[en] Acyrthosiphon pisum (Hemiptera: Aphididae) is a highly seasonal aphid model species. During the favourable warm seasons, only viviparous parthenogenetic females (virginoparae) are produced. In autumn, when days shorten (i.e. when the photeperiod is shorter), A. pisum senses the difference in night length and the parthenogenetic females start producing males and, later, sexual females (also known as "oviparae"). Some naturally occurring mutants do not respond to photoperiodic shortening and reproduce asexually all year long, these are called "anholocyclic" strains. After mating with males, sexual females lay overwintering diapausing eggs that hatch in spring, resetting the cycle. The molecular pathways involved in the switch to sexual reproduction and the molecule (or molecules) used to sense day length (the photoperiodic photoreceptor) are unknown or poorly understood. The most widely accepted model in photoperiodic response is composed of three main elements: an input pathway, a core (with a clock and a counter) and an output pathway. Some of the molecular pathways and genes involved in photoperiodism are shared with the circadian clock. Previous studies have found that certain regions of the protocerebrum in the aphid brain are relevant for the photoperiodic response. Among them, the pars lateralis (pl) in the protocerebrum expresses the core clock genes period and timeless. Close to the pl, the pars intercerebralis (pi) expresses insulin-like proteins (ILPs), which have been proposed to be the so called "virginoparin", a substance that triggers virginoparae development in embryos. In this thesis, we aim to shed to shed light on the mechanisms and genes that trigger photoperiodic response in aphids, with special interest in the photosensitive process by studying the light-sensitive opsins and cryptochromes. We used a transcriptomic study to compare the differential expression between aphids exposed to short day (SD) photoperiods that induce male (SD14) and sexual females (SD10). Moreover, we focused on the analysis of opsins and cryptochromes as cadidates in photoperiodic photoreception. We compared gene expression using RT-qPCR with an anholocyclic strain under different photoperiods and along the day. We sequenced opsin and cryptochromes transcripts and localized their expression with PCR and in situ hybridization in the brain. We found that aphids exposed to SD14 and SD10 differentially express genes related to hormone, neuropeptides and neurotransmitter biosynthesis, such as serotonin, juvenile hormone, dopamine and melatonin. Consistently with previous findings by our group, we found several genes involved in the insulin pathway or insulin-like peptides (ILPs). We also found enrichment of pathways responsible for light perception and brain remodelling. Some specific transcripts drew our attention, such as the three takeout-like genes which are underexpressed under SD14 and that could be related to sexual progeny production. We characterized the transcripts and identified the site of expression of the opsin repertoire and cryptochromes in the brain and/or eyes. In relation with photoperiodic photoreception, the genes Ap-SWO4, Ap-C-Opsin and cryptochrome 1 (cry1) (and probably cry2) are expressed in the pars lateralis (like the core clock genes tim and per). Under SD conditions, we found that opsin genes and cry1 are overexpressed and that sexual females express cry1 rhythmically. Our work supports the role of several pathways in the photoperiodic response, as well as the participation of opsins and cryptochromes in the photoperiodic response, mainly in photosensitivity.

[es] Acyrthosiphon pisum es una especie de pulgón altamente estacional. Durante la estación favorable, únicamente se producen hembras partenogenéticas vivíparas (virginóparas). En otoño, cuando hay menos luz (el fotoperiodo es más corto), A. pisum percibe la diferencia y las virginóparas paren machos y luego hembras sexuadas (ovíparas). Tras aparearse, las ovíparas ponen huevos que resisten el invierno y eclosionan en primavera, reiniciando el ciclo. Algunos mutantes que ocurren de forma natural no responden al fotoperiodo y se reproducen asexualmente durante todo el año. Se denominan anholocíclicos en contraposición a los holocíclicos, que tienen fase sexual. Se desconocen los mecanismos moleculares del cambio hacia la reproducción sexual y la molécula utilizada para detectar de longitud del día (el fotorreceptor fotoperiódico). El sistema fotoperiódico contaría con: una vía de entrada (la fotorrecepción), un núcleo y una vía de salida. Algunos mecanismos moleculares y genes involucrados en el sistema son compartidos con el reloj circadiano. Existen regiones del protocerebro del pulgón fundamentales para la respuesta fotoperiódica, como la pars lateralis (pl, fotorrecepción) y la pars intercerebralis (pi, inducción de virginóparas mediante péptidos tipo insulina, ILP). El objetivo de esta tesis investigar los mecanismos y genes implicados en la respuesta fotoperiódica en pulgones, con especial interés en la fotosensibilidad mediante el estudio de los genes de las familias de opsinas y criptocromos (cry1 y cry2). Comparamos la expresión diferencial de pulgones expuestos a días cortos (SD) que inducen la producción de machos (SD14) y hembras sexuadas (SD10). Encontramos que los pulgones expuestos a SD14 y SD10 expresan de manera diferencial genes relacionados con la síntesis de hormonas, neuropéptidos y neurotransmisores como la serotonina, JH, dopamina y melatonina. Además, encontramos rutas que implican a las ILP, la percepción de la luz y el remodelado cerebral. Detectamos, también, tres genes tipo takeout que podrían estar relacionados con la producción de sexuadas. Caracterizamos el repertorio de 7 genes de opsinas y el cry1 como candidatos en la fotorrecepción. Bajo condiciones de SD, encontramos que los genes de opsina y cry1 se sobreexpresan y que las ovíparas expresan cry1 rítmicamente. Localizamos la expresión de las opsinas visuales en ojos y encontramos que las opsinas cerebrales Ap-SWO4, Ap-C-Opsin y el cry1 se expresan en la pl. El efecto del fotoperiodo sobre estas opsinas y criptocromo y su localización apoyan su posible rol como receptores fotoperiódicos. Cry2 se expresa en pi, posiblemente como un factor de transcripción. Este trabajo aporta información sobre la respuesta fotoperiódica en pulgones, explorando las rutas comunes que dan lugar a tanto a machos como a ovíparas. Además, investigamos el proceso de fotosensibilidad en el fotoperiodismo mediante el estudio de opsinas y criptocromos en su rol como proteínas fotosensibles.