O polifenismo facultativo, observado entre rainhas e operárias em insetos altamente eussociais tem como estímulo inicial uma alimentação diferencial na fase larval que afeta tanto o desenvolvimento geral das larvas quanto a diferenciação de órgãos e sistemas, principalmente o sistema reprodutor das fêmeas. A via de sinalização por insulina (IIS) é uma das principais vias que integra o desenvolvimento geral de animais com as suas condições nutricionais. O objetivo desse trabalho foi verificar possíveis relações entre a via de sinalização por insulina e a diferenciação das castas em abelhas Apis mellifera. A partir de análises do genoma de Apis mellifera anotamos genes integrantes desta via e verificamos que há dois genes codificadores para receptores de insulina, InR1 e InR2. Os perfis de transcrição desses dois genes obtidos por RT-PCR quantitativa, em larvas de rainhas e operárias durante o período de troca de alimentação, demonstraram que há diferenças consideráveis nos padrões temporais e nos níveis dos transcritos para os receptores de insulina, InR1 (GB15492) e InR2 (GB18331), dentro de cada casta, como também entre as duas castas. Em rainhas verificamos uma interessante variação na transcrição de InR1, que no terceiro instar larval foi cerca de cinco vezes maior que a transcrição de InR2 e no quarto instar seguiu em níveis semelhantes ao de InR2. Essa variação de InR1 pode estar relacionada ao teor de proteínas da geléia real oferecida às larvas de rainhas no terceiro instar, que é maior do que teor de proteínas da geléia real oferecida a partir do quarto instar larval. Para as amostras de larvas de operárias observamos que os níveis dos transcritos dos dois receptores, InR1 e InR2, foram baixos no terceiro estágio larval e aumentaram, de maneira semelhante, até o início do quinto estágio larval, o que pode ter sido devido a algum composto existente na geléia de operária que estimule a transcrição dos genes para os receptores de insulina. Foram feitas análises complementares dos níveis de transcrição dos genes InR1 e InR2, em amostras de ovários, tanto de operárias quanto de rainhas, e em amostras de operárias adultas cultivadas em diferentes tipos de alimentações. Essas análises complementares evidenciaram que a transcrição dos genes para os receptores de insulina em Apis mellifera foi diferente nos ovários de ambas as castas, quando comparada às amostras de corpo inteiro, e que em operárias o transcrito do InR1 foi dominante ao longo de quase toda a vida adulta, sendo superado pelo transcrito InR2 apenas por volta de 13 e 15 dias.. Além disso, uma relação positiva entre o conteúdo de proteína e a transcrição de InR1 foi observada quando analisamos a sua transcrição em amostras de operárias adultas alimentadas com bee bread, uma dieta rica em proteína. Os resultados obtidos nesse trabalho, juntamente com os de Wheeler e colaboradores (2006), Seehus e colaboradores (2006), e Patel e colaboradores (2007), constituem as primeiras informações da via IIS em Apis mellifera, e servirão de base na busca da relação entre a dieta e os sinais downstream envolvidos na determinação de casta e diferenciação. / The initial stimulus that generates the facultative queen/worker polyphenism in highly social insects is a differential alimentation in the larval stages. It affects the general development of the larvae, as well as the differentiation of organs and systems, especially of the female reproductive system. The insulin signaling pathway (IIS) is one of the main pathways that integrates the general development of animals with their respective nutritional conditions. The aim of this work was to investigate the relationship between IIS and caste differentiation in the honey bee Apis mellifera. Using the available Apis mellifera genome information we annotated genes belonging to this pathway. We noted that there are two genes encoding putative insulin receptors, InR1 and InR2. The transcriptional profiles of these genes were obtained by quantitative RT-PCR of queen and workers larvae, giving special attention the period during which the larval diet changes. These results revealed considerable differences in the temporal patterns and levels of the transcripts of two the insulin receptor genes, InR1 (GB15492) and InR2 (GB18331) between the two castes and during their respective larval development. For queens we noted an interesting modulation in InR1 transcription: in the third larval instar it was about five fold higher than the transcription of InR2, but in the fourth instar both receptors were transcribed at similar levels. This variation in InR1 expression may be related to the protein content of royal jelly offered to the queen larvae in third instar, that is higher than the protein content of the royal jelly offered to fourth larvae instar. For the worker larvae samples we observed that transcripts levels of the two receptors, InR1 and InR2, were low in the third larval stage and increased in parallel until the onset of the fifth larval stage. This may have been due to some compound in the worker jelly which stimulates the transcription of both genes coding for insulin receptors. Complementary analysis of transcription levels of InR1 and InR2 were performed on ovaries of queen and worker larvae, and on adult workers maintained on different diets. These complementary analyses highlighted that transcription of the InR genes in the larval ovaries of Apis mellifera was differed from the whole body samples. In adult workers the expression of InR1 was dominant over InR2 during most of the adult life cycle, an inversion was only seen in 13 to 15 days old bees. Furthermore, a positive relationship between protein content and InR1 transcription was observed when analyzing its transcription in adult workers fed with bee bread, a protein-rich diet. The results of this work, in conjunction with those of Wheeler et al. (2007), Seehus et al. (2006) and Patel et al. (2007), are the first information on the IIS pathway in honey bees and they represent the basis for an in-depth pursuit on the relationship between diet and downstream signallng envolved in caste determination and differentiation.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-20082007-145600 |
| Date | 14 May 2007 |
| Creators | Sergio Vicente de Azevedo |
| Contributors | Klaus Hartmann Hartfelder, Ana Maria Bonetti, Isis do Carmo Kettelhut |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Ciências Biológicas (Genética), USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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