Tese
Filogeografia molecular, diversidade genética e toxicidade a fosfina em populações de caruncho-do-milho (Sitophilus zeamais)
Molecular phylogeography, genetic diversity and phosphine toxicity in maize weevil populations (Sitophilus zeamais)
Registro en:
CORRÊA, Alberto Soares. Filogeografia molecular, diversidade genética e toxicidade a fosfina em populações de caruncho-do-milho (Sitophilus zeamais). 2012. 108 f. Tese (Doutorado em Entomologia) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2012.
Autor
Corrêa, Alberto Soares
Institución
Resumen
Os carunchos são responsáveis pelas principais perdas ocorridas nos cereais e seus subprodutos durante o armazenamento. Sitophilus zeamais, o caruncho-do-milho, é a principal praga do milho armazenado no mundo e apesar de intensos estudos sobre sua biologia e controle, a sua atual distribuição geografia ainda é pouco esclarecida e quando se trata dos fatores históricos e contemporâneos que moldaram a atual distribuição desta espécie-praga no Brasil e no mundo, as informações são ainda mais escassas. Sitophilus zeamais e S. oryzae (caruncho-do-arroz) são espécies irmãs e apresentam grande similaridade morfológica e ecológica, o que proporciona sérios erros de identificação. Desta forma, no presente estudo desenvolvemos com sucesso primers espécie-específicos para inferir a distribuição geográfica real do caruncho-do-milho no Brasil. Após a confirmação da ampla distribuição e ocorrência do S. zeamais em todo o território brasileiro, o que reafirma o status de principal caruncho-praga de cereais armazenados no país, nós realizamos estudos moleculares sobre a estrutura genética populacional com uma abordagem filogeográfica, para determinar a importância dos fatores históricos e causas ecológicas contemporâneas que moldaram a arquitetura genética das populações de caruncho-do-milho presentes no Brasil. Para isso, utilizamos dados de sequenciamento de fragmentos de dois genes mitocondriais, COI e COII de diversos indivíduos de S. zeamais divididos em 55 locais de coleta espalhados pelo mundo. Também construímos e utilizamos dados de marcadores microssatélites no intuito de inferir sobre a diversidade genética e estrutura populacional recente desta espécie e apoiar os dados de sequenciamento. Nossos resultados apontaram que as populações de caruncho-do-milho apresentam um cenário de expansão espacial. Contudo, não foi possível traçar hipóteses a respeito da dispersão histórica do caruncho-do-milho no Brasil e mundo, possivelmente pelas populações desta espécie serem oriundas de múltiplos e constantes eventos de migração populacional. Os dados de microssatélites apontaram moderada divergência populacional entre os locais de coleta e baixa divergência entre os locais de coleta dentro do mesmo grupo, o que confirma a presença de fluxo genético entre as áreas de plantios e estocagem de grãos. Este fluxo genético é maior em áreas mais próximas geograficamente, no entanto o fluxo genético pode ocorrer entre regiões distantes até mesmo entre diferentes continentes, possivelmente pelo transporte de grãos infestados por fases imaturas do inseto. As características aqui relatadas das populações de caruncho-do-milho são bastante preocupantes para os programas de manejo integrado desta espécie praga e devem ser seriamente consideradas em programas de manejo da resistência a inseticidas, pois a variabilidade dentro das populações é alta e o fluxo gênico entre regiões produtoras é constante o que pode levar a migração de alelos de resistência. Fosfina é um fumigante amplamente aplicado em armazéns brasileiros e o seu mecanismo de toxicidade e resistência ainda é pouco esclarecido. No entanto o principal sítio de ação da fosfina é a mitocôndria, desta forma aproveitando a confirmada utilidade dos genes mitocôndrias com marcadores populacionais, tentamos correlacionar susceptibilidade a fosfina nas populações brasileiras de caruncho-do-milho com haplótipos mitocondriais. Nossos resultados não apontam nenhuma estrutura genética dos genes mitocondriais em indivíduos de S. zeamais que poderia ser relacionada a susceptibilidade à fosfina. No entanto, populações com maior sobrevivência frente a aplicação da fosfina apresentam menor taxa respiratória e aparentemente maior densidade de mitocôndrias em células musculares. Weevils are responsible for major losses occurring in cereals and their subproducts during storage. Sitophilus zeamais, the maize weevil, is the main pest of stored maize in the world and despite intensive studies on its biology and control, its current geographic distribution remains unclear. When it comes to the historical and contemporary factors that shaped the current distribution of this pest in Brazil and in the world, the information are still scarce. Sitophilus zeamais and S. oryzae (the rice weevil) are sister species and exhibit great morphological and ecological similarity, which leads to serious mistakes of identification. Thus, the present study successfully developed species-specific primers to infer the geographical distribution of the maize weevil in Brazil. After confirming the widespread distribution and occurrence of S. zeamais throughout the Brazilian territory, which reaffirms its status of major pest of stored grains in the country, we performed molecular studies on the population genetic structure with a phylogeographic approach to determine the importance of historical factors and ecological causes that have shaped the present and contemporary genetic architecture of the maize weevil populations of Brazil. For this, we used data sequencing fragments of two mitochondrial genes, COI and COII, of several individuals of S. zeamais divided into 55 collection sites around the world. We also made and used data from microsatellite markers in order to infer the genetic diversity and population structure of this species and support the sequencing data. Our results showed that the populations of the maize weevil are in spatial expansion. However, it was not possible to draw assumptions about the historical dispersion of the maize weevil in Brazil and the world, probably because the populations of this species are derived from multiple events and constant migration. The microsatellite data showed moderate population divergence among the sampling sites, and low divergence between the sampling sites within the same group, which confirms the presence of gene flow between plantations and storage grain sites. The findings reported here regarding the maize weevil populations are a concern the this species integrated management and should be seriously considered in management programs of insecticide resistance due to the high variability within populations and the constant gene flow between regions, which can lead to the spread of resistance alleles. Phosphine is a fumigant widely used in Brazilians storage units and its mechanism of toxicity and resistance remains poorly understood. However the main phosphine site of action site is the mitochondria. Therefore, taking advantage of the usefulness of the mitochondrial genes COI e COII as population markers, we assessed the potential correlation between phosphine toxicity of Brazilian populations of maize weevil and their mitochondrial haplotypes. Our results do not indicate any genetic structure of mitochondrial genes in S. zeamais individuals that could be related to phosphine susceptibility. However populations with increased phosphine survival show apparently lower respiration rate and higher density of mitochondria in muscle cells. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico