Primeiro registro de Wolbachia (Proteobacteria, Rickettsiales) em isópodos terrestres na América do Sul : prevalência, aspectos filogenéticos de suas linhagens e seu possível impacto sobre a estrutura populacional estimada através de um loco mitocondrial em duas espécies do gênero Balloniscus (Crustacea: Oniscidea)

Abstract

Embora muitos aspectos sobre a história de vida dos isópodos terrestres na América do Sul tenham sido investigados, alguns ainda são desconhecidos. Entre estes, está a relação simbiótica entre os isópodos terrestres e Wolbachia pipientis, uma espécie de alpha-proteobactéria, considerada um parasito intracelular obrigatório que infecta espécies de nematóides e praticamente todos os grupos de artrópodos, incluindo os isópodos terrestres (Oniscidea). Apesar de contestada, a filogenia mais aceita inclui as linhagens de Wolbachia em oito supergrupos (A-H), a partir da qual a transmissão horizontal (entre taxons) é corroborada. Wolbachia está presente em vários tecidos do hospedeiro, principalmente em tecidos reprodutivos e propaga-se por via materna para a prole, utilizando como estratégia de disseminação, a produção de fêmeas ao longo das gerações. Esse aumento na proporção de fêmeas surge como consequência dos fenótipos induzidos gerados pela interação Wolbachia-hospedeiro. A cotransmissão de Wolbachia e outros elementos presentes no citoplasma (p. ex. mitocôndrias) gera um desequilíbrio de ligação entre os mesmos. Este fenômeno juntamente com a taxa de transmissão vertical, competição entre linhagens e ancestralidade da invasão são fatores que podem contribuir para alterações na estruturação do mtDNA nas populações hospedeiras. Todas essas características fazem de Wolbachia um fator que pode estar envolvido no processo de especiação. O presente trabalho descreve o primeiro registro de Wolbachia em espécies de isópodos terrestres endêmicas da América do Sul, mais especificamente em duas espécies do gênero Balloniscus (Crustacea, Oniscidea). No total, foram observadas 16 novas linhagens em populações distribuídas ao longo da Planície Costeira do Rio Grande do Sul. A partir de uma abordagem populacional, observou-se variação nas prevalências intra e interespecíficas. Em média, as prevalências foram mais altas em populações de B. glaber do que em relação a B. sellowii. Todas as linhagens encontradas situaram-se dentro do Supergrupo B, no qual situam-se também as demais linhagens presentes em isópodos terrestres. Entretanto, as topologias geradas sugerem rotas de transmissão horizontais alternativas para as linhagens de Wolbachia encontradas em ambas as espécies de Balloniscus. A partir da idéia de impacto de Wolbachia sobre a estruturação do mtDNA, foi realizado um estudo genético populacional ao longo da Planície Costeira do Rio Grande do Sul baseado no gene COI. Apesar dos fracos indícios do impacto de Wolbachia sobre a estruturação do mtDNA, outros resultados foram alcançados. A história geológica de formação da Planície Costeira do Rio Grande do Sul parece ser diretamente associada aos agrupamentos (clados) observados. Os clados I, II e III incluiram populações de B. sellowii, enquanto que o clado IV foi composto exclusivamente por populações de B. glaber. As análises filogenéticas e a análise da variação genética entre as duas espécies sugeriram que existe um grande complexo composto pelas populações de B. sellowii e, possivelmente B. glaber seria uma espécie derivada de B. sellowii. Além disso, as análises sugerem ainda a população de São Lourenço do Sul (B. sellowii) pode se tratar ou de uma linhagem muito basal dentro do complexo B. sellowii ou de uma nova espécie. Essa populaçào apresentou os níveis de diversidade mais elevados, sendo lançada a hipótese de que Wolbachia poderia estar envolvida no polimorfismo observado.

Although many aspects of the life history of South American terrestrial isopods have been investigated, some of them are still unknown. Among them is the symbiotic interaction between terrestrial isopods and Wolbachia pipientis, an alpha-proteobacteria, considered an obliglate intracellular parasite which infects nematodes species and almost all arthropods groups, including terrestrial isopods (Oniscidea). Despite some disagreements, the most accepted Wolbachia phylogeny is comprised by eight supergroups (A-H), from which the horizontal transmission is corroborated. Wolbachia, is found in several tissues, mainly in reproductive ones; it is maternally disseminated to the progeny using as strategy, the production of females over the generations. This increase in female proportion arises as a consequence of induced phenotypes generated by the interaction between Wolbachia and its host. The cotransmission between Wolbachia and other cytoplasm elements (e.g mitochondria) creates linkage disequilibrium between them. This phenomenon together with the vertical transmission, competition between lineages and ancestry of the invasion are factors that may contribute to changes in the mtDNA structure over host populations. All these characteristics make Wolbachia a factor that may be involved in the process of speciation. This study shows the first record of Wolbachia in endemic South American terrestrial isopods, specifically in two species of the genus Balloniscus (Crustacea, Oniscidea). Overall, 16 new strains were observed in populations distributed along the coastal plain of Rio Grande do Sul. Based on a population approach, we observed variation in intra and interspecific prevalences. On average, the prevalence was higher in B. glaber than in B. sellowii populations. All strains were grouped in supergroup B, in which all Wolbachia strains found in terrestrial isopods are situated. However, the topologies indicated alternative routes for horizontal transmission of Wolbachia found in both Balloniscus species. From the idea of Wolbachia impact on the mtDNA structuring, we conducted a genetic study population along the coastal plain of Rio Grande do Sul based on COI gene. Despite the weak evidence of the impact of Wolbachia on the mtDNA structuring, other results have been achieved. The geological history of formation of the Coastal plain of Rio Grande do Sul seems directly involved on the grouping (clades) observed. The clades I, II and III included populations of B. sellowii, while clade IV was composed exclusively of populations of B. glaber. The phylogenetic and genetic variation analysis between the two species suggests that there is a large complex formed by the populations of B. sellowii and, possibly B. glaber may be a species derived from a B. sellowii. Furthermore, our analysis also suggests that the population of São Lourenço do Sul (B. sellowii) may be very basal lineage within the B. sellowii complex or a new species. This population showed the highest levels of diversity, and we hypothesized that Wolbachia could be involved in the observed polymorphism.