Identificação de padrões de acasalamento, composição dos cromossomos, adequação de hospedeiro e expressão de diapausa de linhagens e espécies de Euschistus (Hemiptera: Pentatomidae)

Autor(es)

Frederico Hickmann

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Piracicaba.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (ESALA/BC)
• Data de defesa: 2023-11-01

Membros da banca

Alberto Soares Correa; Cristiane Müller

• Orientador: Alberto Soares Correa

Resumo

O Brasil emergiu como um proeminente produtor agrícola, contribuindo significativamente para o suprimento global de alimentos. Percevejos da família Pentatomidae são um grupo de insetos comuns no Brasil que se alimentam de culturas agrícolas, causando uma diminuição na produção e na qualidade. Fatores demográficos e adaptativos históricos e contemporâneos associados com as práticas agrícolas são importantes para determinar quais artrópodes, nativos ou invasores, do ponto de vista humano terão impacto positivo ou negativo sobre os agroecossistemas. Por exemplo, o percevejo-marrom-da-soja, Euschistus heros (Fabricius), uma espécie raramente encontrada em campos de soja até os anos 70, evoluiu rapidamente para uma praga importante da soja em poucas décadas. A descoberta de duas linhagens alopátricas de E. heros na América do Sul, com uma área de contato secundária no Brasil central, levantou questões sobre seu impacto na dinâmica de pragas no Brasil. Além disso, recentemente, E. heros tornou-se uma ameaça significativa para as culturas do algodão. Adicionalmente, na região Neotropical, várias espécies de Euschistus foram registradas na soja, mas apenas E. heros se tornou altamente predominante nos campos de soja. Os objetivos deste estudo foi investigar as causas de um possível processo de isolamento pré-zigotico no fluxo gênico assimétrico entre as duas linhagens de E. heros, bem como caracterizar o comportamento meiótico e a dinâmica do DNA satélite das duas linhagens de E. heros e sua progênie híbrida e comparar com as espécies irmãs E. crenator (Fabricius) e E. taurulus Berg. Também foi caracterizado a preferência e a adequação do hospedeiro das duas linhagens de E. heros e seus híbridos recíprocos. Além disso, testamos a adequação da soja e do algodão e a suscetibilidade a inseticidas em três espécies de Euschistus (população híbrida natural de E. heros, E. taurulus e E. crenator) relatadas em soja no Brasil e caracterizamos a expressão/finalização da diapausa de E. heros (ambas as linhagens), E. taurulus e E. crenator. Por fim, empregamos uma abordagem funcional e molecular para caracterizar o perfil de transcritos de E. heros e E. taurulus submetidos a diferentes condições de fotoperíodo, validando funcionalmente os genes candidatos relacionados a diapausa em E. servus, uma espécie Neártica. Identificamos que a linhagem SS é maior e tem uma coloração mais escura, enquanto a linhagem NS é menor e tem uma cor marrom mais clara. Além disso, descobrimos que o E. heros acasala de forma sortida com insetos maiores, favorecendo a SS, e os híbridos recíprocos (fêmeas NS acasaladas com machos SS) apresentaram uma frequência reduzida de quiasmas. Além disso, os satDNAs foram acumulados de forma diferente, principalmente no cromossomo Y, nas duas linhagens de E. heros, no entanto, não promovem isolamento reprodutivo entre as linhagens. Nossos bioensaios revelaram que a linhagem SS prefere a soja em vez do algodão, enquanto a linhagem NS escolheu a soja e o algodão de maneira aleatória. As linhagens híbridas recíprocas (HSN e HNS) se comportaram de forma semelhante à NS, escolhendo aleatoriamente entre algodão e soja. A sobrevivência das ninfas das linhagens puras e de seus híbridos recíprocos foi semelhante quando alimentadas com soja, enquanto apenas os híbridos recíprocos atingiram a idade adulta quando alimentados com algodão, embora com viabilidade muito baixa (<1%). Identificamos que uma dieta à base de soja melhorou significativamente os parâmetros biológicos de E. heros em comparação com as espécies irmãs. Além disso, a soja é moderadamente adequada para a E. crenator, enquanto a E. taurulus apresentou baixa adequação para ela, enquanto os ramos de algodão não são adequados para as três espécies. A suscetibilidade a inseticidas de E. heros, E. crenator e E. taurulus a organofosforados e piretroides apresentou baixa variação. A expressão da diapausa varia significativamente entre as linhagens e espécies de Euschistus (intensa em E. taurulus, moderada em E. heros SS, fraca em E. heros NS e ausente em E. crenator). Além disso, a combinação de comprimento curto do dia e baixa temperatura aumentou a expressão da diapausa na SS e atrasou o término da diapausa em E. heros (ambas as linhagens). Por meio dos transcritos de E. heros e E. taurulus em diapausa e sem diapausa, identificamos e validamos os genes ftz-f1, fpps e jheh, que contribuem significativamente para o desenvolvimento do ovário, e o gene ftz-f1 reduz o armazenamento de lipídios da espécie neártica E. servus. Nossas descobertas mostraram que a dinâmica da praga E. heros nas últimas décadas é significativamente associada a expansão dos cultivos de soja na América do Sul que possibilitou uma rápida adaptação dessa espécie para utilizar um exótico hospedeiro como recurso quando comparada as demais espécies de Euschistus. Embora tenhamos identificado que as duas linhagens apresentam apenas pequenas diferenças, a introgressão assimétrica que favorece a SS pode estar relacionada ao acasalamento e à meiose. A reunião desses dois pools genéticos sem nenhuma barreira reprodutiva aumenta a diversidade genética e selecionar fenótipos de pragas mais aptos a sobreviver na paisagem agrícola. Além disso, a menor expressão de diapausa das duas linhagens sugere que esse é um ponto de atenção para o E. heros explorar novos hospedeiros durante a entre safra da soja e pode estar contribuindo para os surtos de pragas na cultura do algodão. Entre as espécies de Euschistus testadas, identificamos uma estrutura de genoma conservada e uma suscetibilidade semelhante a inseticidas, adequação variável à soja, e a expressão da diapausa é distinta. Por fim, nossa abordagem molecular revelou que a diapausa de Euschistus está relacionada à sinalização de JH, e a parada da oogênese parece ser regulada pelo gene ftz-f1. Com essas respostas, avançamos mais algumas etapas para entender a dinâmica evolutiva e adaptativa das linhagens de Euschistus (tanto as linhagens de E. heros quanto as espécies E. taurulus e E. crenator) nas áreas agrícolas, fornecendo informações evolutivas e biológicas inéditas e apoiando o desenvolvimento de estratégias e táticas para o manejo dessa espécie de praga nos agroecossistemas brasileiros. (AU)

• Processo FAPESP: 18/20351-6 - Dormência e adaptação a hospedeiros de duas linhagens alopátricas de Euschistus heros (Hemiptera: Pentatomidae)
• Beneficiário: Frederico Hickmann
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado