Evolução em simbiose : estudo de caso da relação entre as bactérias Wolbachia (Alphaproteobacteria, Rickettsiales) e os isópodos terrestres (Crustacea, Oniscidea) na América do Sul

Abstract

As bactérias Wolbachia são conhecidas por infectar uma variedade de artrópodos e nematoides. Em artrópodos, a presença da bactéria já foi detectada em uma quantidade impressionante de insetos, crustáceos e quelicerados, o que faz de Wolbachia o mais abundante endossimbionte do planeta Terra. A relação simbiótica entre Wolbachia e seus hospedeiros isópodos terrestres é conhecida há bastante tempo e relativamente bem estudada na Europa. No entanto, na América do Sul e região Neotropical, os estudos são ínfimos e muito pouco se sabe sobre o tema. Os objetivos da presente tese foram: examinar a ocorrência e prevalência de infecção de Wolbachia em populações naturais de isópodos terrestres da América do Sul; analisar a diversidade genética e as relações filogenéticas das linhagens encontradas; verificar a influência da bactéria sobre a aptidão de Atlantoscia petronioi; além de realizar a filogenia molecular do gênero Neotropical Atlantoscia. Depois do primeiro registro da infecção em três espécies (duas nativas e uma introduzida) de isópodos terrestres da América do Sul, um screening mais amplo foi realizado. Animais foram coletados em 11 estados brasileiros, além de municípios da Argentina e Uruguai. A identificação molecular da presença da infecção foi realizada com o gene 16S rDNA, e as amostras positivas também foram testadas com os genes dnaA e aqueles da MLST (Multilocus Sequencing Typing - coxA, gatB, hcpA, fbpA, ftsZ). Um total de 1172 indivíduos, representando 11 famílias e 35 espécies (26 nativas e nove introduzidas) foi testado para a presença de Wolbachia, sendo que 16 espécies foram positivas e em oito destas, este é o primeiro registro de infecção. Apesar da baixa prevalência geral de infecção, as linhagens encontradas nas espécies nativas apresentaram alta diversidade e, apesar da maioria fazer parte do supergrupo B, nenhuma delas faz parte do Oniclado. Pela primeira vez, linhagens dos supergrupos A e F foram registradas para isópodos terrestres, evidenciando uma diversidade nunca antes observada para esse grupo. Em relação aos efeitos de Wolbachia sobre a aptidão de A. petronioi, foi observado que a bactéria apresenta efeitos negativos sobre a fecundidade desta espécie, embora não influencie a sobrevivência e razão sexual dos indivíduos infectados. Além disso, a taxa de transmissão vertical foi de aproximadamente 85%, um valor alto, considerando os custos associados. Este estudo reforça o fato de que os efeitos da Wolbachia são neutros ou deletérios em isópodos terrestres, considerando tanto espécies paleárticas quando neotropicais. Por fim, a filogenia molecular das espécies do gênero Neotropical Atlantoscia foi realizada, utilizando-se o gene mitocondrial COI (primers utilizados no DNA barcoding). Foi observada congruência entre as análises moleculares e morfológicas, uma vez que todas as espécies nominais do gênero apresentaram alto suporte nas árvores geradas. Dessa forma, o gene utilizado mostrou-se útil para o seu propósito, podendo ser utilizado em conjunto com as tradicionais descrições e identificações morfológicas de modo a tornar tais análises mais robustas.

Wolbachia are known to infect a variety of arthropods and nematodes. In arthropods, the presence of the bacteria has been detected in an impressive amount of insects, crustaceans and chelicerates making Wolbachia the most abundant endosymbiont on Earth. The symbiotic relationship between Wolbachia and their terrestrial isopod hosts has been known for a long time and is relatively well studied in Europe. However, in South America and Neotropical region, very little is known about the subject. The objectives of this thesis were: to examine the occurrence and prevalence of Wolbachia infection in natural populations of terrestrial isopods in South America; to analyze the genetic diversity and phylogenetic relationships of the strains found; to verify the influence of Wolbachia on the fitness of Atlantoscia petronioi; and to perform the molecular phylogeny of the Neotropical genus Atlantoscia. After the first report of Wolbachia infection in three species (two native and one introduced) of terrestrial isopods in South America, a broader screening was performed. Animals were collected in 11 Brazilian states, and municipalities of Argentina and Uruguay. The molecular identification of the presence of infection was performed with the gene 16S rDNA, and positive samples were also tested with the gene dnaA and those of MLST (Multilocus Sequencing Typing - coxA, gatB, hcpA, fbpA, ftsZ). A total of 1172 individuals representing 11 families and 35 species (26 native species and nine introduced species) were tested for the presence of Wolbachia. Sixteen species were positive and this is the first report of the infection for eight of those. Despite the low general prevalence of infection, the strains found in the native species showed high diversity, and yet most of them belong to supergroup B, none of the strains are grouped in the Oniclado. For the first time, strains of supergroups A and F were recorded in terrestrial isopods, showing a diversity never before seen for the group in question. Regarding the effects of Wolbachia on the fitness of A. petronioi, was observed that the bacteria have negative effects on the fecundity of this species, although there is no influence on survival and sex ratio of infected individuals. Moreover, the transmission rate was of approximately 85% that is considered high despite the associated costs. This study reinforces the fact that the effects of the infection range from neutral to costly in terrestrial isopods, when considering both Palaearctic and Neotropical species. Finally, the molecular phylogeny of species of the genus Atlantoscia was performed using the mitochondrial gene COI (primers used in DNA barcoding). We observed congruence between molecular and morphological analyzes, since all nominal species of the genus Atlantoscia showed high support in the trees generated. Thus, the gene used was useful for its purpose and can be used together with traditional morphological descriptions and identifications in order to make such analyzes more robust.