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Acesso aberto (Open Access)
Biologia molecular da morfogênese diferencial inicial do cérebro em castas de abelhas Apis mellifera
(Universidade Federal de Alfenas, 2020-03-02) Vieira, Joseana; Barchuk, Angel Roberto; Dias, Marcos Vinicios Salles; Nunes, Francis De Morais Franco; Rodrigues, Pedro Augusto Da Pos; Martins, Juliana Ramos
O desenvolvimento do cérebro é influenciado por fatores genéticos e ambientais. As larvas de rainhas de abelhas Apis mellifera que são alimentadas com grandes quantidades de geleia real, experimentam maior e mais rápido desenvolvimento do cérebro do que as operárias. A hipótese do cérebro social propõe que, evolutivamente, as diferenças de castas nas abelhas foram promovidas por trade-offs morfofisiológicos do desenvolvimento em que a casta especializada na reprodução investe no desenvolvimento dos ovários, enquanto que as operárias, não reprodutivas, investem no desenvolvimento do cérebro, o que foi confirmado em A. mellifera. Desde o ponto de vista genômico, as espécies de abelhas mais sociais deveriam possuir uma proporção maior de genes neurogênicos, comparada à encontrada no Homo sapiens, com espécies solitárias com proporções menores. O difenismo cerebral de A. mellifera fica evidente do ponto de vista morfológico a partir do 4º estágio larval, porém, molecularmente, a diferença já está presente no 3º estágio larval (L3). Utilizando seqüenciamento de nova geração (RNA-Seq) identificamos 60 genes diferencialmente expressos (GDEs) nos cérebros de L3, que devem incluir genes primordiais para o desenvolvimento cerebral casta-específico. O presente trabalho objetivou determinar os alcances da participação destes genes na morfogênese diferencial inicial do cérebro entre as castas e testar a hipótese do cérebro social entre 11 espécies de abelhas. As análises comparativas de genes neurogênicos entre estas abelhas (incluindo A. mellifera), Drosophila e Homo sapiens não refletiram uma associação entre proporção destes genes e o nível de socialidade em insetos. Em busca dos determinantes moleculares da morfogênese cerebral diferencial, validamos a expressão de nove GDEs (amd, amci, forked, hex70b, hex70c, hex110, mas, nt-1 e takeout) durante o período larval de ambas castas. Para determinar a eventual participação de miRNAs (miRNAs miR-317, miR-34 e miR-210) na regulação da expressão desses genes usamos ferramentas in silico e ensaios de luciferase. Todos os GDEs estudados respondem a pelo menos um dos miRNAs, exceto amd. Ademais, imunolocalizamos o produto proteico do gene hex110 e observamos que apresenta localização nuclear. Estes resultados mostram que o estabelecimento do dimorfismo cerebral se inicia em L3, momento em que a alimentação das larvas se torna casta-específica, mediante a expressão gênica diferencial regulada pelos miRNAs miR-317, miR-34 e miR-210.
Brain development is influenced by genetic and environmental factors. The larvae of Apis mellifera queens, which are fed with large amounts of royal jelly, experience greater and faster brain development than workers. The social brain hypothesis suggests that, evolutionarily, the differences in castes in bees were promoted by morphophysiological development trade-offs in which the caste specialized in reproduction invests in the development of the ovaries, while the workers, non-reproductive, invest in the development of the brain, which has been confirmed in A. mellifera. From a genomic point of view, highly social bee species should have a higher proportion of neurogenic genes, compared to that found in Homo sapiens, whereas solitary species should have smaller proportions. The brain diphenism of A. mellifera is evident from the morphological point of view from the 4th larval stage, however, molecularly, the difference is already present in the 3rd larval stage (L3). Using next generation sequencing (RNA-Seq) we identified 60 differentially expressed genes (DEGs) in L3 brains, which must include genes primordial for castespecific brain development. The present work aimed to determine the scope of the participation of these genes in the initial differential morphogenesis of the brain between the castes and to test the social brain hypothesis among 11 species of bees. Comparative analyses of neurogenic genes among these bees (including A. mellifera), Drosophila and Homo sapiens did not reflect an association between the proportion of these genes and the level of sociality in insects. In search of the molecular determinants of differential brain morphogenesis, we validated the expression of nine DEGs (amd, amci, forked, hex70b, hex70c, hex110, mas, nt-1 and takeout) during the larval period of both castes. To determine the possible participation of miRNAs (miRNAs miR-317, miR-34 and miR-210) in the regulation of the expression of these genes, we use in silico tools and luciferase assays. All studied DEGs respond to at least one of the miRNAs, except amd. In addition, we immunolocalize the protein product of the hex110 gene and observe that it has a nuclear location. These results show that the establishment of brain dimorphism starts at L3, at which point the larval feed becomes caste-specific, through differential gene expression regulated by miRNAs miR-317, miR-34 and miR-210.
Acesso aberto (Open Access)
Determinantes moleculares da diferenciação inicial do cérebro em castas de abelhas Apis mellifera
(Universidade Federal de Alfenas, 2014-05-20) Vieira, Joseana; Barchuk, Angel Roberto; Oliveira, Jaqueline Carvalho De; Tanaka, Érika Donato
O desenvolvimento do cérebro é influenciado por ambos os fatores genéticos e ambientais. Entre os últimos, a dieta tem sido considerada de um papel fundamental. Demonstramos recentemente que em abelhas, larvas de rainha, que são alimentadas com grandes quantidades de geléia real, experimentam o maior e mais rápido desenvolvimento do cérebro do que as de operárias. Também mostramos que esta morfogênese diferencial é evidente a partir do 4º estágio larval (L4). Esta constatação implica que uma grande ingestão de alimento impulsiona o desenvolvimento do sistema nervoso. Estudos recentes mostraram que a composição de geleias real e de operária diferem entre si, levando a diferenças no padrão da expressão gênica. Alguns miRNAs são mais abundantes na geléia de operárias que na geleia real durante o desenvolvimento larval inicial, sugerindo um papel para estas pequenas moléculas na determinação de castas. Como não há diferenças morfológicas entre cérebro de rainhas e operárias antes de L4, a hipótese é de que as primeiras diferenças observadas são molecularmente promovidas no início do desenvolvimento. Neste estudo temos o objetivo de identificar genes que respondem a alimentação em cérebros de rainhas e operárias na fase larval L3. Utilizando seqüenciamento de nova geração (RNA-Seq) identificamos 60 genes diferencialmente expressos (GDEs), 31 mais expressos em operárias e 29, em rainhas. Os produtos de sete transcritos super-expressos em rainhas já foram associados com atividade neuronal: aromatic-L-amino-acid decarboxylase-like, Spatzle-2, three serine proteases (SP25, SP33 and SPH41), apolipoprotein D-like, and forked. Oito dos genes super-expressos em operárias estão envolvidos na inibição de proteínas que promovem desenvolvimento cerebral ou são importantes para o desenvolvimento de características desta casta: chymotrypsin inhibitor-like, chymotrypsin inhibitor, GB51989 (domínio conservado pacifastin), três hexamerinas (hex-110, -70c e -70b) e citocromo P450 9Q1 e nesprin 1-like. Além disso, doze genes, dos 60, estão localizados no cromossomo 15, sugerindo a co-regulação deste grupo de genes. Análises da complexa rede sugere que muitos dos DEG são alvos de miRNAs presentes nas geleias, portanto, fazem parte de uma complexa via que leva ao desenvolvimento do difenismo observado no cérebro em castas de abelhas.