Κυτταρογενετική και μοριακή ανάλυση του είδους Ceratitis fasciventris (Diptera: Tephritidae)
Creators: name: Παντελίδου, Χριστίνα Αλέξανδρου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: Κυτταρογενετική ανάλυση
Μοριακή ανάλυση
Πολυταινικά χρωμοσώματα
Ceratitis fasciventris
Ceratitis capitata
Tephritidae

description: Τα έντομα της οικογένειας Tephritidae αποτελούν παράσιτα μεγάλης οικονομικής σημασίας, τα οποία απειλούν τις καλλιέργειες πολλών εμπορεύσιμων φρούτων και λαχανικών. Η γενετική και κυτταρολογική μελέτη, σε συνδυασμό με τη μοριακή ανάλυση αυτών των ειδών αποτελούν τη βάση για την ανάπτυξη νέων μεθόδων ελέγχου και καταπολέμησής τους, φιλικών προς το περιβάλλον (π.χ. τεχνική απελευθέρωσης στείρων εντόμων, SIT). Στην παρούσα μελέτη πραγματοποιήθηκε κυτταρογενετική και μοριακή ανάλυση του είδους Ceratitis fasciventris. Το βιολογικό υλικό που χρησιμοποιήθηκε προέρχεται από άτομα του υπό μελέτη είδους από το Εργαστήριο Ελέγχου Παρασιτικών Εντόμων του Seibersdorf (IAEA, Βιέννη), με σκοπό τη κυτταρογενετική και μοριακή σύγκρισή του με το ήδη καλά μελετημένο συγγενικό είδος C. capitata. Το έντομο C. fasciventris ανήκει στην οικογένεια Tephritidae και ειδικότερα στο σύμπλεγμα FAR, που εντοπίζεται κυρίως στην ανατολική και δυτική Αφρική. Στο σύμπλεγμα αυτό συμπεριλαμβάνονται άλλα δύο είδη, τα C. rosa και C. anonae, που εμφανίζονται μορφολογικά όμοια τόσο μεταξύ τους όσο και με το C. fasciventris. Τα είδη του συμπλέγματος αυτού ευθύνονται για σημαντικές απώλειες στον τομέα των καλλιεργούμενων φρούτων και λαχανικών, γι’ αυτό χαρακτηρίζονται ως εξαιρετικής οικονομικής σημασίας. Η κυτταρογενετική μελέτη περιλαμβάνει την ανάλυση των μιτωτικών και των πολυταινικών πυρήνων του υπο μελέτη είδους. Η μελέτη των μιτωτικών χρωμοσωμάτων επιτρέπει την ανάλυση του αριθμού, του μεγέθους και της μορφολογίας των αυτοσωμικών και φυλετικών χρωμοσωμάτων ενός είδους. Tα πολυταινικά χρωμοσώματα αποτελούν ένα ανεκτίμητο εργαλείο τόσο για τη μελέτη της δομής και λειτουργίας των χρωμοσωμάτων και της οργάνωσης γονιδιωμάτων, όσο και για τη μελέτη της γενετικής δομής των φυσικών πληθυσμών. Από την παρατήρηση των μιτωτικών πυρήνων του C. fasciventris εντοπίζονται πέντε ζεύγη αυτοσωμικών χρωμοσωμάτων και ένα ζεύγος φυλετικών, με ετερογαμετικό το αρσενικό άτομο. Στους πολυταινικούς πυρήνες των σιελογόνων αδένων παρατηρούνται πέντε πολυταινικά χρωμοσώματα που αντιστοιχούν στα πέντε ζεύγη των αυτοσωμικών χρωμοσωμάτων του μιτωτικού πυρήνα. Η ανάλυση πολυταινικών και μιτωτικών πυρήνων, αρσενικών και θηλυκών ατόμων C. fasciventris, έδειξε ότι τα φυλετικά χρωμοσώματα δεν αντιπροσωπεύονται από πολυταινικά χρωμοσώματα. Σε όλα τα παρασκευάσματα παρατηρήθηκε μια ετεροχρωματινική δομή περιορισμένου μεγέθους και πυκνότητας. Από τη σύγκριση του προτύπου ζωνώσεως των πολυταινικών χρωμοσωμάτων του C. fasciventris με το είδος C. capitata παρατηρήθηκαν ομοιότητες στους οχτώ από τους δέκα χρωμοσωμικούς βραχίονες, γεγονός που τους χαρακτηρίζει ομόλογους. Αλλά εντοπίστηκαν ανακατατάξεις στους πολυταινικούς βραχίονες 3L και 5L. Πιο συγκεκριμένα, σε κάθε έναν από τους παραπάνω βραχίονες παρατηρήθηκαν πέντε και τέσσερεις θέσεις θραύσης αντίστοιχα, που οδηγούν στην εμφάνιση αναστροφών, αλλά και μεταθέσεων, γεγονός που αποδεικνύει την εμφάνιση πολλαπλών μεταλλάξων σε κάθε βραχίονα. Η ανακατάξεις αυτές, επιβεβαιώθηκαν και μέσω της τεχνικής του in situ υβριδισμού. Τέλος, η μοριακή ανάλυση του είδους C. fasciventris περιλαμβάνει την αλληλούχισης του μιτοχονδριακού του γονιδιώματος και τη σύγκρισή του με το είδος C. capitata, του οποίου η πλήρης μιτοχονδριακή αλληλουχία είναι ήδη κατατεθειμένη. Στο τμήμα του μιτοχονδριακού γονιδιώματος που αλληλουχίθηκε εντοπίστηκαν οι θέσεις και οι αλληλουχίες των γονιδίων που κωδικοποιούν πρωτεΐνες, καθώς και των γονιδίων που κωδικοποιούν διάφορα RNA. Παρατηρήθηκε ότι η οργάνωση του μιτοχονδριακού γονιδιώματος είναι σταθερή, καθώς υπάρχουν υψηλά επίπεδα συντήρησης ανάμεσα στα είδη της οικογένειας Tephritidae, ενώ εντοπίστηκε ομολογία με το συγγενικό είδος C. capitata της τάξεως του 94%.
description: The species of the Tephritidae family are insects of great economic importance, which are responsible for important losses of numerous crops. The genetic and the cytogenetic study, along with a molecular study of these insects, is faindemental to develop new environmentally friendly methods of control and confront (e.g. Sterile Insect Technique, SIT). The present study refers to a cytogenetic and molecular analysis of the species Ceratitis fasciventris. The strains used are maintained in the Insect Pest Control Laboratory in Seibersdorf (IAEA, Vienna). The aim of the study is the comparison of the cytogenetic and molecular data with the reference data of Ceratitis capitata. Ceratitis fasciventris belongs to the Tephritidae family and specifically to the FAR complex, established mainly in eastern and western Africa. Species that belong to this complex are considered as pests with great economic impact, as they are responsible for important losses of numerous crops. The cytogenetic study contains the analysis of the mitotic and the polytene nucleus of the species. The study of the mitotic chromosomes allows the analysis of the number, the size, as well as the morphology of the autosomes and the sex chromosomes of a species. Polytene chromosomes are considered as a priceless tool in studying the structure and the function of the chromosomes and the genome organization, as well as the study of the genetic structure of the natural population. The mitotic karyotype of C. fasciventris consists of 5 pairs of submetacentric autosomes and a pair of heteromorphic sex chromosomes. The analysis of the polytene complement revealed the existence of five polytene elements (10 polytene arms) which correspond to the five autosomes. These results are in full agreement with all Tephritid species analyzed so far. The analysis of polytene and mitotic nuclei of male and female individuals of C. fasciventris, revealed that sex chromosomes are not polytenized. However, a heterochromatic mass is observed in every specimen, varying in morphology, size and density. The comparison of the banding pattern of C. fasciventris chromosomes with that of C. capitata showed extensive similarities in eight chromosome arms. However, fixed rearrangements have been observed in two polytene arms, 3L and 5L. These rearrangements include inversions as well as transpositions an indicsting that more than one mutation event has occured in each arm. It is evident that four breaks in each of the above elements are implicated. Finally, molecular analysis of C. fasciventris comprices sequencing effort of of the mitochondrial genome and comparison with C. capitata. The position and the sequence of protein coding genes, as well as the RNA coding genes, is estimated. It was observed that the organization of the mitochondrial genome is stable, as there are high maintenance among species of the family Tephritidae while localized homology with related species C. capitata the order of 94%.