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Type: DISSERTAÇÃO
Degree Level: Mestrado
Title: Evolução do gene da esterase E3 : avaliação dos efeitos da seleção e distribuição geográfica de mutações associadas à resistência a inseticidas em Cochliomyia hominivorax (Diptera: Calliphoridae)
Title Alternative: Esterase E3 gene evolution : selection effects and geographic distribution of mutations associated to insecticide resistance in Cochliomyia hominivorax (Diptera: Calliphoridae)
Author: Bergamo, Luana Walravens, 1988-
Advisor: Azeredo-Espin, Ana Maria Lima de, 1955-
Abstract: Resumo: A pecuária é uma importante atividade econômica do Brasil, mas tem sofrido perdas significativas devido ao impacto de parasitas. Neste cenário destaca-se a mosca-da-bicheira, Cochliomyia hominivorax, que é um importante ectoparasita causador de miíase primária e endêmico das Américas. Sua distribuição geográfica sofreu redução a partir da implementação da técnica do inseto estéril (SIT), sendo considerada erradicada nos Estados Unidos e países continentais da América Central. Na América do Sul, o controle desta espécie é realizado através de inseticidas, cujo uso indiscriminado pode acarretar na seleção de indivíduos resistentes. Em estudos anteriores, as mutações denominadas Gly137Asp e Trp251Leu foram observadas no sítio ativo da enzima carboxilesterase E3 e associadas à resistência a inseticidas dietil e dimetil-organofosforados, respectivamente. A caracterização molecular da região desse gene que compreende desde o final do éxon 2 até o final do éxon 4 para C. hominivorax revelou que o íntron I2 apresenta um tamanho maior que em outras espécies de Muscomorpha. A análise da composição nucleotídica e comparações por métodos estatísticos entre modelos de mutação-seleção de sequências do cDNA da carboxilesterase E3 de C. hominivorax e outros Muscomorpha mostraram sinais de seleção restritiva sobre as substituições sinônimas. Porém, o padrão observado não é exclusivo deste gene, sendo observado em outras regiões do transcriptoma. As pressões seletivas que modelaram a evolução do gene E3 do ponto de vista das mutações não-sinônimas foram investigadas a partir de uma estratégia hierárquica, considerando dados interespecíficos e populacionais. Primeiramente, na investigação de resposta à longo prazo, foram utilizadas as sequências dos éxons das espécies C. hominivorax, Cochliomyia macellaria, Chrysomya megacephala e sequências públicas de outros Muscomorpha. Os testes branch-site relaxado e branch-site estrito, em conjunto com o método Bayes Empirical Bayes (BEB), não indicaram sítios sob seleção positiva no ramo de C. hominivorax. A análise pelo método MM01, que leva em conta as propriedades físico-químicas dos aminoácidos, também não detectou nenhum sinal de seleção. Já na investigação com base em dados populacionais, amostras de C. hominivorax de 21 localidades da América do Sul foram sequenciadas para um fragmento do gene E3, previamente caracterizado. Os resultados da AMOVA e Fst-par-a-par indicam que há estruturação entre as localidades quando consideradas as sequências do gene E3 juntamente com sequências dos genes mitocondriais CR, COI e COII. Porém, os resultados da SAMOVA mostraram uma baixa correlação entre os dados genéticos e geográficos, indicando que esta espécie apresenta uma complexa estrutura populacional. Através do DAPC foi possível distinguir três grupos genéticos entre as localidades. Testes de desequilíbrio de ligação foram significativos entre as duas mutações que são relacionadas à resistência a inseticidas organofosforados, indicando uma associação negativa entre elas. Uma análise baseada na detecção de locos outliers recuperou um dos sítios do primeiro códon associado à resistência com sinal de seleção positiva

Abstract: Livestock production is an important economic activity in Brazil, but has been suffering significant losses due to the impact of parasites. The New World screwworm fly (NWS), Cochliomyia hominivorax, is an important ectoparasite and myiasis causing fly endemic from the Americas, which stands out in this scenario. The geographic distribution of NWS has been reduced after the implementation of the sterile insect technique (SIT), being considered eradicated in North and part of Central America. In South America, NWS is controlled by chemical insecticides, which indiscriminate use can cause the selection of resistant individuals. The Gly137Asp and Trp251Leu mutations in the active site of carboxylesterase E3 have been associated to resistance of diethyl and dimethyl organophosphates, respectively. The molecular characterization of this gene region comprising from the end of exon 2 to the end of exon 4 for C. hominivorax revealed that the intron I2 has a larger size than in other Muscomorpha species. The analysis of nucleotide composition and the comparisons between mutation-selection models by statistical methods of cDNA sequences of carboxylesterase E3 from C. hominivorax and other Muscomorpha showed signs of restrictive selection on synonymous substitutions. However, the observed pattern is not exclusive for this gene, being observed in other regions of the transcriptome. The selective pressures that have shaped E3 gene evolution from the point of view of non-synonymous mutations were investigated from a hierarchical strategy, considering interspecific and populational data. At first, in the investigation of long term response, the sequences of exons of C. hominivorax, Cochliomyia macellaria, Chrysomya megacephala and public sequences from other Muscomorpha were used. The relaxed branch-site and strict branch-site tests, together with the Bayes Empirical Bayes (BEB) method, indicated no sites under positive selection in the C. hominivorax branch. The analysis by MM01 method, which takes into account the physicochemical properties of amino acids, also detected no sign of selection. Secondly, in the investigation based on populational data, samples of C. hominivorax from 21 sites in South America were sequenced for a fragment of E3 gene previously characterized. The results of AMOVA and pairwise Fst indicate that there is structure between sites when considering sequences of E3 gene and CR, COI and COII mitochondrial genes. However, SAMOVA results showed a low correlation between genetic and geographic data, indicating that this specie has a complex population structure. Three genetic groups were distinguished between the sites by DAPC. Linkage disequilibrium tests were significant between the two mutations related to organophosphate insecticides resistance, indicating a negative association between them. An analysis based on outlier loci detection recovered sign of positive selection in one of the sites from the first codon associated with resistance
Subject: Cochliomyia hominivorax
Miíase
Resistencia aos inseticidas
Seleção positiva
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2014
Appears in Collections:IB - Tese e Dissertação

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