Tese
Infecção por Wolbachia no grupo saltans: um mecanismo de disseminação nos ovários do hospedeiro
Wolbachia infection in the Saltans group: a mechanism of dissemination in the host ovaries
Registro en:
PEREIRA FILHO, Hélio Paulo. Infecção por Wolbachia no grupo saltans: um mecanismo de disseminação nos ovários do hospedeiro. 2021. 60 f. Tese (Doutorado em Biologia Celular e Estrutural) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2021.
Autor
Pereira Filho, Hélio paulo
Institución
Resumen
Wolbachia, uma Rickettsiales da classe das Alphaproteobacteria, infecta numerosas espécies dos filos Nematoda e Arthropoda. Seu sucesso é atribuído à manipulação da reprodução dos hospedeiros, causando alterações reprodutivas que aumentam o valor adaptativo dos indivíduos infectados. O mutualismo entre Wolbachia e artrópodes é um fenômeno incomum e os artrópodes raramente dependem da infecção. Apesar de se propagarem preferencialmente por transferência vertical (da mãe para a prole), há raros registros de paralelismo entre filogenias de wolbachias e hospedeiros artrópodes, indicando que a transferência horizontal (de uma espécie para a outra) é mais frequente do que se imaginava. Estudos envolvendo a interação Wolbachia-artrópodes sugerem que em alguns casos a infecção beneficia e em outros prejudica os hospedeiros. No grupo neotropical denominado Drosophila saltans, foi constatado que três espécies hospedam Wolbachia. Nas espécies crípticas Drosophila prosaltans e D. septentriosaltans (subgrupo saltans), foram encontradas cepas próximas da bactéria, enquanto uma terceira espécie, D. sturtevanti (subgrupo sturtevanti), hospeda uma cepa completamente diferente, idêntica àquela encontrada em espécies do gênero Lutsomyia (Diptera: Psychodidae), de modo que se acredita num evento recente de transmissão horizontal de Wolbachia. Este trabalho teve como objetivo investigar as consequências da infecção por Wolbachia na produção de óvulos em D. sturtevanti (linhagem St8) e D. prosaltans (linhagem Pro101), bem como descrever a estratégia de infecção em seus ovários. Os resultados sugerem que Wolbachia reduz a produção de óvulos maduros em St8 e aumenta em Pro101. Vimos também, por PCR semi-quantitativa, que em Pro101 a intensidade de infecção é maior no auge da fase reprodutiva da fêmea, quando produz mais óvulos, enquanto em St8 permanece constante, sugerindo que em Pro101 a infecção esteja mais restrita aos ovários que em St8. Os resultados com fluorescência por hibridação DNA-RNA in situ (FISH) sugerem alta incidência da bactéria no germário (parte inicial dos ovaríolos) em ambas as linhagens. Em St8, a microscopia eletrônica de transmissão (MET) mostrou, dentro dos germários, estruturas semelhantes a bacteriócitos, comumente utilizados por simbiontes para a colonização dos ovários de insetos e associados a mutualismos nutricionais, densamente ocupados por Wolbachia. Bacteriócitos têm como função proteger o hospedeiro da alta proliferação de endossimbiontes e proteger os endossimbiontes do sistema de defesa o hospedeiro. Essa dupla função garante a infecção dos ovócitos, ou seja, a passagem dos endossimbiontes para a próxima geração, favorecendo os hospedeiros nas interações mutualísticas. A cepa infectante de St8, no entanto, parece utilizar bacteriócitos para atingir as células germinativas sem oferecer qualquer benefício, uma estratégia que pode ser geral entre as Wolbachia, permitindo que invadam novas espécies de insetos. Esta estratégia, se confirmada como geral, explicaria i. a grande variedade de insetos infectados; ii. o fato de que nem todas as espécies e populações estejam infectadas, já que a bactéria pode se extinguir rapidamente das populações; iii. a raridade das interações mutualísticas e iv. a falta de paralelismo nos estudos filogenéticos. Palavras-chave: Estratégia de infecção. Drosofilídeos neotropicais. Transferência vertical e horizontal. Bacteriócito. Wolbachia, a Rickettsiales of the class Alphaproteobacteria, infects numerous species of the phylum Nematoda and Arthropoda. Its success is attributed to manipulating host reproduction, causing reproductive changes that increase the fitness of infected individuals. Mutualism between Wolbachia and arthropods is an uncommon phenomenon, and arthropods are rarely dependent on infection. Although they spread preferentially by vertical transfer (from mother to offspring), there are rare records of parallelism between phylogenies of Wolbachia and arthropod hosts, indicating that horizontal transfer (from one species to another) is more frequent than previously thought. Studies involving Wolbachia-arthropod interaction suggest that in some cases, the infection benefits and in others harms the hosts. In the neotropical group called Drosophila saltans, populations of three distinct species host Wolbachia. The cryptic species Drosophila prosaltans and D. septentriosaltans (subgroup saltans) harbor close strains of the bacterium. In its turn, D. sturtevanti (subgroup sturtevanti) hosts an entirely different strain, identical to that found in species of the genus Lutsomyia (Diptera: Psychodidae), so that specialists believe in a recent event of horizontal transmission of Wolbachia. This work aimed to investigate the consequences of Wolbachia infection on egg production in D. sturtevanti (strain St8) and D. prosaltans (strain Pro101) and describe the infection strategy in their ovaries. The results suggested that Wolbachia reduces mature egg production in St8 and increases it in Pro101. We also saw, by semi-quantitative PCR, that in Pro101, the infection intensity is higher at the peak of the female's reproductive phase when she produces more eggs. At the same time, in St8, it remains constant, suggesting that in Pro101, the infection is more restricted to the ovaries than in St8. Results with fluorescence by DNA-RNA in situ hybridization (FISH) suggest a high incidence of the bacterium in the germarium (initial part of the ovaries) in both strains. In St8, transmission electron microscopy (TEM) showed, within the germaria, bacteriocyte-like structures, commonly used by symbionts for colonization of insect ovaries and associated with nutritional mutualisms, densely occupied by Wolbachia. Bacteriocytes usually protect the host from endosymbionts' high proliferation while protecting endosymbionts from the host defense system. This dual function ensures the infection of the oocytes, i.e., the passage of the endosymbionts to the next generation, favoring the hosts in mutualistic interactions. The infecting St8 strain, however, appears to use bacteriocytes to reach germ cells without providing any benefit. This strategy may be general among Wolbachia, allowing them to invade new insect species. If confirmed as general, this strategy would explain i. the wide variety of infected insects.; ii. the fact that not all species and populations are infected, as the bacterium can quickly die out from populations; and iii. the rarity of mutualistic interactions; and iv. the lack of parallelism in phylogenetic studies. Keywords: Infection strategy. Neotropical drosophilids. Vertical and horizontal transfer. Bacteriocyte.