Investigação das vias de determinação do sexo e da casta na abelha sem ferrão Melipona interrupta (Hymenoptera:apidae)

A diferenciacao sexual e uma etapa crucial do desenvolvimento que afeta profundamente os aspectos morfologicos, fisiologicos e comportamentais para que a reproducao das especies seja bem-sucedida. Nas abelhas altamente eussociais, outro processo do desenvolvimento tambem esta relacionado ao aumento do sucesso reprodutivo: a especializacao morfologica de algumas femeas para a reproducao (rainhas), e de outras para a manutencao das colonias (operarias). O objetivo desta tese foi investigar a base molecular da determinacao do sexo e da casta na abelha Melipona interrupta e uma possivel interacao entre ambas as vias. Dois genes da via de determinacao do sexo foram caracterizados: feminizer (fem) e double sex (dsx). A abordagem de genes candidatos foi utilizada para a identificacao de genes relacionados a determinacao das castas, cuja relacao foi deduzida por meio da analise de suas respostas a manipulacao dos niveis de Hormonio Juvenil (HJ), o qual tem um papel central na diferenciacao das rainhas. Alem disso, a expressao de dois genes envolvidos no metabolismo do HJ – mfe (biossintese) e jhe (degradacao) – foi analisada no contexto de organizacao social. Observou-se que o pre-mRNA do gene Mi-fem sofre um splicing alternativo sexo-especifico, de modo que apenas a variante especifica das femeas codifica a proteina completa. Os niveis mais altos de expressao do fem foram observados na fase embrionaria, na qual o sexo e determinado. Alem disso, foi observado que o JH induz um aumento na expressao do Mi-fem no periodo de divergencia entre as castas. Um metodo para a analise funcional do fem tambem foi testado em M. interrupta. O RNA de interferencia parental (pRNAi) foi usado para silenciar o fem nos embrioes, mas nao foi possivel confirmar o knockdown. Os transcritos sexo-especificos do Mi-dsx tambem foram caracterizados e a sequencia completa do cDNA foi obtida. Esses transcritos codificam isoformas proteicas que apresentam diferencas nos seus dominios C-terminal. Esses resultados fornecem suporte as funcoes regulatorias conservadas do fem e dsx e demonstram um link entre os elementos-chave das vias de determinacao do sexo e da casta. Cinco genes candidatos pertencentes a vias de sinalizacao de crescimento celular ou vias regulatorias com amplos efeitos fenotipicos no desenvolvimento apresentaram uma relacao com a determinacao das castas em M. interrupta. A expressao de dois genes da via Insulin/Insulin-Like (IIS) foi alterada em resposta ao HJ (InR1 e InR2), mas em sentidos opostos. Tambem foi observado que os genes codificadores da enzima DNA metiltransferase 3 (Dnmt3), a qual e um elemento chave na regulacao epigenetica, e da proteina do vitelo vitelogenina (Vg) apresentam uma relacao com a diferenciacao das castas. Ademais, a expressao do dsx foi aumentada pelos altos niveis de HJ, o que corrobora os resultados anteriores sobre o fem. Alem desse ser o primeiro estudo a identificar genes regulatorios relacionados a determinacao das castas em Melipona, esses resultados dao uma ideia sobre a estrategia social usada por essas abelhas para alcancarem a alta eussocialidade sem depender de uma plasticidade baseada em nutricao. Finalmente, a analise de genes relacionados ao metabolismo de HJ revelou que as flutuacoes nos titulos de HJ durante o desenvolvimento larval parecem ser reguladas pela via catabolica. Nas operarias adultas, a comparacao do perfil de expressao do mfe e jhe com achados recentes sobre a titulacao de HJ em outra especie de Melipona forneceu indicios de que o HJ pode estar desempenhando papeis alternativos na organizacao social das operarias. Tomados em conjunto, esses resultados proveem uma base para analises mais aprofundadas sobre os processos de determinacao do sexo e da casta. Alem disso, as evidencias encontradas aqui de uma conexao entre as vias de determinacao do sexo e da casta apontam para a via de determinacao do sexo como uma potencial base para a evolucao da especializacao morfologica entre as castas.