Avaliação da expressão gênica diferencial e dos hidrocarbonetos cuticulares de rainhas, operárias, machos haplóides e diplóides de Melipona quadrifasciata (Hymenoptera: Apidae)

Abstract

No presente trabalho procurou-se abordar diferentes aspectos relacionados a expressão gênica e composição dos hidrocarbonetos cuticulares de rainhas, operárias, machos haplóides e machos diplóides de Melipona quadrifasciata, assim como se procurou compreender os mecanismos moleculares envolvidos nos processos de diferenciação dos machos desta abelha. O perfil de expressão gênica de dez genes casta específicos foi avaliado de forma comparativa entre operárias, rainhas, machos haplóides e diplóides recém-emergidos e com cinco dias de idade adulta. De modo geral, a abundância de transcritos de machos diplóides foi mais similar à de machos haplóides e operárias do que à de rainhas, para as duas classes etárias analisadas. Após cinco dias de emergência verificaram-se aumentos significativos nos níveis de expressão gênica de rainhas e operárias, enquanto que resultados opostos foram observados nos machos. Estas diferenças podem estar relacionadas à longevidade diferencial de machos e fêmeas. Apesar dos machos haplóides e diplóides não serem facilmente distinguidos visualmente, genes diferencialmente expressos entre estes dois fenótipos foram identificados por meio da técnica de RDA (Representational Difference Analysis). Na biblioteca obtida de machos haplóides, observou-se que 32.5% das ESTs apresentaram similaridade às sequências de Drosophila, 25.6% às sequências de Apis e 7% são similares à meliponíneos. Na biblioteca de machos diplóides, as porcentagens de similaridade às sequências de Drosophila e Apis foram levemente maiores, sendo 41.8% e 30.2%, respectivamente. Em ambas as bibliotecas subtrativas, algumas ESTs não apresentaram similaridade significativa com nenhuma sequência depositada em bancos de dados públicos sendo consideradas como produtos preditos (34.9% e 28% para as bibliotecas de machos haplóides e diplóides, respectivamente). A expressão gênica diferencial foi confirmada por PCR em tempo real para dez de dezessete genes selecionados. Análises de expressão gênica comparativa com amostras de machos com cinco dias de idade revelaram mudanças na abundância dos transcritos neste período em que ocorre a maturação sexual e o início da migração dos espermatozóides dos testículos para a vesícula seminal. Machos e fêmeas de M. quadrifasciata apresentaram diferentes assinaturas química cuticulares, sendo o padrão químico de machos haplóides e diplóides mais similares aos de operárias do que aos de rainhas, corroborando as semelhanças morfológicas e comportamentais entre machos e operárias. Nenhum composto foi encontrado exclusivamente na cutícula dos machos diplóides recém-emergidos, indicando a inexistência de uma substância que ative o comportamento agressivo das operárias quando estes machos são detectados em colônias endogâmicas.

The present study had focused to address different aspects of gene expression and cuticular hydrocarbons composition of queens, workers, diploid and haploid males of Melipona quadrifasciata, as well as trying to understand the molecular mechanisms involved in the process of differentiation of male. The profile of gene expression of ten caste-specific genes was evaluated comparatively among newly emerged and 5 day-old workers, queens, diploid and haploid males. In general, the abundance of transcripts of diploid males was similar to that of haploid males and workers than to queens for the two age groups analyzed. After five days of emergence there were significant increases in gene expression levels of queens and workers, while opposite results were observed in male. These differences may be related to differential longevity between males and females. Despite haploid and diploid males are not easily distinguished visually, differentially expressed genes between these two phenotypes were identified by the technique of RDA (Representational Difference Analysis). Overall, the ESTs sequenced from the haploid male RDA library showed similarity with sequences of Drosophila (32.5%), Apis (25.6%) and stingless bees (7%). In the diploid male library, the percentage of ESTs with similarity to Drosophila and Apis sequences were slightly higher, being 41.8% and 30.2%, respectively. Both subtracted libraries also presented considerable proportions of ESTs without significant match to sequences in the nr database (34.9% for the haploid and 28% for the diploid male libraries). Differential gene expression was confirmed by real time PCR for ten of seventeen selected genes. Comparative gene expression analysis on samples of males with five days of age showed changes in abundance of transcripts in the phase of sexual maturation and early migration of sperm from the testicles to the seminal vesicle. Males and females of M. quadrifasciata had different chemical cuticular signatures, and the chemical standard of haploid and diploid males are more similar to workers than those of queens, corroborating the morphological and behavioral similarities between males and workers. No compound was found exclusively in the cuticle of newly emerged diploid males, indicating the absence of a substance that activates the agressive behavior of workers when these males are detected in inbred colonies.