Mosca varejera: para desenvolver a mitogenômica de insetos em larga escala, o grupo elegeu como modelo a radiação Schizophora
Na mesma época em que os dinossauros começaram a desaparecer – durante a transição do período Cretáceo para o Paleoceno, há mais de 60 milhões de anos –, um grupo de insetos conhecido como Schizophora passou a florescer.
02/05/2016
Pertencente à ordem Diptera e à subordem das moscas Brachycera, a radiação adaptativa Schizophora (termo usado para se referir a uma linhagem que se diversificou rapidamente em um determinado período) abrange milhares de espécies.
Representam cerca de 3% de toda a diversidade animal na Terra, em uma variedade maior que a de todos os vertebrados somados.
Dentro desse grupo, há 22 milhões de anos surgiram as chamadas moscas- varejeiras, integrantes de famílias como Calliphoridaee Sarcophagidae.
Seu aparecimento no planeta teria sido concomitante ao dos mamíferos pastadores, dos quais algumas espécies – como a mosca-da-bicheira (Cochliomyia hominivorax) – tornaram-se parasitas milhões de anos depois.
As conclusões são de um estudo publicado na Scientific Reports, do grupo Nature, por pesquisadores das universidades Estadual de Campinas (Unicamp), de São Paulo (USP) em Ribeirão Preto, Virginia (Estados Unidos) e Nanyang Technological (Cingapura).
Para desvendar a história evolutiva desses insetos, os cientistas adaptaram técnicas de mitogenômica em larga escala – que permitem sequenciar simultaneamente o DNA mitocondrial em centenas de amostras.
O trabalho foi feito com apoio da FAPESP durante o pós-doutorado de Ana Carolina Martins Junqueira, sob a supervisão da professora Ana Maria Lima de Azeredo-Espin, da Unicamp.
“A mitogenômica é uma variação da genômica que, em vez de trabalhar com o DNA existente no núcleo celular, busca acessar as informações sobre as sequências de nucleotídeos contidas nas mitocôndrias”, explicou Junqueira, que atualmente é pesquisadora do Singapore Centre for Environmental Life Sciences Engineering, na Nanyang Technological University.
Por ser mais rápido de sequenciar, o genoma mitocondrial é o marcador mais usado em estudos evolutivos.
“A tecnologia foi rapidamente desenvolvida para as pesquisas com vertebrados e amplamente empregada no estudo das migrações humanas. Mas havia ficado subdesenvolvida no caso dos insetos, apesar de eles representarem a maior diversidade de vida animal na Terra”, disse Junqueira.
Para desenvolver a mitogenômica de insetos em larga escala, o grupo elegeu como modelo a radiação Schizophora.
Moscas de 32 espécies, de diferentes famílias, foram coletadas nos Estados Unidos, na Austrália e em Cingapura, além de em São Paulo e na regiãoAmazônica.
Os insetos foram macerados e todo o DNA contido nas amostras, extraído. Em seguida, com auxílio de ferramentas de bioinformática, foram selecionados apenas os dados referentes às sequências de nucleotídeos da mitocôndria – algo entre 1% e 5% do total gerado. Quase uma centena de genomas mitocondriais foi divulgada no artigo publicado na Scientific Reports.
“Com base na diversidade dos nucleotídeos, é possível estimar o tempo de divergência de cada espécie ou família ao longo da escala geológica e esclarecer as relações filogenéticas. Usamos como referência os poucos dados fósseis existentes sobre invertebrados”, disse Junqueira.
“No caso dos insetos, os fósseis são datados de acordo com a camada geológica em que foram encontrados. Adicionamos os dados moleculares sobre essas informações para estimar o período em que uma espécie divergiu de outra”, disse.
Segundo Azeredo-Espin, o foco das análises foram as moscas causadoras de miíase, doença caracterizada pela infestação de larvas de moscas na pele ou outros tecidos.
“Nossa linha de pesquisa busca entender a evolução do hábito de parasitismo desse grupo de moscas, que são consideradas pragas da pecuária e causam grande perda econômica, pois o conhecimento pode ser útil em estratégias de controle. Os resultados sugerem que o ectoparasitismo de moscas-varejeiras teria surgido entre 2,3 e 6,9 milhões de anos atrás”, disse.
De acordo com a hipótese defendida pelo grupo, a radiação Schizophora começou a se diversificar intensamente após um período de forte seca no planeta, que deu origem a uma vegetação mais baixa, como gramíneas e tundra, à qual os mamíferos herbívoros se adaptaram.
“Nessa época, os continentes estavam mais próximos e o estreito de Bering era uma ponte terrestre, o que possibilitou aos mamíferos pastadores se dispersar pelo planeta. Havia abundância de alimento e eles começaram a se diversificar. Com a diversificação dos herbívoros, veio a diversificação dos carnívoros. Dessa forma, houve um aumento de biomassa, o que foi essencial para a diversificação dessas espécies de insetos saprófagos [que se alimentam de restos orgânicos em decomposição]”, disse Junqueira.
Azeredo-Espin conta que inicialmente surgiram espécies mais generalistas, cujos hábitos não estavam necessariamente associados à presença de outros animais. Após milhões de anos de convivência com mamíferos pastadores, entraram em cena insetos com hábitos especializados.
“É o caso da mosca-da-bicheira e da mosca-do-berne, que, para fechar seu ciclo reprodutivo, precisam depositar seus ovos em um hospedeiro vivo e de sangue quente”, disse a professora da Unicamp.
Estudo populacional
Para duas das espécies de moscas incluídas no estudo – a Chrysomya megacephala (um tipo de mosca-varejeira) e a Musca domestica (mosca-doméstica) – foi feito também um estudo populacional.
Essas espécies são vetores mecânicos de patógenos e têm importância médica e veterinária.
Para o estudo, foram sequenciados 60 genomas de indivíduos das duas espécies, coletados em três diferentes continentes. O objetivo foi avaliar a variabilidade genética e o fluxo de genes de um local para outro.
Os resultados sugerem que, enquanto as moscas domésticas parecem estar agrupadas em zonas geográficas distintas, com baixo nível de fluxo gênico entre as diferentes populações, a espécie Chrysomya megacephala é praticamente igual nos diferentes continentes.
“A variabilidade genética observada na Chrysomya megacephala foi muito pequena, praticamente residual. Algo que seria esperado apenas para espécies em extinção. E, no entanto, a espécie demonstra grande poder de invasão e de adaptação”, disse Junqueira.
Para entender melhor o fenômeno, o grupo pretende fazer o mesmo tipo de análise usando como base os dados do genoma nuclear das moscas coletadas, contou Azeredo-Espin.
“Queremos descobrir se a perda de variação genética ocorre apenas no genoma mitocondrial ou se também está presente no genoma nuclear. Dependendo do que encontrarmos, haverá uma explicação diferente”, disse.
Segundo a pesquisadora, a informação será essencial para o desenvolvimento de programas de controle de vetores em áreas urbanas, onde a mosca é um importante carreador de vírus e bactérias.
O artigo Large-scale mitogenomics enables insights into Schizophora (Diptera) radiation and population diversity (doi: 10.1038/srep21762)pode ser lido em www.nature.com/articles/srep21762.
http://exame.abril.com.br/tecnologia/noticias/estudo-desvenda-evolucao-de-moscas-varejeiras
Pertencente à ordem Diptera e à subordem das moscas Brachycera, a radiação adaptativa Schizophora (termo usado para se referir a uma linhagem que se diversificou rapidamente em um determinado período) abrange milhares de espécies.
Representam cerca de 3% de toda a diversidade animal na Terra, em uma variedade maior que a de todos os vertebrados somados.
Dentro desse grupo, há 22 milhões de anos surgiram as chamadas moscas- varejeiras, integrantes de famílias como Calliphoridaee Sarcophagidae.
Seu aparecimento no planeta teria sido concomitante ao dos mamíferos pastadores, dos quais algumas espécies – como a mosca-da-bicheira (Cochliomyia hominivorax) – tornaram-se parasitas milhões de anos depois.
As conclusões são de um estudo publicado na Scientific Reports, do grupo Nature, por pesquisadores das universidades Estadual de Campinas (Unicamp), de São Paulo (USP) em Ribeirão Preto, Virginia (Estados Unidos) e Nanyang Technological (Cingapura).
Para desvendar a história evolutiva desses insetos, os cientistas adaptaram técnicas de mitogenômica em larga escala – que permitem sequenciar simultaneamente o DNA mitocondrial em centenas de amostras.
O trabalho foi feito com apoio da FAPESP durante o pós-doutorado de Ana Carolina Martins Junqueira, sob a supervisão da professora Ana Maria Lima de Azeredo-Espin, da Unicamp.
“A mitogenômica é uma variação da genômica que, em vez de trabalhar com o DNA existente no núcleo celular, busca acessar as informações sobre as sequências de nucleotídeos contidas nas mitocôndrias”, explicou Junqueira, que atualmente é pesquisadora do Singapore Centre for Environmental Life Sciences Engineering, na Nanyang Technological University.
Por ser mais rápido de sequenciar, o genoma mitocondrial é o marcador mais usado em estudos evolutivos.
“A tecnologia foi rapidamente desenvolvida para as pesquisas com vertebrados e amplamente empregada no estudo das migrações humanas. Mas havia ficado subdesenvolvida no caso dos insetos, apesar de eles representarem a maior diversidade de vida animal na Terra”, disse Junqueira.
Para desenvolver a mitogenômica de insetos em larga escala, o grupo elegeu como modelo a radiação Schizophora.
Moscas de 32 espécies, de diferentes famílias, foram coletadas nos Estados Unidos, na Austrália e em Cingapura, além de em São Paulo e na regiãoAmazônica.
Os insetos foram macerados e todo o DNA contido nas amostras, extraído. Em seguida, com auxílio de ferramentas de bioinformática, foram selecionados apenas os dados referentes às sequências de nucleotídeos da mitocôndria – algo entre 1% e 5% do total gerado. Quase uma centena de genomas mitocondriais foi divulgada no artigo publicado na Scientific Reports.
“Com base na diversidade dos nucleotídeos, é possível estimar o tempo de divergência de cada espécie ou família ao longo da escala geológica e esclarecer as relações filogenéticas. Usamos como referência os poucos dados fósseis existentes sobre invertebrados”, disse Junqueira.
“No caso dos insetos, os fósseis são datados de acordo com a camada geológica em que foram encontrados. Adicionamos os dados moleculares sobre essas informações para estimar o período em que uma espécie divergiu de outra”, disse.
Segundo Azeredo-Espin, o foco das análises foram as moscas causadoras de miíase, doença caracterizada pela infestação de larvas de moscas na pele ou outros tecidos.
“Nossa linha de pesquisa busca entender a evolução do hábito de parasitismo desse grupo de moscas, que são consideradas pragas da pecuária e causam grande perda econômica, pois o conhecimento pode ser útil em estratégias de controle. Os resultados sugerem que o ectoparasitismo de moscas-varejeiras teria surgido entre 2,3 e 6,9 milhões de anos atrás”, disse.
De acordo com a hipótese defendida pelo grupo, a radiação Schizophora começou a se diversificar intensamente após um período de forte seca no planeta, que deu origem a uma vegetação mais baixa, como gramíneas e tundra, à qual os mamíferos herbívoros se adaptaram.
“Nessa época, os continentes estavam mais próximos e o estreito de Bering era uma ponte terrestre, o que possibilitou aos mamíferos pastadores se dispersar pelo planeta. Havia abundância de alimento e eles começaram a se diversificar. Com a diversificação dos herbívoros, veio a diversificação dos carnívoros. Dessa forma, houve um aumento de biomassa, o que foi essencial para a diversificação dessas espécies de insetos saprófagos [que se alimentam de restos orgânicos em decomposição]”, disse Junqueira.
Azeredo-Espin conta que inicialmente surgiram espécies mais generalistas, cujos hábitos não estavam necessariamente associados à presença de outros animais. Após milhões de anos de convivência com mamíferos pastadores, entraram em cena insetos com hábitos especializados.
“É o caso da mosca-da-bicheira e da mosca-do-berne, que, para fechar seu ciclo reprodutivo, precisam depositar seus ovos em um hospedeiro vivo e de sangue quente”, disse a professora da Unicamp.
Estudo populacional
Para duas das espécies de moscas incluídas no estudo – a Chrysomya megacephala (um tipo de mosca-varejeira) e a Musca domestica (mosca-doméstica) – foi feito também um estudo populacional.
Essas espécies são vetores mecânicos de patógenos e têm importância médica e veterinária.
Para o estudo, foram sequenciados 60 genomas de indivíduos das duas espécies, coletados em três diferentes continentes. O objetivo foi avaliar a variabilidade genética e o fluxo de genes de um local para outro.
Os resultados sugerem que, enquanto as moscas domésticas parecem estar agrupadas em zonas geográficas distintas, com baixo nível de fluxo gênico entre as diferentes populações, a espécie Chrysomya megacephala é praticamente igual nos diferentes continentes.
“A variabilidade genética observada na Chrysomya megacephala foi muito pequena, praticamente residual. Algo que seria esperado apenas para espécies em extinção. E, no entanto, a espécie demonstra grande poder de invasão e de adaptação”, disse Junqueira.
Para entender melhor o fenômeno, o grupo pretende fazer o mesmo tipo de análise usando como base os dados do genoma nuclear das moscas coletadas, contou Azeredo-Espin.
“Queremos descobrir se a perda de variação genética ocorre apenas no genoma mitocondrial ou se também está presente no genoma nuclear. Dependendo do que encontrarmos, haverá uma explicação diferente”, disse.
Segundo a pesquisadora, a informação será essencial para o desenvolvimento de programas de controle de vetores em áreas urbanas, onde a mosca é um importante carreador de vírus e bactérias.
O artigo Large-scale mitogenomics enables insights into Schizophora (Diptera) radiation and population diversity (doi: 10.1038/srep21762)pode ser lido em www.nature.com/articles/srep21762.
http://exame.abril.com.br/tecnologia/noticias/estudo-desvenda-evolucao-de-moscas-varejeiras
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