Avaliação dos efeitos do brometo de etídio em Drosophila melanogaster (Diptera-Drosophilidae)

Pós-graduação em Biologia Animal - IBILCE

Entomofauna associada em pomar de goiaba, Psidium guajava L., nas regiões de Jaboticabal e Pindorama no estado de São Paulo

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Preference and infestation level of Anastrepha fraterculus (Wiedemann, 1830) on fruits of some Psidium guajava L. cultivars and relation to their physicochemical parameters

This study aimed to verify the preference and infestation level of Anastrepha fraterculus (Diptera: Tephritidae) [South American fruit fly] in fruits of guava cultivars and to correlate them to variables such as peel coloration, soluble solids and pH of fruit cultivars. The following cultivars were used: Pedro Sato, Paluma, Casco and S,culo XXI. The infestation was evaluated in cages, considering two scenarios: no-choice and multiple choice. In both tests, evaluations of the fruit attraction to insects were conducted for a period of 1', 3', 5', 10', 20', 30', 1 h, 2 h, 6 h, 12 h and 24 h. The visit of A. fraterculus on the assayed cultivars in relation to the time was studied by logistic regression. After 10 days, the number of larvae in each fruit was recorded. In the multiple choice test, the visit proportions were significantly higher in the fruits of cvs. S,culo XXI and Pedro Sato than in those of cvs. Paluma and Casco. In the no-choice test, the visit proportions were significantly lower in the Paluma fruits. In both tests, the rate of fruit infestation by A. fraterculus did not differ among cvs. Pedro Sato, Paluma and Casco, whereas the fruits of cv. S,culo XXI were more infested. The indexes of pH did not interfere with the infestation of A. fraterculus, whereas a high rate of soluble solids and low color angle appear to be crucial for discriminating the fruits of the most susceptible cultivars. Infestation rate of S,culo XXI fruits displayed significant correlations with: A degrees Brix (r= 0.7078) and color angle (h) (r= -0.9499) of guava fruits under the multiple choice conditions.

New Protein Sources in Adults Diet for Mass-rearing of Anastrepha fraterculus (Diptera: Tephritidae)

The aim of this study was to find alternatives to reduce the cost of mass production of the South American fruit fly (A. fraterculus) by looking for locally available products as protein source in the diet of adults to replace the imported product without changing the quality parameters. Two yeast from a Brazilian company were evaluated. The quality parameters showed that the imported hydrolyzed yeast used in the adult diet could be perfectly replaced by the local products tested, with a reduction of over 80% of the cost of the diet. The quality of the produced insects remained the same and there were improvements in some quality parameters such as the volume of eggs produced, number of adults flying and longevity under the stress.

Cryptic Species of the Anastrepha fraterculus Complex (Diptera: Tephritidae): A Multivariate Approach for the Recognition of South American Morphotypes

Although a large amount of data have been published in past years on the taxonomic status of the Anastrepha fraterculus (Wiedemann) species complex, there is still a need to know how many species this complex comprises, the distribution of each one, and their distinguishing features. In this study, we assessed the morphometric variability of 32 populations from the A. fraterculus complex, located in major biogeographical areas from the Neotropics. Multivariate techniques for analysis were applied to the measurements of 21 variables referring to the mesonotum, aculeus, and wing. For the first time, our results identified the presence of seven distinct morphotypes within this species complex. According to the biogeographical areas, populations occurring in the Mesoamerican dominion (Mexico, Guatemala, and Panama) were clustered within a single natural entity labeled as the "Mexican" morphotype; whereas in the northwestern South American dominion, samples fell into three distinct groups: the "Venezuelan" morphotype with a single population from the Caribbean lowlands of Venezuela, the "Andean" morphotype from the highlands of Venezuela and Colombia, and the third group or "Peruvian" morphotype comprised the samples from the Pacific coastal lowlands of Ecuador and Peru. Three additional groups were identified from the Chacoan and Paranaense sub-regions: the morphotype "Brazilian-1" was recognized as including the Argentinean samples with most pertaining to Brazil, and widely distributed in these biogeographical areas; the morphotype "Brazilian-2" was recognized as including two samples from the state of Sao Paulo (Ilha-Bela and Sao Sebastiao); whereas the morphotype "Brazilian-3" included a single population from Botucatu (state of Sao Paulo). Based on data published by previous authors showing genetic and karyotypic differentiation, as well as reproductive isolation, we have concluded that such morphotypes indeed represent natural groups and distinct taxonomic entities.

New protein sources in adults diet for mass-rearing of Anastrepha fraterculus (Diptera:Tephritidae)

The aim of this study was to find alternatives to reduce the cost of mass production of the South American fruit fly (A. fraterculus) by looking for locally available products as protein source in the diet of adults to replace the imported product without changing the quality parameters. Two yeast from a Brazilian company were evaluated. The quality parameters showed that the imported hydrolyzed yeast used in the adult diet could be perfectly replaced by the local products tested, with a reduction of over 80% of the cost of the diet. The quality of the produced insects remained the same and there were improvements in some quality parameters such as the volume of eggs produced, number of adults flying and longevity under the stress.

Artbildung via Wirtsrassen bei Tephritis conura (Diptera: Tephritidae)

Tephritis conura parasitiert verschiedene Kratzdistel-Arten (Cirsium sp.), darunter Cirsium heterophyllum und C. oleraceum. Vorhergehende Studien hatten gezeigt, dass T. conura auf diesen Wirten zumindest partiell reproduktiv isolierte Wirtsrassen ausgebildet hat. Ziel der vorliegenden Arbeit war es durch die Kombination von genetischen und morphometrischen Analysen mit direkten Untersuchungen von potentiellen Isolationsbarrieren einerseits, und die Einbeziehung verschiedener Verbreitungsmuster der Wirtspflanzen andererseits, die Artbildungsprozesse bei T. conura besser zu verstehen. Der Genfluss zwischen Heterophyllum- und Oleraceum-Fliegen wird durch eine Reihe von Isolationsbarrieren eingeschränkt: Habitatspräferenzen und Unterschiede im Zeitpunkt der sexuellen Aktivität wirken als präzygotische Barrieren, mangelnde Adaptation der Larven an den Alternativwirt sowie möglicherweise genomische Inkompatibilitäten bei Hybriden stellen postzygotische Barrieren dar. Das Maß der genetischen Differenzierung (Allozyme und mtDNA) lässt den Schluss zu, dass diese Barrieren in einer nahezu kompletten reproduktiven Isolation resultieren, so dass Heterophyllum- und Oleraceum-Fliegen eher als eigene Arten denn als Wirtsrassen angesehen werden können. Die mtDNA-Daten deuten darauf hin, dass C. heterophyllum der ursprüngliche Wirt gewesen ist und dass der Wirtswechsel im Laufe der letzten Eiszeit stattgefunden hat. Dabei scheint ein peripatrisches Szenario am wahrscheinlichsten, bei dem die relative Häufigkeit der Wirte für den Differenzierungsprozess die entscheidende Rolle spielte.

Genetic Manipulation, Gene Silencing and Biomarker Development in Multiple Experimental Models.

The thesis is set in three different parts, according to the relative experimental models. First, the domestic pig (Sus scrofa) is part of the study on reproductive biotechnologies: the transgenesis technique of Sperm Mediated Gene Transfer is widely studied starting from the quality of the semen, through the study of multiple uptakes of exogenous DNA and lastly used in the production of multi-transgenic blastocysts. Finally we managed to couple the transgenesis pipeline with sperm sorting and therefore produced transgenic embryos of predetermined sex. In the second part of the thesis the attention is on the fruit fly (Drosophila melanogaster) and on its derived cell line: the S2 cells. The in vitro and in vivo models are used to develop and validate an efficient way to knock down the myc gene. First an efficient in vitro protocol is described, than we demonstrate how the decrease in myc transcript remarkably affects the ribosome biogenesis through the study of Polysome gradients, rRNA content and qPCR. In vivo we identified two optimal drivers for the conditional silencing of myc, once the flies are fed with RU486: the first one is throughout the whole body (Tubulin), while the second is a head fat body driver (S32). With these results we present a very efficient model to study the role of myc in multiple aspects of translation. In the third and last part, the focus is on human derived lung fibroblasts (hLF-1), mouse tail fibroblasts and mouse tissues. We developed an efficient assay to quantify the total protein content of the nucleus on a single cell level via fluorescence. We coupled the protocol with classical immunofluorescence so to have at the same time general and particular information, demonstrating that during senescence nuclear proteins increase by 1.8 fold either in human cells, mouse cells and mouse tissues.

Neuronale Netzwerke des Zentralkomplexes und ein räumliches Arbeitsgedächtnis von Drosophila melanogaster

Zielgerichtete Orientierung ermöglicht es Lebewesen, überlebenswichtige Aufgaben, wie die Suche nach Ressourcen, Fortpflanzungspartnern und sicheren Plätzen zu bewältigen. Dafür ist es essentiell, die Umgebung sensorisch wahrzunehmen, frühere Erfahrungen zu speichern und wiederabzurufen und diese Informationen zu integrieren und in motorische Aktionen umzusetzen.rnWelche Neuronengruppen vermitteln zielgerichtete Orientierung im Gehirn einer Fliege? Welche sensorischen Informationen sind in einem gegebenen Kontext relevant und wie werden diese Informationen sowie gespeichertes Vorwissen in motorische Aktionen übersetzt? Wo findet im Gehirn der Übergang von der sensorischen Verarbeitung zur motorischen Kontrolle statt? rnDer Zentralkomplex, ein Verbund von vier Neuropilen des Zentralhirns von Drosophila melanogaster, fungiert als Übergang zwischen in den optischen Loben vorverarbeiteten visuellen Informationen und prämotorischem Ausgang. Die Neuropile sind die Protocerebralbrücke, der Fächerförmige Körper, der Ellipsoidkörper und die Noduli. rnIn der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass Fruchtfliegen ein räumliches Arbeitsgedächtnis besitzen. Dieses Gedächtnis kann aktuelle visuelle Information ersetzen, wenn die Sicht auf das Zielobjekt verloren geht. Dies erfordert die sensorische Wahrnehmung von Zielobjekten, die Speicherung der Position, die kontinuierliche Integration von Eigen-und Objektposition, sowie die Umsetzung der sensorischen Information in zielgerichtete Bewegung. Durch konditionale Expression von Tetanus Toxin mittels des GAL4/UAS/GAL80ts Systems konnte gezeigt werden, dass die Ringneurone, welche in den Ellipsoidkörper projizieren, für das Orientierungsgedächtnis notwendig sind. Außerdem konnte gezeigt werden, dass Fliegen, denen die ribosomale Serinkinase S6KII fehlt, die Richtung verlieren, sobald keine Objekte mehr sichtbar sind und, dass die partielle Rettung dieser Kinase ausschließlich in den Ringneuronenklassen R3 und R4d hinreichend ist, um das Gedächtnis wieder herzustellen. Bei dieser Gedächtnisleistung scheint es sich um eine idiothetische Form der Orientierung zu handeln. rn Während das räumliche Arbeitsgedächtnis nach Verschwinden von Objekten relevant ist, wurde in der vorliegende Arbeit auch die Vermittlung zielgerichteter Bewegung auf sichtbare Objekte untersucht. Dabei wurde die zentrale Frage bearbeitet, welche Neuronengruppen visuelle Orientierung vermitteln. Anhand von Gehirnstrukturmutanten konnte gezeigt werden, dass eine intakte Protocerebralbrücke notwendig ist, um Laufgeschwindigkeit, Laufaktivität und Zielgenauigkeit bei der Ansteuerung visueller Stimuli korrekt zu vermitteln. Dabei scheint das Horizontale Fasersystem, welches von der Protocerebralbrücke über den Fächerförmigen Körper auf den Zentralkomplex assoziierte Neuropile, die Ventralkörper, projiziert, notwendig für die lokomotorische Kontrolle und die zielgenaue Bewegung zu sein. Letzeres konnte zum einen durch Blockade der synaptischen Transmission anhand konditionaler Tetanus Toxin Expression mittels des GAL4/UAS/GAL80ts Systems im Horizontalen Fasersystem gezeigt werden;. zum anderen auch durch partielle Rettung der in den Strukturmutanten betroffenen Gene. rn Den aktuellen Ergebnissen und früheren Studien folgend, ergibt sich dabei ein Modell, wie zielgerichtete Bewegung auf visuelle Stimuli neuronal vermittelt werden könnte. Nach diesem Modell bildet die Protocerebralbrücke die Azimuthpositionen von Objekten ab und das Horizontale Fasersystem vermittelt die entsprechende lokomotorische Wo-Information für zielgerichtete Bewegungen. Die Eigenposition in Relation zum Zielobjekt wird über die Ringneurone und den Ellipsoidkörper vermittelt. Wenn das Objekt aus der Sicht verschwindet, kann die Relativposition ideothetisch ermittelt werden und integriert werden mit Vorinformation über das Zielobjekt, die im Fächerförmigen Körper abgelegt ist (Was-Information). Die resultierenden Informationen könnten dann über das Horizontale Fasersystem in den Ventralkörpern auf absteigende Neurone gelangen und in den Thorax zu den motorischen Zentren weitergeleitet werden.rn

Physiologie eines erlernten Körpermodells in Drosophila melanogaster

In der vorliegenden Dissertation wird ein Körpergrößengedächtnis untersucht. Es wird dargestellt, wie diese Information über die Reichweite der Fliege beim Lückenklettern unter kotrollierten Umweltbedingungen erworben und prozessiert wird. Zusätzlich wird geklärt, welche biochemischen Signale benötigt werden, um daraus ein lang anhalten-des Gedächtnis zu formen. Adulte Fliegen sind in der Lage, ihre Körperreichweite zu lernen. Naive Fliegen, die in der Dunkelheit gehalten wurden, versuchen erfolglos, zu breite Lücken zu überqueren, während visuell erfahrene Fliegen die Kletterversuche an ihre Körpergröße anpassen. Erfahrene kleine Fliegen scheinen Kenntnis ihres Nachteils zu haben. Sie kehren an Lückenbreiten um, welche ihre größeren Artgenos-sen durchaus noch versuchen. Die Taufliegen lernen die größenabhängige Reichweite über die visuelle Rückmeldung während des Laufens (aus Parallaxenbewegung). Da-bei reichen 15 min in strukturierter, heller Umgebung aus. Es gibt keinen festgelegten Beginn der sensiblen Phase. Nach 2 h ist das Gedächtnis jedoch konsolidiert und kann durch Stress nicht mehr zerstört oder durch sensorische Eingänge verändert werden. Dunkel aufgezogene Fliegen wurden ausgewählten Streifenmustern mit spezifischen Raumfrequenzen ausgesetzt. Nur die Insekten, welche mit einem als „optimal“ klassi-fizierten Muster visuell stimuliert wurden, sind in der Lage, die Körperreichweite einzu-schätzen, indem die durchschnittliche Schrittlänge in Verbindung mit der visuellen Wahrnehmung gebracht wird. Überraschenderweise ist es sogar mittels partieller Kompensation der Parallaxen möglich, naive Fliegen so zu trainieren, dass sie sich wie kleinere Exemplare verhalten. Da die Experimente ein Erlernen der Körperreich-weite vermuten lassen, wurden lernmutante Stämme beim Lückenüberwinden getes-tet. Sowohl die Ergebnisse von rut1- und dnc1-Mutanten, als auch das defizitäre Klet-tern von oc1-Fliegen ließ eine Beteiligung der cAMP-abhängigen Lernkaskade in der Protocerebralbrücke (PB) vermuten. Rettungsexperimente der rut1- und dnc1-Hinter-gründe kartierten das Gedächtnis in unterschiedliche Neuronengruppen der PB, wel-che auch für die visuelle Ausrichtung des Kletterns benötigt werden. Erstaunlicher-weise haben laterale lokale PB-Neurone und PFN-Neurone (Projektion von der PB über den fächerförmigen Körper zu den Noduli) verschiedene Erfordernisse für cAMP-Signale. Zusammenfassend weisen die Ergebnisse darauf hin, dass hohe Mengen an cAMP/PKA-Signalen in den latero-lateralen Elementen der PB benötigt werden, wäh-rend kolumnäre PFN-Neurone geringe oder keine Mengen an cAMP/PKA erfordern. Das Körperreichweitengedächtnis ist vermutlich das am längsten andauernde Ge-dächtnis in Drosophila. Wenn es erst einmal konsolidiert ist hält es länger als drei Wo-chen.rnAußerdem kann die Fruchtliege Drosophila melanogaster trainiert werden, die kom-plexe motorische Aufgabe des Lückenkletterns zu optimieren. Die trainierten Fliegen werden erfolgreicher und schneller beim Überqueren von Lücken, welche größer sind als sie selbst. Dabei existiert eine Kurzeitkomponente (STM), die 40 min nach dem ersten Training anhält. Nach weiteren vier Trainingsdurchläufen im Abstand von 20 min wird ein Langzeitgedächtnis (LTM) zum Folgetag geformt. Analysen mit Mutati-onslinien wiesen eine Beteiligung der cAMP-abhängigen Lernkaskade an dieser Ge-dächtnisform auf. Rettungsexperimente des rut2080-Hintergrunds kartierten sowohl das STM, als auch das LTM in PFN-Neuronen. Das STM kann aber ebenso in den alpha- und beta- Loben der Pilzkörper gerettet werden.rnLetztendlich sind wildtypische Fliegen sogar in der Lage, sich an einen Verlust eines Mittelbeintarsuses und dem einhergehenden Fehlen des Adhäsionsorgans am Tarsusende anzupassen. Das Klettern wird zwar sofort schlechter, erholt sich aber bis zum Folgetag wieder auf ein normales Niveau. Dieser neue Zustand erfordert ein Ge-dächtnis für die physischen Möglichkeiten, die nur durch plastische Veränderungen im Nervensystem des Insekts erreicht werden können.

"Anteroposterior Patterning: How the Hox Genes Help Us Tell Our Heads from Our ***es"

The fundamental problem of developmental biology is how a single cell- a fertilized egg- is able to produce an entire organism in all its complexity. One essential aspect of this process is spatial patterning-in essence, instructing cells as to their location in developing body so that they can exhibit characteristics appropriate to their functions. he Hox genes, first discovered in mutant fruit fly "hopeful monsters" with extra pairs of wings or legs growing out of their heads, confer spatial information along the anteroposterior axis in animals from worms to humans. Prof Marin's research focuses on the roles of specific Hox genes in sculpting the developing entral nervous system of the fruit fly and how the same gene can direct a neuron to die, survive, or send its axon in search of different connections, depending on cellular context.

The COLOSS BEEBOOK Volume I, Standard methods for Apis mellifera research: Introduction

The COLOSS BEEBOOK is a practical manual compiling standard methods in all fields of research on the western honey bee, Apis mellifera. The COLOSS network was founded in 2008 as a consequence of the heavy and frequent losses of managed honey bee colonies experienced in many regions of the world (Neumann and Carreck, 2010). As many of the world’s honey bee research teams began to address the problem, it soon became obvious that a lack of standardized research methods was seriously hindering scientists’ ability to harmonize and compare the data on colony losses obtained internationally. In its second year of activity, during a COLOSS meeting held in Bern, Switzerland, the idea of a manual of standardized honey bee research methods emerged. The manual, to be called the COLOSS BEEBOOK, was inspired by publications with similar purposes for fruit fly research (Lindsley and Grell, 1968; Ashburner 1989; Roberts, 1998; Greenspan, 2004).

The COLOSS BEEBOOK Volume II, Standard methods for Apis mellifera pest and pathogen research: Introduction

The COLOSS BEEBOOK is a practical manual compiling standard methods in all fields of research on the western honey bee, Apis mellifera. The COLOSS network was founded in 2008 as a consequence of the heavy and frequent losses of managed honey bee colonies experienced in many regions of the world (Neumann and Carreck, 2010). As many of the world’s honey bee research teams began to address the problem, it soon became obvious that a lack of standardized research methods was seriously hindering scientists’ ability to harmonize and compare the data on colony losses obtained internationally. In its second year of activity, during a COLOSS meeting held in Bern, Switzerland, the idea of a manual of standardized honey bee research methods emerged. The manual, to be called the COLOSS BEEBOOK, was inspired by publications with similar purposes for fruit fly research (Lindsley and Grell, 1968; Ashburner, 1989; Roberts, 1998; Greenspan, 2004).

Characterization of sea urchin yolk glycoproteins

To study the fate of the yolk glycoproteins found in eggs and embryos of the sea urchin, S. purpuratus, a polyclonal antibody to a 90-kDa polymannose glycoprotein was prepared. lmmunoblot analysis of total proteins over the course of development showed that this antibody recognized a family of glycoproteins. Concomitant with the disappearance of the major 160-kDa egg yolk glycoprotein during embryogenesis, glycoproteins with a lower molecular mass appeared. These glycoproteins (115, 108, 90, 83, and 68 kDa) were purified and peptide mapping revealed that they were cleavage products derived from the major yolk glycoprotein. The antibody identified a homologous set of yolk glycoproteins with similar molecular masses in the embryos of three other species in the class Echinoidea: L. pictus, A. punctulata, and D. excentricus. However, eggs from other echinoderm classes and from chicken, frog, fruit fly, and nematode did not contain any cross-reactive molecules. Cross-reactivity within the class Echinoidea was not due to a common carbohydrate epitope, because the antibody recognized the glycoproteins even after the N-linked, polymannose carbohydrate side chains were enzymatically removed. The major yolk glycoprotein (160-170 kDa) from each of the three sea urchin species was purified and analyzed, revealing striking similarities in pI and in amino acid and monosaccharide composition. Peptide mapping showed that the 160-kDa glycoprotein from the four echinoids are structurally homologous. The major yolk glycoprotein appeared to be proteolyzed by a thiol protease, which could be activated in yolk particles prepared from unfertilized eggs by low pH. Immunolocalization by electron microscopy in S. purpuratus showed that the yolk glycoproteins remained within the yolk platelet throughout embryonic development, and that externalization of the glycoproteins was not detectable. The yolk glycoprotein precursor began to be synthesized in premetamorphosis larvae, and continued in adult males and females. Both the yolk glycoproteins and the yolk platelets disappeared during larval development. This disappearance has special significance because there were no yolk proteins in the direct developing sea urchin, H. erthryogramma, which bypasses larval development and metamorphoses directly into an adult. ^

Epigallocatechin gallate (EGCG) affects glucose metabolism and enhances fitness and life span in Drosophila melanogaster

In this study, we tested whether a standardized epigallocatechin-3-gallate (EGCG) rich green tea extract (comprising > 90% EGCG) affects fitness and lifespan as well as parameters of glucose metabolism and energy homeostasis in the fruit fly, Drosophila melanogaster. Following the application of the green tea extract a significant increase in the mean lifespan (+ 3.3 days) and the 50% survival (+ 4.3 days) as well as improved fitness was detected. These effects went along an increased expression of Spargel, the homolog of mammalian PGC1α, which has been reported to affect lifespan in flies. Intriguingly, in flies, treatment with the green tea extract decreased glucose concentrations, which were accompanied by an inhibition of α-amylase and α-glucosidase activity. Computational docking analysis proved the potential of EGCG to dock into the substrate binding pocket of α-amylase and to a greater extent into α-glucosidase. Furthermore, we demonstrate that EGCG downregulates insulin-like peptide 5 and phosphoenolpyruvate carboxykinase, major regulators of glucose metabolism, as well as the Drosophila homolog of leptin, unpaired 2. We propose that a decrease in glucose metabolism in connection with an upregulated expression of Spargel contribute to the better fitness and the extended lifespan in EGCG-treated flies.