For these experiments, mosquitoes were compared with Wolbachia (Mel) and a strain of mosquitoes treated with antibiotics and therefore free of bacteria (Tet). The eggs of infected mosquitoes were collected over a period of 20 and 11 days after infection, orally and injections, respectively. The fecundity and fertility, in general, were reduced in the co-infection of Wolbachia with the dengue virus. In all infected mosquitoes, no differences were observed in susceptibility to the virus, but the viral load was reduced by Wolbachia in DENV-4 in both forms of the infection. Independent positive pools of detection was possible the form of infection, demonstrating that vertical transmission of dengue virus occurred, but the proportion of positive pools between Mel and Tet group was unchanged. However, we observed a decrease in viral load in positive pools Mel. Ovaries in the oral infection, interestingly, had a strong decrease in susceptibility conferred by Wolbachia. The viral load in the ovaries was decreased DENV-1 and DENV-4 in both forms of the infection. The data from these experiments indicate that vertical transmission of dengue virus occurred in small fees. Independent of the infection used, the rates did not change, showing that the mechanisms that regulate the occurrence of vertical transmission need to be explored. We conclude that the Wolbachia could potentially be responsible for the reduction of vertical transmission in the field. This is considered a major breakthrough in dengue control, if it is really proven that vertical transmission is responsible for virus maintenance in inter-epidemic periods

Submitted by Nuzia Santos (nuzia@cpqrr.fiocruz.br) on 2016-06-29T13:44:22Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_BCM_JéssicaBarreto_CPqRR2015.pdf: 29570632 bytes, checksum: 4474e8beef339803539f586d52e9b27d (MD5) / Approved for entry into archive by Nuzia Santos (nuzia@cpqrr.fiocruz.br) on 2016-06-29T13:44:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertacao_BCM_JéssicaBarreto_CPqRR2015.pdf: 29570632 bytes, checksum: 4474e8beef339803539f586d52e9b27d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-29T13:44:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_BCM_JéssicaBarreto_CPqRR2015.pdf: 29570632 bytes, checksum: 4474e8beef339803539f586d52e9b27d (MD5) Previous issue date: 2016 / Made available in DSpace on 2016-07-22T13:24:56Z (GMT). No. of bitstreams: 3 Dissertacao_BCM_JessicaBarreto_CPqRR2015.pdf.txt: 6013 bytes, checksum: 3c416ed5aaca48410b85e3561489de45 (MD5) Dissertacao_BCM_JessicaBarreto_CPqRR2015.pdf: 29570632 bytes, checksum: 4474e8beef339803539f586d52e9b27d (MD5) license.txt: 2991 bytes, checksum: 5a560609d32a3863062d77ff32785d58 (MD5) Previous issue date: 2016 / Fundação Oswaldo Cruz. Centro de Pesquisas René Rachou. Belo Horizonte, MG, Brasil / A bactéria Wolbachia pipientis tem sido investigada como nova estratégia de controle biológico que pode ser usada simultaneamente com as medidas de controle de vetores já existentes. O potencial desse endossimbionte para o controle de doenças transmitidas por vetores está na sua capacidade de induzir diversos efeitos no hospedeiro, dentre eles a capacidade de bloquear patógenos. Nos dias de hoje existem técnicas de transinfecção que permitem criar associações entre Wolbachia e hospedeiros que não abrigam a bactéria naturalmente. Estudos anteriores têm demonstrado que nesses casos o fenótipo de bloqueio é mais intenso em comparação àquele observado em mosquitos com infecção natural. As infecções nativas podem se atenuar depois de um processo de coevolução entre o hospedeiro e o endossimbionte, entretanto, sob condições específicas, possivelmente seja observada uma capacidade residual de interferência a patógenos. Uma dessas circunstâncias pode ser a carga parasitária adquirida pelo vetor em uma alimentação sanguínea. Diante do exposto, realizamos uma análise comparativa entre a capacidade de bloqueio em duas espécies de Aedes infectados com Wolbachia, o mosquito Aedes fluviatilis com a cepa natural wFlu, e o Aedes aegypti transinfectado com a cepa wMel. Mosquitos tratados com tetraciclina foram usadas como controle para cada espécie. Investigamos a capacidade de bloqueio para o Dengue vírus e para o modelo de malária aviária Plasmodium gallinaceum. Os mosquitos foram infectados diretamente em aves com curvas ascendentes de parasitemias ou via alimentação sanguínea artificial e os intestinos foram dissecados 7 dias após infecção para contagem de oocistos. Em outra série de experimentos vírus dengue sorotipo 3 foi adicionado a sangue humano para obter titulações que variaram de 106 a 103 PFU/mLe as cargas virais foram quantificadas aos 7 e 14 dias pós infecção sanguínea por RT-qPCR. Em contraste ao que foi observado para o P. gallinaceum, observamos diferentes respostas ao virus nas duas espécies de Aedes, a cepa wMel induziu forte interferencia a este patógeno enquanto que wFlu levou ao aumento da susceptibilidade no Ae. fluviatilis aos 7 dias pós infecção. Diante desses resultados investigamos a presença do vírus na saliva de Ae. fluviatilis. Mais uma vez foi observado aumento da susceptibilidade dos mosquitos da linhagem wFlu e detectamos a presença do virus em parte das salivas coletadas. Nossos dados sugerem que a cepa wMel não é eficiente no bloqueio do P. gallinaceum, o que indica que a capacidade de interferencia não é uma característica universal para os diferentes patógenos. Constatamos que a carga parasitária não é um fator que induz a capacidade de bloqueio em Ae fluviatilis, já que esse feito não foi observado em nenhuma das parasitemias testadas. Criticamente, demonstramos o potencial aumento da susceptibilidade de Ae. Fluviatilis ao vírus dengue em uma infecção nativa de Wolbachia. Nossos resultados destacaram que a análise da capacidade de bloqueio a patógenos em mosquitos ransinfectados com Wolbachia é complexa e que o estudo de espécies correlatas naturalmente infectadas por este ndossimbionte podem ajudar a esclarecer questões relacionadas com o fenótipo de bloqueio de infecção a patógenos. / Wolbachia pipientis has been investigated as a new biological control strategy that can be used simultaneously with current vector control methods. The potential of this endosymbiont for disease control is its ability to induce various effects on the host, including pathogen blocking. Nowadays there are transinfections techniques that allow to create associations in hosts that not harbor the bacteria naturally. Previous studies have shown that pathogen blocking is stronger in those cases compared to what observed in mosquitoes with a native infection. Natural infections may have attenuated following a long period of co-evolution between host and symbiont. However there may be a residual capacity for blocking in natural strains that could manifest under certain conditions, as according pathogen load acquired by the mosquito during a blood feeding. In this study we conducted a comparative analysis of the effect of pathogen load on the pathogen blocking in two different Wolbachia-infected mosquitoes; the wFlu strain in its natural host, Aedes fluviatilis, and the wMel strain transinfected in Aedes aegypti. Tetracycline treated, Wolbachia-uninfected mosquitoes served as a control line for each species. We looked at pathogen blocking against dengue virus and the model avian malaria parasite Plasmodium gallinaceum. Malaria infections were conducted either by feeding directly on an infected chicken, over several day throughout the course of P. gallinaceum infection, or by artificial feeding. Plasmodium oocyst numbers were counted at 7dpi. Neither mosquito species displayed consistent pathogen blocking, nor was there a change in the effect of either Wolbachia strain at lower pathogen loads. Dengue virus in cell culture was mixed with human blood to produce different final concentrations that ranged from 106 to 103 PFU/mL, virus levels were quantified at 7 and 14 days pos blood infection by RT-qPCR. In contrast to P. gallinaceum, we observed a differential response to DENV for the two species, with wMel producing a strong blocking effect when viral loads were sufficient for mosquitoes to become infected. On the other hand, wFlu appeared to increase susceptibility to DENV, as infection rates were higher than in Wolbachia-uninfected Ae. fluviatilis at 7dpi. Because of these results we investigated the vector competence of Ae. fluviatilis. We were able to detect the presence of the virus in a small portion of Ae. fluviatilis saliva. We again observed that wFlu enhanced susceptibility rates at the whole body level, however Wolbachia appeared to decrease the prevalence of virus in the saliva. Our data suggest firstly that wMel is effective at blocking P. gallinaceum, which indicates that pathogen blocking is not ubiquitous for all pathogens even among transinfections. Lower pathogen loads did not induce pathogen blocking in infected Ae. fluviatilis, which suggests that induction of the phenotype, is not dependent on the amount of pathogen ingested by the mosquito. Critically, we firstly demonstrated a potential pathogen enhancement effect for a native Wolbachia infection and dengue virus. However, the fact that wFlu appears to reduce DENV levels in saliva, may indeed be evidence that a latent pathogen blocking persists in this association.Overall, our results provide further evidence of the complexity of the pathogen blocking response, and highlight the insight that can be gained by studyi ng the phenotype in native strain.

Embora muitos aspectos sobre a história de vida dos isópodos terrestres na América do Sul tenham sido investigados, alguns ainda são desconhecidos. Entre estes, está a relação simbiótica entre os isópodos terrestres e Wolbachia pipientis, uma espécie de alpha-proteobactéria, considerada um parasito intracelular obrigatório que infecta espécies de nematóides e praticamente todos os grupos de artrópodos, incluindo os isópodos terrestres (Oniscidea). Apesar de contestada, a filogenia mais aceita inclui as linhagens de Wolbachia em oito supergrupos (A-H), a partir da qual a transmissão horizontal (entre taxons) é corroborada. Wolbachia está presente em vários tecidos do hospedeiro, principalmente em tecidos reprodutivos e propaga-se por via materna para a prole, utilizando como estratégia de disseminação, a produção de fêmeas ao longo das gerações. Esse aumento na proporção de fêmeas surge como consequência dos fenótipos induzidos gerados pela interação Wolbachia-hospedeiro. A cotransmissão de Wolbachia e outros elementos presentes no citoplasma (p. ex. mitocôndrias) gera um desequilíbrio de ligação entre os mesmos. Este fenômeno juntamente com a taxa de transmissão vertical, competição entre linhagens e ancestralidade da invasão são fatores que podem contribuir para alterações na estruturação do mtDNA nas populações hospedeiras. Todas essas características fazem de Wolbachia um fator que pode estar envolvido no processo de especiação. O presente trabalho descreve o primeiro registro de Wolbachia em espécies de isópodos terrestres endêmicas da América do Sul, mais especificamente em duas espécies do gênero Balloniscus (Crustacea, Oniscidea). No total, foram observadas 16 novas linhagens em populações distribuídas ao longo da Planície Costeira do Rio Grande do Sul. A partir de uma abordagem populacional, observou-se variação nas prevalências intra e interespecíficas. Em média, as prevalências foram mais altas em populações de B. glaber do que em relação a B. sellowii. Todas as linhagens encontradas situaram-se dentro do Supergrupo B, no qual situam-se também as demais linhagens presentes em isópodos terrestres. Entretanto, as topologias geradas sugerem rotas de transmissão horizontais alternativas para as linhagens de Wolbachia encontradas em ambas as espécies de Balloniscus. A partir da idéia de impacto de Wolbachia sobre a estruturação do mtDNA, foi realizado um estudo genético populacional ao longo da Planície Costeira do Rio Grande do Sul baseado no gene COI. Apesar dos fracos indícios do impacto de Wolbachia sobre a estruturação do mtDNA, outros resultados foram alcançados. A história geológica de formação da Planície Costeira do Rio Grande do Sul parece ser diretamente associada aos agrupamentos (clados) observados. Os clados I, II e III incluiram populações de B. sellowii, enquanto que o clado IV foi composto exclusivamente por populações de B. glaber. As análises filogenéticas e a análise da variação genética entre as duas espécies sugeriram que existe um grande complexo composto pelas populações de B. sellowii e, possivelmente B. glaber seria uma espécie derivada de B. sellowii. Além disso, as análises sugerem ainda a população de São Lourenço do Sul (B. sellowii) pode se tratar ou de uma linhagem muito basal dentro do complexo B. sellowii ou de uma nova espécie. Essa populaçào apresentou os níveis de diversidade mais elevados, sendo lançada a hipótese de que Wolbachia poderia estar envolvida no polimorfismo observado. / Although many aspects of the life history of South American terrestrial isopods have been investigated, some of them are still unknown. Among them is the symbiotic interaction between terrestrial isopods and Wolbachia pipientis, an alpha-proteobacteria, considered an obliglate intracellular parasite which infects nematodes species and almost all arthropods groups, including terrestrial isopods (Oniscidea). Despite some disagreements, the most accepted Wolbachia phylogeny is comprised by eight supergroups (A-H), from which the horizontal transmission is corroborated. Wolbachia, is found in several tissues, mainly in reproductive ones; it is maternally disseminated to the progeny using as strategy, the production of females over the generations. This increase in female proportion arises as a consequence of induced phenotypes generated by the interaction between Wolbachia and its host. The cotransmission between Wolbachia and other cytoplasm elements (e.g mitochondria) creates linkage disequilibrium between them. This phenomenon together with the vertical transmission, competition between lineages and ancestry of the invasion are factors that may contribute to changes in the mtDNA structure over host populations. All these characteristics make Wolbachia a factor that may be involved in the process of speciation. This study shows the first record of Wolbachia in endemic South American terrestrial isopods, specifically in two species of the genus Balloniscus (Crustacea, Oniscidea). Overall, 16 new strains were observed in populations distributed along the coastal plain of Rio Grande do Sul. Based on a population approach, we observed variation in intra and interspecific prevalences. On average, the prevalence was higher in B. glaber than in B. sellowii populations. All strains were grouped in supergroup B, in which all Wolbachia strains found in terrestrial isopods are situated. However, the topologies indicated alternative routes for horizontal transmission of Wolbachia found in both Balloniscus species. From the idea of Wolbachia impact on the mtDNA structuring, we conducted a genetic study population along the coastal plain of Rio Grande do Sul based on COI gene. Despite the weak evidence of the impact of Wolbachia on the mtDNA structuring, other results have been achieved. The geological history of formation of the Coastal plain of Rio Grande do Sul seems directly involved on the grouping (clades) observed. The clades I, II and III included populations of B. sellowii, while clade IV was composed exclusively of populations of B. glaber. The phylogenetic and genetic variation analysis between the two species suggests that there is a large complex formed by the populations of B. sellowii and, possibly B. glaber may be a species derived from a B. sellowii. Furthermore, our analysis also suggests that the population of São Lourenço do Sul (B. sellowii) may be very basal lineage within the B. sellowii complex or a new species. This population showed the highest levels of diversity, and we hypothesized that Wolbachia could be involved in the observed polymorphism.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:26:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-08-28Bitstream added on 2014-06-13T20:33:36Z : No. of bitstreams: 1 marcon_hs_me_botib.pdf: 1524532 bytes, checksum: 73e3664d86fdbb7b69d358e0398f60ab (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Wolbachia é uma bactéria endossimbionte comumente encontrada nos tecidos reprodutores de invertebrados, sendo herdada vertical e horizontalmente. Esta bactéria é desencadeadora de inúmeras alterações reprodutivas, dentre elas a incompatibilidade citoplasmática. Bactéria Wolbachia apresenta oito diferentes tipos de genoma, identificados de A a H. Dentre os hospedeiros da Wolbachia estão as moscas-das-frutas do gênero Anastrepha, que são um importante inseto-praga causador de inúmeras perdas na fruticultura de vários países na América. Neste estudo, foram utilizados os primers 16S rDNA, ftsZ e wsp na detecção da Wolbachia e identificação do supergrupo em três populações de Anastrepha do complexo fraterculus, de diferentes regiões do estado de São Paulo. Em todas as amostras de moscas foi detectada a presença da Wolbachia do supergrupo A, através da utilização dos primers 16S rDNA e wsp, visto que o ftsZ apresentou baixa sensibilidade na detecção desta bactéria em Anastrepha. Comparações das sequências do gene wsp dos 62 indivíduos no Genebank possibilitaram a identificação de duas linhagens de Wolbachia, uma pertencente a Anastrepha sp. 2 (wAsp2B) e a outra ao nematóide Brugia pahangi (Bp-1-1001). Com isso, sugere-se a ocorrência de transferência horizontal da linhagem Bp-1-1001 em Anastrepha através das vespas parasitas de dípteros. A partir de comparações entre as sequências geradas com o gene wsp, observou-se a ocorrência de quatro diferentes sequências pertencentes a novas linhagens de Wolbachia, denominadas wAsc, wAnc, wBjc e wBsp. Essas linhagens estão distribuídas nas diferentes populações de moscas-das-frutas do gênero Anastrepha / Wolbachia is a endosymbiont bacteria commonly found in reproducer tissue of invertebrates, being vertically and horizontally inherited. This bacteria cause innumerable reproductive alterations, among them a cytoplasmic incompatibility. Wolbachia have eight different types of genome, designated from A to H. Among Wolbachia host there are the fruit flies of genus Anastrepha. These arthropods are important pest insect that causes many losses in fruit production of many countries of America. In this work, were used the primers 16S rDNA, ftsZ and wsp to detect Wolbachia and to identify the supergroups of three Anastrepha populations the different regions of São Paulo state, Brazil. In all fruit flies samples, it was detected the presence of Wolbachia of the A supergroup, through the use of primers 16S rDNA and wsp, since ftsZ has low sensitivity in detecting this bacteria in Anastrepha. Comparisons of the wsp gene sequences of 62 samples in GeneBank, allowed the identification of two Wolbachia lineages, one relating to Anastrepha sp. 2 (wAsp2B) and other in Brugia pahangi nematode (Bp-1-1001). Therefore it is propose the occurrence the horizontal transference of Wolbachia lineages Bp-1- 1001 into Anastrepha through the did parasite wasps of dipterous. The comparisons among the wsp gene sequences showed the occurrence of four different sequences, possibly belonging to the news lineages of Wolbachia, which were named wAsc, wAnc, wBjc and wBsp. These lineages are distributed in different fruit flies of populations of the Anastrepha genus

Embora muitos aspectos sobre a história de vida dos isópodos terrestres na América do Sul tenham sido investigados, alguns ainda são desconhecidos. Entre estes, está a relação simbiótica entre os isópodos terrestres e Wolbachia pipientis, uma espécie de alpha-proteobactéria, considerada um parasito intracelular obrigatório que infecta espécies de nematóides e praticamente todos os grupos de artrópodos, incluindo os isópodos terrestres (Oniscidea). Apesar de contestada, a filogenia mais aceita inclui as linhagens de Wolbachia em oito supergrupos (A-H), a partir da qual a transmissão horizontal (entre taxons) é corroborada. Wolbachia está presente em vários tecidos do hospedeiro, principalmente em tecidos reprodutivos e propaga-se por via materna para a prole, utilizando como estratégia de disseminação, a produção de fêmeas ao longo das gerações. Esse aumento na proporção de fêmeas surge como consequência dos fenótipos induzidos gerados pela interação Wolbachia-hospedeiro. A cotransmissão de Wolbachia e outros elementos presentes no citoplasma (p. ex. mitocôndrias) gera um desequilíbrio de ligação entre os mesmos. Este fenômeno juntamente com a taxa de transmissão vertical, competição entre linhagens e ancestralidade da invasão são fatores que podem contribuir para alterações na estruturação do mtDNA nas populações hospedeiras. Todas essas características fazem de Wolbachia um fator que pode estar envolvido no processo de especiação. O presente trabalho descreve o primeiro registro de Wolbachia em espécies de isópodos terrestres endêmicas da América do Sul, mais especificamente em duas espécies do gênero Balloniscus (Crustacea, Oniscidea). No total, foram observadas 16 novas linhagens em populações distribuídas ao longo da Planície Costeira do Rio Grande do Sul. A partir de uma abordagem populacional, observou-se variação nas prevalências intra e interespecíficas. Em média, as prevalências foram mais altas em populações de B. glaber do que em relação a B. sellowii. Todas as linhagens encontradas situaram-se dentro do Supergrupo B, no qual situam-se também as demais linhagens presentes em isópodos terrestres. Entretanto, as topologias geradas sugerem rotas de transmissão horizontais alternativas para as linhagens de Wolbachia encontradas em ambas as espécies de Balloniscus. A partir da idéia de impacto de Wolbachia sobre a estruturação do mtDNA, foi realizado um estudo genético populacional ao longo da Planície Costeira do Rio Grande do Sul baseado no gene COI. Apesar dos fracos indícios do impacto de Wolbachia sobre a estruturação do mtDNA, outros resultados foram alcançados. A história geológica de formação da Planície Costeira do Rio Grande do Sul parece ser diretamente associada aos agrupamentos (clados) observados. Os clados I, II e III incluiram populações de B. sellowii, enquanto que o clado IV foi composto exclusivamente por populações de B. glaber. As análises filogenéticas e a análise da variação genética entre as duas espécies sugeriram que existe um grande complexo composto pelas populações de B. sellowii e, possivelmente B. glaber seria uma espécie derivada de B. sellowii. Além disso, as análises sugerem ainda a população de São Lourenço do Sul (B. sellowii) pode se tratar ou de uma linhagem muito basal dentro do complexo B. sellowii ou de uma nova espécie. Essa populaçào apresentou os níveis de diversidade mais elevados, sendo lançada a hipótese de que Wolbachia poderia estar envolvida no polimorfismo observado. / Although many aspects of the life history of South American terrestrial isopods have been investigated, some of them are still unknown. Among them is the symbiotic interaction between terrestrial isopods and Wolbachia pipientis, an alpha-proteobacteria, considered an obliglate intracellular parasite which infects nematodes species and almost all arthropods groups, including terrestrial isopods (Oniscidea). Despite some disagreements, the most accepted Wolbachia phylogeny is comprised by eight supergroups (A-H), from which the horizontal transmission is corroborated. Wolbachia, is found in several tissues, mainly in reproductive ones; it is maternally disseminated to the progeny using as strategy, the production of females over the generations. This increase in female proportion arises as a consequence of induced phenotypes generated by the interaction between Wolbachia and its host. The cotransmission between Wolbachia and other cytoplasm elements (e.g mitochondria) creates linkage disequilibrium between them. This phenomenon together with the vertical transmission, competition between lineages and ancestry of the invasion are factors that may contribute to changes in the mtDNA structure over host populations. All these characteristics make Wolbachia a factor that may be involved in the process of speciation. This study shows the first record of Wolbachia in endemic South American terrestrial isopods, specifically in two species of the genus Balloniscus (Crustacea, Oniscidea). Overall, 16 new strains were observed in populations distributed along the coastal plain of Rio Grande do Sul. Based on a population approach, we observed variation in intra and interspecific prevalences. On average, the prevalence was higher in B. glaber than in B. sellowii populations. All strains were grouped in supergroup B, in which all Wolbachia strains found in terrestrial isopods are situated. However, the topologies indicated alternative routes for horizontal transmission of Wolbachia found in both Balloniscus species. From the idea of Wolbachia impact on the mtDNA structuring, we conducted a genetic study population along the coastal plain of Rio Grande do Sul based on COI gene. Despite the weak evidence of the impact of Wolbachia on the mtDNA structuring, other results have been achieved. The geological history of formation of the Coastal plain of Rio Grande do Sul seems directly involved on the grouping (clades) observed. The clades I, II and III included populations of B. sellowii, while clade IV was composed exclusively of populations of B. glaber. The phylogenetic and genetic variation analysis between the two species suggests that there is a large complex formed by the populations of B. sellowii and, possibly B. glaber may be a species derived from a B. sellowii. Furthermore, our analysis also suggests that the population of São Lourenço do Sul (B. sellowii) may be very basal lineage within the B. sellowii complex or a new species. This population showed the highest levels of diversity, and we hypothesized that Wolbachia could be involved in the observed polymorphism.

Les bactéries endosymbiotiques Wolbachia se transmettent verticalement de la mère aux descendants mais également horizontalement d'un hôte arthropode à l'autre. Chez les isopodes terrestres, les Wolbachia montrent une diversité et une prévalence élevées et bouleversent la reproduction de leurs hôtes en féminisant les mâles ou en induisant des incompatibilités de croisements.Nous avons utilisé la diversité de ces souches de Wolbachia pour étudier leur plasticité en terme de changement d'hôte et l'évolution de leur virulence. Nos résultats montrent la grande plasticité des Wolbachia, s'installant chez tous les hôtes testés. Par ailleurs, un transfert horizontal est possible à partir de différentes sources tissulaires : ovaires et hémocytes ainsi que lors de la prédation d'un individu infecté. De plus, les transferts horizontaux aux échelles intra comme interspécifique peuvent modifier la nature des interactions entre Wolbachia et leurs hôtes et mener à une relation de type hôte-pathogène. Ce type d'interaction a été spécifiquement exploré pour comprendre les mécanismes impliqués dans les changements de virulence. Nous avons démontré que la réponse autophagique de l'hôte contre Wolbachia pouvait jouer un rôle majeur dans la nature pathogène de l'interaction. De plus, par une approche d'évolution expérimentale, nous montrons que Wolbachia peut devenir pathogène pour son hôte natif chez qui elle est habituellement peu virulente. En détournant les Wolbachia de leur voie de transmission verticale et en les transmettant uniquement de manière horizontale, elles deviennent beaucoup plus invasives et tuent leur hôte. / Wolbachia are basically endosymbiotic bacteria, vertically transmitted from mother to offspring. However, they can also pass horizontally from one arthropod host to another. Among terrestrial isopods, the Wolbachia exhibit high diversity and prevalence and disturb their host reproduction by feminizing males into females or inducing crossing incompatibilities.We took advantage of this diversity of Wolbachia in terrestrial isopods to study their plasticity through hosts switching and the evolution of their virulence. Our results highlighted their huge plasticity as they were capable of settling in all the tested terrestrial isopods hosts. These horizontal transfers can be performed with different tissues as a source of Wolbachia: Ovaries and hemocytes, but also when an uninfected host preyed an infected one. Moreover, horizontal transfers can modify the nature of the interaction between Wolbachia and their hosts moving towards a host-pathogen relationship. We further explored such conflicting interactions in order to investigate the reasons of the changes in virulence. We demonstrated that the host autophagic response against Wolbachia can turn against the host itself and making the symbiont a pathogen. Moreover, by using experimental evolution, we revealed that Wolbachia could increase in virulence against the native host it normally does not harm in a context of vertical transmission. When we disrupted the vertical transmission mode in order to exclusively transmit Wolbachia by horizontal contagious mode, they became much more invasive and rapidly killed their native host.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(農学) / 甲第22480号 / 農博第2384号 / 新制||農||1075(附属図書館) / 学位論文||R2||N5260(農学部図書室) / 京都大学大学院農学研究科森林科学専攻 / (主査)教授 吉村 剛, 教授 井鷺 裕司, 講師 YANG Chin-Cheng / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DFAM

Les interactions hôtes-parasites sont classiquement vues comme un équilibre dynamique entre seulement deux partenaires ; cependant, ce paradigme a progressivement changé ces dernières années avec la découverte de nombreux hôtes naturellement co-infectés par de multiples parasites. L'étude des co-infections s'avère particulièrement pertinente lorsque l'hôte est un vecteur de maladies, dans la mesure où les infections multiples peuvent avoir d'importantes conséquences sur la transmission d'un parasite, à la fois à des échelles écologiques et évolutives. Wolbachia pipientis est la bactérie endosymbiotique la plus commune chez les insectes, et de fait, suscite un intérêt particulier pour comprendre le rôle des co-infections sur l'issue des infections parasitaires. Afin de déterminer si l'infection naturelle par Wolbachia affecte la capacité des moustiques à transmettre la malaria, nous avons étudié une triade qui partage une histoire évolutive commune : le parasite de la malaria aviaire P. relictum SGS1, son vecteur naturel Cx. pipiens, et un ensemble de souches wPip de Wolbachia naturellement présentes chez ce moustique. Nous nous sommes tout d'abord intéressé à l'impact de différents types de wPip sur la prévalence et la diversité des parasites responsables de la malaria aviaires dans les populations naturelles de Cx. pipiens de la région de Montpellier. Puis, par l'utilisation de différentes lignées isogéniques de moustiques, infectés ou non par Wolbachia, nous avons étudiés l'impact de la présence du symbiote sur différents traits d'histoire de vie du moustique essentiels pour la transmission de Plasmodium. Nous montrons ainsi que Wolbachia profite à Cx. pipiens, mais également à Plasmodium: elle améliore plusieurs traits d'histoire de vie des moustiques, tels que leur longévité et leur fécondité, leur tolérance à l'infection par P. relictum, et facilite l'infection par ce parasite à la fois qualitativement et quantitativement (i.e. elle augmente à la fois la prévalence et l'intensité de l'infection). Bien que les mécanismes impliqués dans cette interaction tripartite restent encore inconnus, ces résultats suggèrent que Wolbachia peut avoir d'importantes implications sur la transmission de la malaria dans la nature. De plus, ces résultats suggèrent la nécessité de réévaluer l'utilisation de Wolbachia comme moyen de lutte contre les pathogènes et soulignent la nécessité de mieux comprendre les interactions multipartites. / In recent years, there has been a shift in the one host one parasite paradigm with the realization that, in the field, most hosts are co-infected with multiple parasites. Coinfections are particularly relevant when the host is a vector of diseases, because multiple infections can have drastic consequences for parasite transmission at both the ecological and evolutionary time scales. Wolbachia pipientis is the most common parasitic microorganism in insects and as such it is of special interest for understanding the role of coinfections in the outcome of parasite infections. This thesis investigates whether a natural Wolbachia infection can alter the quality of mosquitoes as vectors of malaria. To address this issue, we used a Wolbachia-mosquito-Plasmodium triad with a common evolutionary history. Our experimental system consists in the avian malaria parasite P. relictum SGS1 and its natural vector, the mosquito Cx. pipiens, which naturally harbours several wPip Wolbachia strains. First, we investigated the impact of different wPip groups on the prevalence and diversity on avian malaria in natural populations of Cx. pipiens mosquitoes in the Montpellier region. Second, using different isogenic laboratory mosquito strains harboring or not Wolbachia, we investigated the impact of the presence of Wolbachia on several mosquito and Plasmodium life history traits relevant for malaria transmission. We show that Wolbachia benefits both Cx. pipiens and Plasmodium: it enhances several mosquito life history traits, such as longevity and fecundity, increases their tolerance to P. relictum (i.e. compensates for a Plasmodium-induced mortality) and facilitates P. relictum infection both qualitatively (increases infection prevalence) and quantitatively (increases infection intensity). Although the mechanisms involved in the mosquito-Wolbachia-Plasmodium interaction remain elusive, these results suggest that Wolbachia may have important implications on the transmission of malaria in nature. This is consistent with the high prevalence and diversity of avian malaria parasites found in natural populations of Cx. pipiens. Further, these results suggest the need to reassess the use of Wolbachia as a way to fight pathogens and highlight the need to better understand parasite multipartite interactions.

De nombreux insectes vivent en association avec des endosymbiotes se transmettant de mère à descendants. Du point de vue de leurs hôtes, certains de ces symbiotes sont obligatoires tandis que d'autres sont facultatifs. Alors qu'elle appartient le plus souvent à cette deuxième catégorie, la bactérie intracellulaire Wolbachia est devenue obligatoire chez certains de ses hôtes. C'est notamment le cas chez deux hyménoptères parasitoïdes de drosophiles du genre Asobara. Chez A. tabida, il a été montré que Wolbachia était nécessaire à la production d'œufs viables et que le défaut d'ovogenèse chez les femelles privées de leur symbiote est associé à une perturbation de leur homéostasie oxydative. Nous avons par conséquent étudié l'impact de composés antioxydant et pro-oxydant sur les traits d'histoire de vie de l'hôte et la densité symbiotique, afin de déterminer dans quelle mesure l'homéostasie oxydative pourrait être impliquée dans la coévolution entre Wolbachia et son hôte, au point de conduire à la dépendance de ce dernier. Chez certaines populations d'A. japonica, la coévolution avec Wolbachia induisant de la parthénogenèse thélytoque a entraîné la perte de la capacité des femelles à se reproduire sexuellement. Nous avons recherché les bases mécanistiques de cette perte de traits en comparant les transcriptomes et les profils d'hydrocarbures cuticulaires – des molécules qui peuvent notamment jouer le rôle de phéromones sexuelles – de femelles sexuées et asexuées / Many insects live in association with maternally transmitted endosymbiont. From their host point of view, some of those symbionts are obligatory, whereas others are facultative. Although it usually belongs to this second category, the intracellular bacterium Wolbachia has become obligatory in some of its hosts. This is notably the case in two drosophila parasitoid of the genus Asobara (Hymenoptera). It has been shown that Wolbachia was necessary for egg production in A. tabida, and that the failure of oogenesis in females cured of their symbiont is associated with a perturbation of their oxidative homeostasis. We therefore studied the impact of antioxidant and pro-oxidant compounds on the host life-history traits and the symbiotic density to determine the extent to which the oxidative homeostasis could be involved in host–Wolbachia coevolution, and in the evolution of the dependence of the host to its symbiont. In some populations of A. japonica, the coevolution with a thelytoky-inducing Wolbachia led to the loss of the females’ ability to sexually reproduce. We researched the mechanistic bases of this loss of traits by comparing the transcriptomes and the cuticular hydrocarbons – molecules that can play the role of sex pheromones – of sexual and asexual females