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Type: TESE
Title: Variabilidade genetica e estrutura de populações de Cochliomyia hominivorax (Diptera: Calliphoridae) : uma nova perspectiva atraves de marcadores microssatelites
Title Alternative: Genetic diversity and population structure in the new world screw-worm, Cochliomyia hominivorax (Diptera: Calliphoridae), as revealed by microsatellite markers
Author: Torres, Tatiana Teixeira
Advisor: Azeredo-Espin, Ana Maria Lima de, 1955-
Abstract: Resumo: A importância cultural e econômica da produção animal na América Latina tem suas raízes na era colonial. Este continente possui uma das maiores populações de gado do mundo e países como o Brasil, a Argentina e o Uruguai têm um papel importante no cenário mundial como produtores e exportadores de uma grande variedade de produtos pecuários. Doenças parasitárias afetam profundamente a produtividade animal e a venda de animais vivos ou derivados e, conseqüentemente, representam um grande impacto no desenvolvimento do setor agropecuário nos países sul americanos. A mosca da bicheira, Cochliomyia hominivorax (Coquerel) é um dos principais agentes causadores de miíases traumáticas na região Neotropical. Larvas da mosca da bicheira alimentam-se de tecidos vivos de animais de sangue quente. Esta espécie foi erradicada da América do Norte e parte da América Central através da técnica do inseto estéril (SIT). Na América do Sul, no entanto, esta peste continua causando um grande prejuízo à pecuária e um projeto internacional está em andamento para se avaliar a execução de um programa de controle da mosca da bicheira neste continente. Neste sentido, o principal objetivo deste estudo foi gerar informações sobre padrões de variabilidade, estrutura genética e fluxo gênico de populações sul americanas de C. hominivorax. Estas são importantes informações para o investimento em programas de controle de insetos-praga. Os microssatélites são uma classe especial de marcadores moleculares tipicamente codominantes e multi-alélicos altamente polimórficos e com uma alta heterozigosidade esperada. Estas características fazem com estes marcadores sejam cada vez mais empregados para investigar questões acerca da variabilidade genética, fluxo gênico e sistemas de acasalamento, até mesmo em espécies com baixos níveis de variabilidade em outros marcadores. A principal limitação dos microssatélites é a necessidade de se desenvolver marcadores microssatélites de novo para cada nova espécie a ser estudada, o que pode ser uma tarefa cara e demorada, mas indispensável na maioria dos casos. Para investigar padrões de variabilidade genética e diferenciação populacional na atual distribuição de C. hominivorax, duas abordagens foram empregadas para isolar marcadores microssatélites a partir de bibliotecas genômicas. Inicialmente, 10 locos foram isolados a partir de uma biblioteca enriquecida em repetições (AC)n. A amplificação destes locos em 30 indivíduos de C. hominivorax, revelou uma média de 6,9 alelos por loco, com heterozigosidades esperadas variando de 0,3831 a 0,8022. Na segunda abordagem, sete novos marcadores polimóficos foram desenvolvidos utilizando uma estratégia diferente, na qual uma sonda (AG)n foi usada em vez de (GT)n na etapa de enriquecimento. A média de alelos encontrados nos sete novos locos foi de 7,8 alelos por loco, com heterozigosidades esperadas variando de 0,4220 to 0,9045. Os "primers" desenvolvidos para C. hominivorax foram utilizados com sucesso na amplificação heteróloga em outras espécies da família Calliphoridae, sugerindo que os locos caracterizados poderão ser úteis em estudos nessas espécies após a avaliação do conteúdo de polimorfismo. Estas duas abordagens também motivaram o desenvolvimento de um conjunto de ferramentas de bioinformática para a análise de seqüências contendo microssatélites, o FiRe ("Find Repeats"). Esta iniciativa representa uma importante contribuição para facilitar o isolamento e caracterização destes marcadores. Doze, dos 17 marcadores desenvolvidos, foram selecionados para caracterizar a variabilidade genética e a estrutura populacional de amostras de C. hominivorax da América do Sul. Em uma análise da estrutura espacial e temporal de populações geográficas do Uruguai, desvios significativos do equilíbrio de Hardy-Weinberg foram observados em todas as subpopulações. Vários pares de locos também apresentaram desequilíbrio de ligação independentemente nas subpopulações. Um baixo, mas significativo, nível de diferenciação foi observado entre as subpopulações, mas não foi detectado isolamento por distância. A análise temporal indicou um aumento na diferenciação populacional global após um ano e foi observada uma diferenciação populacional significativa entre subpopulações da mesma localidade em períodos diferentes. As diferenças observadas entre as populações locais são, provavelmente, um resultado de alterações demográficas em populações da mosca da bicheira. A análise conjunta de 21 populações geográficas da América do Sul (distantes de 15 a 5180 km entre si) revelou uma alta variabilidade genética. Desvios significativos do equilíbrio de Hardy-Weinberg e desequilíbrio de ligação entre pares de locos foram freqüentes nas amostras analisadas. Foi observada uma diferenciação populacional baixa, mas significativa, indicando uma homogeneidade entre as amostras analisadas. A correlação entre as distâncias genéticas e geográficas das amostras não foi significativa. As evidências encontradas apontam para uma expansão populacional recente da espécie no continente sul americano, mas as observações também podem ser uma evidência de uma dinâmica populacional envolvendo eventos freqüentes de extinção e recolonização, na qual cada subpopulação de C. hominivorax se comportaria como uma metapopulação. Independentemente de qual seja o cenário que melhor descreva a história evolutiva desta espécie, fica evidente o potencial de dispersão e adaptação desta espécie, o que terá profundas implicações em programas de controle da espécie. Estudos futuros poderão fornecer um quadro mais completo sobre a dinâmica das populações da mosca da bicheira, gerando informações fundamentais para a tomada de decisões no que concerne à erradicação desta importante praga da pecuária

Abstract: The cultural and economic importance of animal production in South America dates back to the colonial era. This continent has one of the largest percentages of the world's total cattle population and countries like Brazil, Argentina and Uruguay play a major role as exporters of a variety of livestock products. Diseases affecting livestock can have a significant impact on animal productivity, on trade of live animais, meat and other animal products, which, consequently, affects the overall process of the economic development of South American countries. The New World screw-worm (NWS), Cochliomyia hominivorax (Coquerel), is an important parasitic insect pest in Neotropical regions. NWS myiasis is caused by the larval stage of the fly infesting tissues of warm-blooded vertebrates. This species has been successfully eradicated from North and most of Central America by the sterile insect technique. In South America, however, this pest continues to affect the development of the livestock sector and an international effort is underway to evaluate the feasibility of eradicating the NWS from endemic areas of Central and South America. Therefore, the aim of this study was to provide some insight into the patterns of genetic variation, structure and gene flow of C. hominivorax populations from South America. Those are valuable information required prior to an investment on large-scale efforts aiming at controlling insect pests. Microsatellites stand out as co-dominant markers with a high number of alleles per locus, high polymorphism and high-expected heterozygosities. Due to those features, these markers have been increasingly used to investigate questions regarding population structure, gene flow and mC!ting system even in populations that have low levels of allozyme and mitochondrial variation. The major drawback of microsatellites is that they must often be isolated de novo for each species. In order to investigate patterns of genetic differentiation of C. hominivorax from its current distribution using microsatellite loci, two efforts were made to isolate these markers from enriched genomic libraries. Initially, a set of 10 polymorphic microsatellite loci was isolated from an AC-enriched genomic library. Amplification of the reported loci in 30 screw-worms revealed an average of 6.9 alleles per locus with expected heterozygosities ranging from 0.3831 to 0.8022. In the second effort, seven new pOlymorphic microsatellite markers were developed using a different protocol. An (AG)n probe was used instead of (GT)n in the enrichment step. The number of alleles found in the seven new loci ranged from 3 to 13 per locus, with the expected heterozygosities ranging from 0.4220 to 0.9045. Cross-species amplifications of the 17 microsatellite markers were successful in other Calliphoridae species, suggesting that these loci may be useful in those species after evaluating the extent of polymorphism. These efforts have also motivated the development of a web-based, user-friendly toolkit for microsatellite sequence characterization, the FiRe (Find Repeats). This initiative represents an important contribution to other efforts aimed at isolating and characterizing microsatellite markers. Twelve of the 17 isolated loci were used to characterize genetic variability and population structure across NWS South American populations. In the spatio-temporal analysis of C. hominivorax populations from Uruguay, significant departures from Hardy-Weinberg equilibrium were observed for ali populations. Linkage disequilibrium was also detected for severa I locus pairs. Low, but significant, levels of subdivision were recorded between populations, but no evidence of isolation by distance was observed. The temporal analysis indicated a population differentiation increase over time and ali pairwise comparisons between temporal subpopulations yielded significant estimates of population differentiation. The observed differences between local populations are probably a result of the occurrence of demographic changes that affected NWS populations. Analysis of populations from 21 geographical sites in South America (distances ranging from 15 to 5180 km) revealed a high genetic variability within NWS populations. Deviations from Hardy-Weinberg equilibrium and linkage disequilibrium were frequent. A strikingly low, but significant, genetic differentiation was observed, indicating a broad-scale genetic homogeneity in the continent. This low differentiation was coupled with a lack of isolation by distance. These results are consistent with the patterns expected from a species that has undergone range expansion. The pattern of genetic variation among populations could also be an evidence of colonization-extinction dynamics, where subpopulations of this species might usefully be viewed as a metapopulation. Whichever scenario best describes the population structure of NWS, it will have deep implications in contrai strategies. Further studies should complement these findings and provide support for decision makers in the planning and implementation of new area-wide contrai programs of this important livestock pest
Subject: Metapopulação
Pragas - Controle
Marcadores genéticos
Genética de populações
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2006
Appears in Collections:IB - Tese e Dissertação

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