Mitochondrial DNA markers as taxonomic characters and evidence of independent evolution in leaf-cutting ants genera

Abstract

Ants are among the most ecologically successful insects due to their diversity and occurrence in diverse habitats and terrestrial ecosystems. Ants manifest a diversity of biological attributes and ecological functions from soil modification, participation in nutrient cycling and diversity of biological interactions. In the Neotropics, fungus-growing ants stand out, establishing a symbiotic relationship with Basidiomycete fungi that are maintained, nourished and consumed by these ants. Fungi, on the other hand, receive protection, nutrition and are dispersed together with them. More than 200 species are known and occur from the southern United States to Argentina, with the exception of Chile. The most conspicuous and considered herbivores in the Neotropics are the leaf-cutting ants, which stand out because they exclusively use fresh cut plant material to nourish the symbiotic fungus. Two genera brought together more than 52 species and another 22 subspecies called Atta and Acromyrmex. However, some species did not fit the morphological descriptions of the two genera and were relocated to a new genus called Amoimyrmex. Furthermore, cytogenetic, and molecular data showed such taxonomic modification. However, there are still discussions about whether to keep the three genres or combine them into one. Here, we compare a segment of the mitochondrial genome that includes DNA barcode with the aim of evaluating whether structural molecular traits from molecular sequences can be used in an integrative taxonomic approach. In this study we evaluated the mitochondrial sequence of cytochrome oxidase 1 – tRNA Leucine – Cytochrome oxidase 2 of leaf-cutter ant species obtained from GenBank. In our comparative analysis we found that several molecular traits corroborate each of the leaf- cutter ant genera, such as shared insertions and deletions in the terminal portion of the genes, variation in the size of gene spacers and tRNALeu. Such data are taxonomically informative and can be used in an integrative taxonomic approach. Keywords: Ants. Mitochondrial genome. Leafcutter-ants. Molecular markers.As formigas estão entre os insetos de maior sucesso ecológico devido sua diversidade e ocorrência em diversos habitats e ecossistemas terrestres. As formigas manifestam uma diversidade de atributos biológicos e funções ecológicas desde a modificação do solo, participação na ciclagem de nutrientes e diversidade de interação biológicas. No Neotrópico, destacam-se as formigas cultivadoras de fungos que estabeleceram uma relação simbiótica com fungos Basidiomycetos que são mantidos, nutridos e consumidos por estas formigas. Os fungos, em contrapartida, recebem proteção, nutrição e são dispersos juntos com elas. Mais de 200 espécies de formigas cultivadoras de fungos são conhecidas e ocorrem desde o sul dos Estados Unidos até a Argentina, com exceção do Chile. As formigas mais conspícuas e consideradas herbívoras do Neotrópico são as cortadoras de folhas que se destacam pois usam exclusivamente material vegetal fresco cortado para nutrir o fungo simbionte. Dois gêneros, Atta e Acromyrmex, possuem mais de 52 espécies descritas e mais 22 subespécies. Entretendo, algumas espécies não se enquadram nas descrições morfológicas dos dois gêneros e foram realocados em um novo gênero denominado Amoimyrmex. Além disso, dados citogenéticos e moleculares corroboraram tal modificação taxonômica. Entretanto, há ainda discussões acerca da validade taxonômica dos três gêneros. Neste trabalho, seguimentos do genoma mitocondrial que inclui o DNA barcode foi comparado entre espécies dos três gêneros com o objetivo de avaliar se traços moleculares estruturais nas sequencias de DNA podem ser utilizados complementarmente em uma abordagem taxonômica integrativa. Neste estudo avaliamos o seguimento mitocondrial do citocromo oxidase 1 (COI)– tRNA Leucina – Citocromo oxidase 2 (COII) de trinta e um espécies de formigas cortadeiras obtidas no GenBank. Em nossa análise comparativa verificamos que vários traços moleculares corroboram a existência dos três gêneros de formigas cortadoras de folhas, tais como, inserções e deleção compartilhadas na porção terminal dos genes, variação no tamanho de espaçadores gênico e tRNALeu. Tais dados podem ser utilizados em uma abordagem taxonômica integrativa. Palavras-chave: Formigas. Formigas cortadeiras. Genoma mitocondrial. Marcadores moleculares.