Is the evolutionary history of the O-type P element in the saltans and willistoni groups of Drosophila similar to that of the canonical P element?

We studied the occurrence of O-type P elements in at least one species of each subgroup of the saltans group, in order to better understand the phylogenetic relationships among the elements within the saltans group and with those of species belonging to the willistoni group. We found that the O-type subfamily has a patchy distribution within the saltans group (it does not occur in D. neocordata and D. emarginata), low sequence divergence among species of the saltans group as well as in relation to species of the willistoni group, a lower rate of synonymous substitution for coding sequences compared to Adh, and phylogenetic incongruities. These findings suggest that the evolutionary history of the O-type subfamily within the saltans and willistoni groups follows the same model proposed for the canonical subfamily of P elements, i.e., events of horizontal transfer between species of the saltans and willistoni groups.

Polimorfismos de DNA mitocondrial em populações naturais e filogeografia de duas espécies crípticas do grupo willistoni : Drosophila willistoni e D. paulistorum

A existência de polimorfismos de DNA mitocondrial analisados por um fragmento de 1413 nucleotídeos do gene COI (correspondente à 92% do gene) foi investigada em três populações de Drosophila willistoni e uma de Drosophila paulistorum. Este marcador foi utilizado para o estabelecimento de relações filogenéticas entre diferentes populações (naturais e de laboratório, bem como algumas das semi-espécies de Drosophila paulistorum). Para realizar este estudo foram feitas três coletas em três locais, de abril a setembro de 2002, nas cidades de Porto Alegre e Viamão. Surpreendentemente, com base em estudos anteriores, verificou-se uma queda expressiva na freqüência de aparecimento de D. paulistorum provavelmente como conseqüência da recente invasão das assembléias locais de drosofilídeos pela mosca africana Zaprionus indianus, que, desde 1999, tem se espalhado rapidamente pela América do Sul. A análise da diversidade nucleotídica revelou uma não estruturação das populações de D. willistoni de Porto Alegre e arredores. Este resultado vai de encontro com o que foi achado em estudos anteriores, utilizando marcadores nucleares, cromossômicos, morfométricos e comportamentais. Para explicar esta diferença, alguns testes para diferentes modelos seletivos foram realizados, e os resultados sugerem que estas seqüências estariam sofrendo seleção purificadora, evitando a diversificação destas populações neste nível Ao contrário do que se tem encontrado em outros drosofilídeos, o marcador por nós utilizado para D. willistoni e D. paulistorum, não foi sensível o suficiente para resolver a filogeografia do grupo. Apesar disto, este marcador mostrou-se útil para separar as espécies, podendo ser utilizado em estudos posteriores.

Distribution and insertion numbers of transposable elements in species of the Drosophila saltans group

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

The copia retrotransposon and horizontal transfer in Drosophila willistoni

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Scanning Electron Microscopy of Male Terminalia and Its Application to Species Recognition and Phylogenetic Reconstruction in the Drosophila saltans Group

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estudo do comportamento meiótico de espécies do grupo Willistoni de Drosophila

Considerando a importância do comportamento meiótico e da recombinação para regular os níveis de variabilidade genética, realizamos o primeiro estudo sobre a meiose masculina e feminina de seis membros do grupo da Drosophila willistoni, um dos mais representativos da família Drosophilidae na região Neotropical. Como ponto de partida, foi necessário padronizar condições técnicas para tal, adaptando protocolos pré-existentes e estabelecidos por outros autores para espécies procedentes do Hemisfério Norte, como a cosmopolita Drosophila melanogaster e a D. ananassae. A qualidade dos preparados e a resolução por nós encontradas para as espécies do grupo willistoni, foi muito superior às obtidas para D. melanogaster, sendo comparável com a excelência das figuras meióticas propiciadas pela D. ananassae. Apesar do baixo número de células em divisão (cerca de 45% dos machos, em média) detectadas, conseguimos caracterizar as fases da divisão meiótica em primórdios das gônadas de larvas macho de D. willistoni e o padrão de sinapse do par sexual e dos autossomos. Inicialmente, foi realizada a análise de duas diferentes populações, cuja prole apresenta sinais de instabilidade genética (como hipermutabilidade e atrofia gonadal), sob condições de cultivo em temperaturas fisiológica e restritiva. Em machos de ambas as linhagens (exceto em uma delas, onde observou-se um indivíduo aneuplóide XO), e nos machos da primeira geração de cruzamento entre as duas populações, não foram observadas irregularidades meióticas nem aberrações cromossômicas, tanto sob temperatura fisiológica, quanto restritiva. Análise posterior da população híbrida, mantida em laboratório, entretanto, permitiu a detecção de quebras, de pontes anafásicas, e de figuras compatíveis com quiasmas no segundo par cromossômico No braço esquerdo do cromossomo II (o chamado IIL) nesta população híbrida, segregam três inversões, a IILF (sub-terminal) e as inversões IILD+E, (na região mediana). Analisando paralelamente as configurações dos cromossomos politênicos interfásicos das glândulas salivares larvais e os meióticos dos primórdios das gônadas de cada larva macho individualmente, observou-se que sempre que ocorreram pontes anafásicas, os indivíduos eram heterozigotos para pelo menos a inversão IILF, e que as quebras detectadas no segundo cromossomo ocorreram na região subterminal de um dos braços. Estes achados fazem supor que nestes machos, estaria havendo recombinação dentro da alça de inversão formada em heterozigotos para a inversão IILF, o que necessita ser testado através de dados genéticos, em estudos futuros. Em machos de uma população natural desta espécie, também observou-se figuras compatíveis com quiasmas na parte terminal do mesmo braço esquerdo do segundo cromossomo, onde segrega a inversão IILH. Já a meiose de machos de uma população de cada uma das espécies crípticas D. paulistorum, D. tropicalis, D. equinoxialis, D. insularis e da não críptica D. nebulosa, mostrou-se regular, não sendo encontradas evidências de não-disjunções, quebras e pontes anafásicas, como em D. willistoni, apesar de todas elas apresentarem polimorfismo cromossômico para inversões paracêntricas (embora menor). O estudo futuro de novas populações deverá esclarecer se a D. willistoni suporta ou não, maiores níveis de recombinação em machos do que as outras espécies, e se estes achados podem ser interpretados como uma estratégia da D. willistoni (considerada como ancestral às outras) para manter altos níveis de polimorfismo, sem perdas gaméticas importantes, nem comprometimento da estabilidade de seu sistema genético A meiose de fêmeas de Drosophila willistoni e de D. paulistorum também foi caracterizada em linhagens igualmente polimórficas, de ambas as espécies. A detecção citológica de recombinação, entretanto, não foi possível, devido à peculiaridade dos cromossomos de oócitos, de assumirem a forma de cariossomo, altamente compactada justo nas fases de prófase I.

Evolutionary dynamics of wAu-Like Wolbachia variants in neotropical Drosophila spp.

Wolbachia bacteria are common intracellular symbionts of arthropods and have been extensively studied in Drosophila. Most research focuses on two Old Word hosts, Drosophila melanogaster and Drosophila simulans, and does not take into account that some of the Wolbachia associations in these species may have evolved only after their fast global expansion and after the exposure to Wolbachia of previously isolated habitats. Here we looked at Wolbachia of Neotropical Drosophila species. Seventy-one lines of 16 Neotropical Drosophild species sampled in different regions and at different time points were analyzed. Wolbachia is absent in lines of Drosophild willistoni collected before the 1970s, but more recent samples are infected with a strain designated wWiL Wolbachia is absent in all other species of the willistoni group. Polymorphic wWil-related strains were detected in some saltans group species, with D. septentriosaltans being coinfected with at least four variants. Based on wsp and ftsZ sequence data, wWil of D. willistoni is identical to wAu, a strain isolated from D. simulans, but can be discriminated when using a polymorphic minisatellite marker. In contrast to wAu, which infects both germ line and somatic tissues of D. simulans, wWil is found exclusively in the primordial germ line cells of D. willistoni embryos. We report on a pool of closely related Wolbachia strains in Neotropical Drosophila species as a potential source for the wAu strain in D. simulans. Possible evolutionary scenarios reconstructing the infection history of wAu-like Wolbachia in Neotropical Drosophild species and the Old World species D. simulans are discussed.

Evaluation of the courtship and of the hybrid male sterility among Drosophila buzzatii cluster species (Diptera, Drosophilidae)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Multiple events of horizontal transfer of the Minos transposable element between Drosophila species

In this study the Minos element was analyzed in 26 species of the repleta group and seven species of the saltans group of the genus Drosophila. The PCR and Southern blot analysis showed a wide occurrence of the Minos transposable element among species of the repleta and the saltans groups and also a low number of insertions in both genomes. Three different analyses, nucleotide divergence, historical associations, and comparisons between substitution rates (d(N) and d(S)) of Minos and Adh host gene sequences, suggest the occurrence of horizontal transfer between repleta and saltans species. These data reinforce and extend the Arca and Savakis [Genetica 108 (2000) 263] results and suggest five events of horizontal transfer to explain the present Minos distribution: between D. saltans and the ancestor of the mulleri and the mojavensis clusters; between D. hydei and the ancestor of the mulleri and the mojavensis clusters; between D. mojavensis and D. aldrichi; between D. buzzatii and D. serido; and between D. spenceri and D. emarginata. An alternative explanation would be that repeated events of horizontal transfer involving D. hydei, which is a cosmopolitan species that diverged from the others repleta species as long as 14 Mya, could have spread Minos within the repleta group and to D. saltans. The data presented in this article support a model in which distribution of Minos transposon among Drosophila species is determined by horizontal transmission balanced by vertical inactivation and extinction. (c) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Ancestral polymorphism and recent invasion of transposable elements in Drosophila species

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Drosofilídeos e seus himenópteros parasitoides em coffea arabica L

The objective of this study was to evaluate the occurrence of Drosophilidae and their parasitoids in coffee fruits in Cravinhos, SP, Brazil. The fruits were collected directly from the tree, and a portion was exposed under the canopy. Fifty-nine drosophilid pupae were collected in all, of which 31 adults (including two Ganaspis exemplars) emerged. The survival rate of all pupae was 49.2%. Thirty-five drosopholid pupae were obtained from the fruit trees, 24 of which later emerged, three different species: Zaprionus indianus Gupta, Drosophila nebulosa Sturtevant and D. simulans Sturtevant. From the fruits under the canopy of plants were obtained 24 pupae of four different species: Z. indianus, D. cardini Sturtevant, D. immigrans Sturtevant and D. willistoni Sturtevant. The emergence of two Ganaspis sp. (Hymenoptera: Figitidae) examples, with a parasitism rate of 8.3%, was also observed. Half of the drosophilids collected are introduced species and represented 79% of the adults emerged. Associations between Z. indianus, D. cardini, D. immigrans, D. nebulosa, D. simulans and D. willistoni and the coffee crop are reported herein.

Evidence for the recent horizontal transfer of long terminal repeat retrotransposon

The evolutionary dynamics existing between transposable elements (TEs) and their host genomes have been likened to an “arms race.” The selfish drive of TEs to replicate, in turn, elicits the evolution of host-mediated regulatory mechanisms aimed at repressing transpositional activity. It has been postulated that horizontal (cross-species) transfer may be one effective strategy by which TEs and other selfish genes can escape host-mediated silencing mechanisms over evolutionary time; however, to date, the most definitive evidence that TEs horizontally transfer between species has been limited to class II or DNA-type elements. Evidence that the more numerous and widely distributed retroelements may also be horizontally transferred between species has been more ambiguous. In this paper, we report definitive evidence for a recent horizontal transfer of the copia long terminal repeat retrotransposon between Drosophila melanogaster and Drosophila willistoni.

The HMG-domain protein BAP111 is important for the function of the BRM chromatin-remodeling complex in vivo

The Drosophila trithorax group gene brahma (brm) encodes the ATPase subunit of a SWI/SNF-like chromatin-remodeling complex. A key question about chromatin-remodeling complexes is how they interact with DNA, particularly in the large genomes of higher eukaryotes. Here, we report the characterization of BAP111, a BRM-associated protein that contains a high mobility group (HMG) domain predicted to bind distorted or bent DNA. The presence of an HMG domain in BAP111 suggests that it may modulate interactions between the BRM complex and chromatin. BAP111 is an abundant nuclear protein that is present in all cells throughout development. By using gel filtration chromatography and immunoprecipitation assays, we found that the majority of BAP111 protein in embryos is associated with the BRM complex. Furthermore, heterozygosity for BAP111 enhanced the phenotypes resulting from a partial loss of brm function. These data demonstrate that the BAP111 subunit is important for BRM complex function in vivo.

Naturally occurring variation in copia expression is due to both element (cis) and host (trans) regulatory variation.

Significant differences in levels of copia [Drosophila long terminal repeat (LTR) retrotransposon] expression exist among six species representing the Drosophila melanogaster species complex (D. melanogaster, Drosophila mauritiana, Drosophila simulans, Drosophila sechellia, Drosophila yakuba, and Drosophila erecta) and a more distantly related species (Drosophila willistoni). These differences in expression are correlated with major size variation mapping to putative regulatory regions of the copia 5' LTR and adjacent untranslated leader region (ULR). Sequence analysis indicates that these size variants were derived from a series of regional duplication events. The ability of the copia LTR-ULR size variants to drive expression of a bacterial chloramphenicol acetyltransferase reporter gene was tested in each of the seven species. The results indicate that both element-encoded (cis) and host-genome-encoded (trans) genetic differences are responsible for the variability in copia expression within and between Drosophila species. This finding indicates that models purporting to explain the dynamics and distribution of retrotransposons in natural populations must consider the potential impact of both element-encoded and host-genome-encoded regulatory variation to be valid. We propose that interelement selection among retrotransposons may provide a molecular drive mechanism for the evolution of eukaryotic enhancers which can be subsequently distributed throughout the genome by retrotransposition.

Karyotype Differentiation in Newly Discovered Members of the Drosophila obscura Species Group from Yunnan , China

观察了新近发现于我国云南的果蝇属暗果蝇种组( Drosophila obscura species group ) 种类 D1luguensis 、D1 dianensis 和D1limingi 的有丝分裂中期核型, 并将3 个种的核型与各自的近缘种类进行了比较。 D1luguensis 具2n = 12 条染色体, 包括3 对中央着丝粒(V 形) 染色体、2 对近端着丝粒(棒状) 染色体以及1 对微小(点状) 染色体。其中X 和Y染色体均为中央着丝粒染色体。D1 dianensis 和D1limingi 具2n = 10 条染 色体, 包括1 对大的V 形常染色体, 1 对小的V 形常染色体, 2 对J 形(亚中着丝粒型) 常染色体和1 对点状染 色体。其中X 染色体为J 形, Y染色体为短棒状。基于核型比较的结果以及D1sinobscura 亚组地理分布的资料, 结合种间系统发育关系研究结果, 认为D1 luguensis 可能保留了该亚组祖先种类的核型。D1sinobscura 的核型(2n = 12 : 2V , 1J , 2R , 1D) 可能由一个pre2“sinobscura2hubeiensis”谱系的一个分支通过臂间倒位演化而来, 而D1 hubeiensis 的核型(2n = 10 : 4V , 1D) 可能由该谱系的另一分支通过着丝粒融合(2 对近端着丝粒常染色 体的融合) 而形成。推测在D1 dianensis 和近缘欧洲种D1subsilvestris (2n = 12 : 3V , 2R , 1D) 间、D1limingi 和 东亚近缘种D1tsukubaensis (2n = 12 : 3V , 2R , 1D) 间的物种分化过程中, 可能有相似的染色体变异类型发生。