Wolbachia in the Drosophila saltans subgroup: effects on fitness and reproductive isolation

Abstract

Population genetics and speciation process studies owe tribute to a small group of Neotropical species that caught the attention of Theodosius Dobzhansky. During his visits to Brazil, Dobzhansky noticed that Drosophila species from the saltans and the willistoni groups, widely distributed throughout Central and South America, presented a wide variety of cryptic species, which can be recognized only by details of the male genitalia. Such characteristics suggested that these groups were under speciation process. Among the most studied models, he highlighted the seven species of the saltans subgroup species, which show reproductive isolation but generate hybrids in the laboratory. Later, two of these species, D. prosaltans and D. septentriosaltans, were revealed to be infected by Wolbachia. This infection may play a relevant role in speciation because it can alter reproductive behavior, besides causing death or sterility of hybrids, especially males. This work aimed to investigate the phenotypic consequences of Wolbachia infection in a Brazilian strain of D. prosaltans (Pro101) and a Panamanian strain of D. septentriosaltans (SepPLR2). We assembled intraspecific crosses between infected and antibiotic-treated strains, evaluated the pre and post-mating components of reproductive isolation, and simulated the spread of infection in an uninfected population. Our results suggested that Wolbachia enhances, through different processes, the fitness of Pro101 and SepPLR2, while ensuring their survival and reproduction in these hosts. We also investigated the role of Wolbachia in reproductive isolation between Pro101 and a Mexican strain of D. saltans (Sal02). To do this, we set up interspecific crosses and evaluated the pre and post-mating components of reproductive isolation. The results of this second study suggested that infection does not interfere with the isolation of these species. However, we confirmed that the cross involving females of D. saltans and males of D. prosaltans produces sterile males, which added to further evidence, led us to the hypothesis that another endosymbiont may be responsible for the reproductive isolation between them.Keywords: Wolbachia. Drosophila prosaltans. Drosophila septentriosaltans. Pre and post-mating isolation mechanisms. Mate recognition. Asymmetric hybrid male sterilitO estudo da genética de populações e do processo de especiação devem tributos a um pequeno grupo de espécies Neotropicais que chamou a atenção de Theodosius Dobzhansky. Nas coletas que fez em suas visitas ao Brasil, Dobzhansky percebeu que espécies de Drosophila dos grupos saltans e willistoni, com ampla distribuição ao longo de toda América Central e do Sul, apresentam uma grande variedade de espécies crípticas, que só podem ser reconhecidas por detalhes da genitália masculina. Estas características indicam que as espécies desses grupos estão em pleno processo de especiação. Dentre as espécies mais estudadas, destacam-se as sete espécies do subgrupo saltans, que apresentam isolamento reprodutivo mas hibridos em laboratório. Posteriormente foi constatado que duas dessas espécies, D. prosaltans e D. septentriosaltans, encontram-se infectadas por Wolbachia. A infecção por esta bactéria pode desempenhar um papel relevante na especiação por ser capaz de alterar o comportamento reprodutivo, além de causar a morte ou esterilidade dos híbridos, especialmente os machos. Neste trabalho, nos propusemos a investigar as consequências fenotípicas da infecção por Wolbachia em uma linhagem brasileira de D. prosaltans (Pro101) e uma linhagem panamenha de D. septentriosaltans (SepPLR2). Para isso, montamos cruzamentos intraespecíficos com linhagens de infectadas e tratadas com antibióticos, avaliamos os componentes de isolamento reprodutivo pré e pós-copula, e simulamos a disseminação da infecção numa população não infectada. Nossos resultados sugeriram que Wolbachia aumenta, por meio de diferentes processos, o valor adaptativo de Pro101 e SepPLR2, enquanto garante sua sobrevivência e reprodução nesses hospedeiros. Nós também investigamos o papel da bactéria no isolamento reprodutivo entre Pro101 e uma linhagem mexicana de D. saltans (Sal02). Para isso, montamos cruzamentos interespecíficos e avaliamos os componentes de isolamento pré e pós-copula. Os resultados desse segundo estudo revelaram que a infecção não parece interferir no isolamento dessas espécies. No entanto, confirmamos a informação pré-existente deque o cruzamento de fêmeas de D. saltans com machos de D. prosaltans produz machos estéreis, o que, juntamente com outras evidências, nos levou a levantar a hipótese de que outro endossimbionte pode ser o responsável pelo isolamento reprodutivo entre elas. Drosophila prosaltans. Drosophila saltans. Drosophila Palavras-chave: septentriosaltans. Mecanismos de isolamento pré e pós-copula. Reconhecimento de parceiros. Esterilidade assimétrica do macho híbrido