Diabrotica é um novo gênero Mundial de besouros crisomelídeos que é principalmente Neotropical em sua distribuição e cuja origem é provável a região da América Central ou Tropical do Sul (28). Hoje, a sua área abrange a maior parte dos Estados Unidos a leste das Montanhas Rochosas e ao norte do paralelo 35, Os Estados do México a noroeste de Durango (excluindo Baja, CA), as áreas sul de Ontário, Canadá, e uma recente introdução na Europa Oriental (29). A distribuição de D. v. zeae abrange uma área da Guatemala em todo o México Central até o panhandle do Texas e partes do Sul de Oklahoma (28). A produção expandida de milho também pode ter facilitado o movimento de D. v. zeae para o norte a partir do México, resultando em uma região de contato secundário com D. v. virgifera no norte do Texas, onde a subespécie hibridiza (13).adultos de D. v. zeae amostrados de Stephenville e Uvalde no sul do Texas não foram infectados com Wolbachia, enquanto adultos de D. v. virgifera de 15 locais nos Estados Unidos e distribuição Canadense de D. v. virgifera testaram positivo para Wolbachia, com exceção de dois locais em Duncan e Willcox, AZ. Vinte e um adultos de três locais dentro da zona híbrida do Norte do Texas também testaram positivo, incluindo cinco espécimes com padrões de índice dentro da faixa de variação de D. v. zeae (J. Krysan personal communication). Sequências do gene ftsZ de Wolbachia de indivíduos isolados de Urbana, IL, Moriarty, NM, e Blacksburg, VA, eram idênticas. Além disso, a digestão com DraI de ftsZ fragmento obtido com (i) geral B-primers específicos, (ii) ftsZf1, e (iii) ftsZr1 indicaram que as populações de D. v. virgifera de todos os locais amostrados transportar a mesma cepa de Wolbachia. Uma análise filogenética usando o gene rRNA 16S colocou esta estirpe em uma posição basal com uma relação não resolvida com outras estirpes de Wolbachia (resultados não mostrados). O gene ftsZ (23, 30) também identificou a Wolbachia de D. v. virgifera como uma estirpe basal e distinta da maioria das outras estirpes do Grupo A (Fig. 1). Dada a consistência da infecção e do tipo de estirpe ao longo da distribuição de D. V. virgifera, bem como a rápida propagação desta espécie na América do Norte, sugerimos que a infecção ocorreu no sudoeste dos Estados Unidos ou noroeste do México antes da expansão para leste de D. v. virgifera nos Estados Unidos e Canadá. O D. v. não infectado. as populações virgifera no sul do Arizona podem ser remanescentes da população original não infectada ou podem representar populações isoladas que perderam a infecção.
uma das 36 árvores igualmente parsimónicas estimadas utilizando uma sequência parcial de ADN do gene ftsZ. Asteriscos indicam ramos apoiados por todas as árvores mais parsimónicas. A árvore estava enraizada no ponto médio, tinha um comprimento de 370 degraus, um índice de consistência (excluindo caracteres desinformativos) de 0,64, e um índice de retenção de 0,95. As designações a e B referem-se a grupos identificados por Werren et al. (23). † , Wolbachia sequence published in Werren et al. (23).
D. v. virgifera e D. v. zeae são morfologicamente muito semelhantes (13), com exceção do preto elytral maculation que é distintivo em D. v. virgifera e confinado ao úmero ou está ausente em D. v. zeae. As subespécies não são isoladas ecologicamente porque são ambas encontradas no milho; nem são temporariamente isoladas porque têm o mesmo mecanismo de diapausa. Estudos comportamentais não indicam quaisquer barreiras premantes à reprodução porque ambas as subespécies respondem ao mesmo pheromona do mesmo sexo e nenhuma discriminação foi feita durante experimentos de escolha de acasalamento (13). Quando cruzadas, as duas subespécies eram férteis em uma direção, ou seja, os machos de D. v. zeae do México Central acasalaram com fêmeas de D. V. virgifera do Dakota do Sul, enquanto a cruz recíproca produziu muito poucos a nenhum descendente viável (14). Para testar se a incompatibilidade unidirecional é causada pela infecção Wolbachia identificada no D. v. virgifera, fizemos Cruzes recíprocas de infectados e tratados com tetraciclina D. v. virgifera. Os resultados indicam que a cepa de Wolbachia que infecta D. v. virgifera é capaz de induzir grave incompatibilidade citoplasmática, com apenas 0,4% de 5627 ovos para incubação, quando infectados, D. v. virgifera machos foram cruzados com tetraciclina tratados não infectados, D. v. virgifera fêmeas (Tabela 1, cruz d).
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as Comparações de média por cento de ovos eclodem ± SE para cruzes usando infectado e tetraciclina tratados de D. v. virgifera e, naturalmente, não infectados, D. v. zeae usando o teste de Mann–Whitney U test
Nós também estabeleceu um laboratório de colônia de D. v. zeae com amostras de Stephenville, TX, e confirmou que D. v. zeae fêmeas cruzou com o de D. v. virgifera machos produzem muito pouca ou sem prole considerando que a recíproca cruz resulta em um normal de ovos eclodem (Tabela 1, cruzes, f e h) (14). Quando repetimos as cruzes uso de tetraciclina tratados de D. v. virgifera homens, a incompatibilidade não mais existia, e ovos eclodem taxas foram observadas que não foram significativamente diferentes do controle (Tabela 1, cruz g), confirmando que o unidirecional de acasalamento incompatibilidade entre essas duas subespécies é causada pela presença de Wolbachia em D. v. virgifera.também foram notificadas incompatibilidades reprodutivas similares entre alguns membros do género Gryllus na América do Norte. O gênero Gryllus é distribuído pela maior parte do mundo, com exceção do leste Da Ásia e do Pacífico (31). Com base no número de espécies, é possível que o gênero tenha se originado no novo mundo ou na África, onde vários gêneros semelhantes a Gryllus foram registrados (32). Na América do Norte, o género Gryllus tem várias espécies estreitamente relacionadas, algumas das quais são difíceis de distinguir apenas com base em caracteres morfológicos. No início do século, este grupo era considerado como uma única espécie com um alto grau de variabilidade (33). Trabalhos posteriores, principalmente usando canções chamadas discriminadas entre algumas das espécies (34).várias espécies do género Gryllus demonstraram ser unidireccionalmente ou bidireccionalmente incompatíveis. A incompatibilidade unidirecional entre machos de G. pennsylvanicus e fêmeas de G. firmus no leste dos Estados Unidos (19) espelha a de D. v. virgifera e D. v. zeae. Descobrimos que, com exceção de G. firmus, espécimes de todas as espécies de Gryllus que estudamos são geralmente infectados com Wolbachia, às vezes com mais de uma estirpe (figos. 2 e 3). As incompatibilidades notificadas entre as várias espécies deste género podem ser explicadas pela infecção com esta bactéria. Nosso estudo mostrou os seguintes padrões de infecção. Populações de G. inteiro amostradas de Humboldt County, NV, e Wayne County, UT, estão infectadas com a mesma estirpe de bactérias Wolbachia, que nos referimos como o “tipo inteiro”. A população amostrada em Davis, CA, também foi infectada com o tipo inteiro, com a exceção de um indivíduo que abrigou a mesma estirpe de Wolbachia como encontrado em g. rubens, que nos referimos como o “tipo rubens”.”A população amostrada em Las Cruces, NM, tinha dois indivíduos que estavam infectados com a estirpe Wolbachia tipo rubens e três indivíduos que estavam duplamente infectados com as estirpes rubens – e inteiro-tipo. As populações de G. inteiro em Austin e Dallas, TX, também abrigaram a mesma estirpe bacteriana, que, com base no gene rRNA 16S e no gene ftsZ, parece idêntico ao encontrado em g. rubens de Lake Placid e Gainesville, FL. Esta estirpe tipo rubens também ocorre em espécimes de G. ovisopis amostrados em Gainesville. Só conseguimos obter espécimes de G. assimilis from the laboratory cultures of T. Walker and T. Zera; the latter culture was derived from T. Walker’s colony. Indivíduos de ambas as culturas foram infectados com a mesma estirpe cuja sequência para o gene ftsZ era idêntica à estirpe Wolbachia tipo rubens. A sequência de fragmentos do gene 16S rRNA indica que a estirpe nesta espécie tem uma transversão na posição E. coli 380 de guanina para timina, a qual, na E. coli, corresponde à primeira posição no tetra loop GCAA. Na estirpe “assimilis-type”, O laço é composto por TAAA. Esta transversão não é encontrada em qualquer outra sequência Wolbachia 16S rRNA conhecida até à data.a população de G. pennsylvanicus mostra um padrão mais complexo de infecção. Ao longo da maior parte da distribuição que temos amostrado, G. pennsylvanicus é polimórfico para o tipo de infecção. Uma população amostrada em Lethbridge, Alberta, Canadá, mostrou a presença de uma estirpe Wolbachia diferente das encontradas em G. rubens, G. assimilis, G. integer, e G. ovisopis. Referimo-nos a esta estirpe como a estirpe “pennsylvanicus”. De 39 espécimes infectados recolhidos a partir do centro de Illinois, 38 abrigaram a estirpe do tipo pennsylvanicus, enquanto um espécime transportava a estirpe do tipo rubens. Uma localidade a 150 km ao sul, Farina, IL, mostrou uma mistura de indivíduos que foram infectados com o tipo pennsylvanicus ou tipo rubens ou com ambos. De dois espécimes amostrados de Ann Arbor, MI, um carregava a estirpe do tipo rubens, e o outro estava duplamente infectado com as estirpes do tipo pennsylvanicus e rubens. Para a população amostrada em Londres, Ontário, Canadá, 215 km a nordeste de Ann Arbor, de 19 indivíduos infectados, 10 carregavam o tipo pennsylvanicus, um carregava o tipo rubens, e oito foram duplamente infectados com as estirpes pennsylvanicus e rubens (Fig. 3a). Este padrão polimórfico continua em espécimes de G. pennsylvanicus coletados em Vermont e Pensilvânia. Na Virgínia e na Carolina do Norte, detectámos apenas indivíduos infectados com estirpes do tipo pennsylvanicus ou rubens. A população de G. pennsylvanicus na América do Norte é uma mistura de indivíduos que estão infectados com o tipo de Rubens ou do tipo pennsylvanicus, bem como indivíduos que estão duplamente infectados com ambas as estirpes e indivíduos que não estão infectados (Fig. 3). Os nossos resultados até agora indicam que, nas populações de G. pennsylvanicus do leste da América do Norte, a infecção do tipo rubens é mais frequente no norte do que no sul (Fig. 3a). Além disso, descobrimos que, na maioria das localidades onde ambas as estirpes ocorrem, indivíduos duplamente infectados também estão presentes (figos. 2 e 3a).como resultado do” impulso ” associado à propagação de uma infecção Wolbachia (35), propomos que a estrutura genética das populações de G. pennsylvanicus que temos amostrado, excluindo Lethbridge, Canadá, foram afetados pela presença das estirpes de rubens – e pennsylvanicus-Tipo Wolbachia. Portanto, vamos nos referir às amostras de G. pennsylvanicus coletadas nestas regiões como Gryllus perto (nr.) pennsylvanicus para refletir a ambiguidade de seu status taxonômico imposto pelos tipos de infecção encontrados nessas populações.temos amostras de G. firmus from Gainesville and the Archbold Biological Station in Lake Placid, FL, and from Fort Fischer, NC. Trinta e dois dos 35 espécimes amostrados destas localidades não foram infectados. Os três indivíduos infectados vieram de Gainesville, FL. Dois foram encontrados para carregar o tipo rubens, e o terceiro carregou a estirpe Wolbachia do tipo pennsylvanicus (figos. 2 e 3a). Este achado sugere que a infecção destas duas estirpes de bactérias está se movendo para as populações de G. firmus, especialmente à luz do fato de que g. pennsylvanicus não é conhecido de Gainesville, FL.
a Análise das relações entre as diferentes cepas temos examinado de Wolbachia em Gryllus espécies utilizando o ftsZ gene indica que o número inteiro – e rubens tipo de cepas formam um grupo monofilético e não estão relacionados com o pennsylvanicus-tipo de tensão, que é básica para todas as outras do grupo B Wolbachia cepas conhecidas até o momento. The strain of Wolbachia reported by Werren et al. (23) in G. pennsylvanicus is of the rubens-type (Fig. 2).
Nós propomos que as infecções nos acima de membros do gênero Gryllus oferecer uma explicação para o observado acasalamento incompatibilidades obtidos por Smith e o Cade (17), o Cade e Tyshenko (18), e Harrison (19) e apontam para um possível papel da Wolbachia na especiação de alguns membros deste gênero. A incompatibilidade bidirecional observada entre G. rubens e G. integer é provavelmente o resultado da infecção com as duas estirpes diferentes de Wolbachia encontradas nestas duas espécies. The compatibility of G. rubens from Florida with G. inteiro do Texas (17, 18) pode ser explicado porque essas populações carregam a bactéria tipo rubens. Nossos dados dão suporte à conclusão de Smith e Cade (17) de que G. rubens e G. integer do Texas podem ser a mesma espécie, apesar das diferenças em suas canções de um grau geralmente usado para diferenciar espécies.
uma vez que G. pennsylvanicus está infectado com Wolbachia e G. firmus, não é, geralmente, cruzes, mostrando que G. pennsylvanicus machos são incompatíveis com G. firmus fêmeas (19) pode ser interpretado como resultante da incompatibilidade citoplasmática causado por Wolbachia. A nossa interpretação é fundamentada pelo mitocondrial padrão observado nessas duas populações, ou seja, que G. firmus e G. pennsylvanicus têm distintas mitocondrial tipos por que estas duas populações foram identificadas; no entanto, embora G. pennsylvanicus dnamt prontamente introgresses na população de G. firmus, o inverso não ocorre (36). Este padrão seria observado se G. pennsylvanicus está infectado com Wolbachia porque a maioria dos indivíduos na zona híbrida seria o resultado da descendência de fêmeas infectadas, que neste caso carregaria o G. pennsylvanicus mitocondrial type together with the maternally inhered Wolbachia infection.a incompatibilidade unidirecional entre os machos G. ovisopis, que carregam as bactérias do tipo rubens, e as fêmeas G. firmus (T. Walker, comunicação pessoal) também pode ser interpretada à luz desta infecção. A falta de descendência de cruzamentos entre machos de G. pennsylvanicus e G. ovisopis com fêmeas de G. firmus indicam que estas duas estirpes podem causar incompatibilidade. Sabemos que G. ovisopis e G. rubens carregam a mesma estirpe Wolbachia, por isso a causa provável da incompatibilidade bidirecional observada entre G. rubens e g. pennsylvanicus são as diferentes estirpes de Wolbachia que podem abrigar.usando o gene ftsZ, observamos 39 diferenças bp entre as estirpes pennsylvanicus – e rubens-tipo, 41 diferenças entre as estirpes pennsylvanicus – e inteiro-tipo, e 22 diferenças entre as estirpes rubens – e inteiro-tipo. Para uma comparação, no mesmo segmento genético, há apenas uma mudança de base entre as cepas de Wolbachia bidireccionalmente incompatíveis encontradas em Drosophila simulans Hawaii E D. simulans Riverside (23). Com base nesta evidência, bem como nas incompatibilidades observadas nas matagens entre as respectivas espécies de Gryllus, prevemos que as estirpes do tipo rubens, inteiro e pennsylvanicus são bidireccionalmente incompatíveis.a zona híbrida entre G. pennsylvanicus e G. firmus designada por Harrison e Arnold (20) é mais complexa do que uma interação espécie–espécie. Alguns dos locais que amostramos ao longo das Montanhas Blue Ridge e Appalachian mostram uma distribuição irregular de tipos de infecção dentro das populações de G. pennsylvanicus(Fig. 3a). Assim, nesta região, podem ocorrer possíveis interações entre populações não infectadas de G. firmus, G. nr. pennsylvanicus infectadas com ou rubens – ou pennsylvanicus-Tipo Wolbachia e G. nr pennsylvanicus infectadas com ambas as estirpes rubens – e pennsylvanicus-tipo Wolbachia. A infecção Wolbachia na espécie Gryllus mencionada e especificamente os vários tipos de infecção encontrados na G. nr. a população pennsylvanicus indica que a restrição ao fluxo genético pode ocorrer dentro de uma população por causa das diferenças no tipo de infecção. O sucesso reprodutivo dos indivíduos nestas populações dependerá do seu perfil de infecção, bem como do dos indivíduos com os quais acasalam. Nosso conceito do que constitui uma espécie do gênero Gryllus deve ser reavaliado à luz das infecções Wolbachias que eles abrigam.
As infecções por Wolbachia podem varrer uma população como resultado da vantagem que as mulheres infectadas têm sobre as mulheres não infectadas (35). Dado esse G. pennsylvanicus e g. firmus têm sido mostrados a hibridar no laboratório (19) e que há evidências de hibridação no campo (21), a distribuição atual de G. firmus pode ser interpretada como uma relict, a partir de uma área mais ampla através da qual uma varredura de uma população infectada se moveu. Uma explicação alternativa pode ser múltiplos locais de infecção com a mesma estirpe Wolbachia, mas não temos informações sobre como as bactérias Wolbachia são transmitidas horizontalmente através de espécies ou a frequência com que são adquiridas. Por isso, escolhemos a explicação mais parsimónica, de que a infecção teve origem num local e se espalhou posteriormente. Na verdade, os nossos dados sugerem que as infecções por Wolbachia têm um componente geográfico e que o tipo rubens teve origem no sul, onde predomina (Fig. 3a). No entanto, na população de G. nr. pennsylvanicus do leste da América do Norte, a infecção do tipo rubens é prevalente em populações amostradas no norte. Estas localidades são os pontos mais distantes das populações de Gryllus uniformemente infectadas com a estirpe do tipo rubens e longe de qualquer G. populações de rubens (Fig. 3 a E b). Propomos que a infecção do tipo rubens moveu-se através da população de Gryllus que existia no leste da América do Norte antes do movimento para leste da estirpe do tipo pennsylvanicus.
nas populações de Gryllus, indivíduos duplamente infectados podem ser o resultado da pressão de seleção em uma população na qual existem duas estirpes bacterianas que são bidireccionalmente incompatíveis (figos. 2 e 3a). Em tal circunstância, indivíduos que estão duplamente infectados seriam selecionados porque, se ambas as infecções podem sobreviver em um grilo, as fêmeas seriam compatíveis com os machos Carregando qualquer estirpe bacteriana. Uma terceira varredura infecciosa de indivíduos duplamente infectados poderia então seguir através da população porque as fêmeas duplamente infectadas têm uma vantagem sobre as fêmeas individualmente infectadas, que só poderia se reproduzir com sucesso com os machos infectados com a mesma estirpe Wolbachia. Várias infecções foram relatadas a partir de uma variedade de taxa de insetos (37-39), e machos duplamente infectados mostraram ser parcial ou completamente incompatível com fêmeas isoladas em outros insetos (37-41). Prevemos que infecções duplas podem ocorrer em localidades onde infecções únicas com duas estirpes bidireccionalmente incompatíveis de Wolbachia ocorrem no mesmo táxons ou muito intimamente relacionados.numa tela de taxa de insetos temperados usando PCR com primers rRNA específicos 16S, descobrimos que 16% de 615 taxa de insetos, de uma grande variedade de famílias e ordens, foram infectados com Wolbachia (R. G. e H. M. R., dados não publicados), e taxas de infecção similares foram obtidas para insetos tropicais (42). Dada esta frequência de infecção, prevemos que outras zonas híbridas de insectos serão definidas pelo menos em parte pela infecção Wolbachia e incompatibilidade citoplásmica. Alguns gêneros de insetos podem ser mais propensos à infecção por Wolbachia como consequência de sua história natural. A especialização destes grupos deve ser analisada no que respeita ao papel desempenhado pela Wolbachia.