Variabilidade genética e ecológica de Drosophila willistoni (Diptera, Drosophilidae) : uma abordagem molecular através do isolamento e caracterização de fragmentos heterogêneos de DNA

Abstract

O grupo willistoni de Drosophila é o grupo de espécies mais bem representado nas comunidades neotropicais de insetos da família Drosophilidae. Ele é constituído por 6 espécies crípticas e por 19 não crípticas e a este grupo de espécies é atribuída origem no Brasil Central, em associação com habitats de florestas quentes e úmidas. Drosophila willistoni, tida como a remanescente do ancestral comum, chama particularmente a atenção dentro do grupo, por possuir uma grande "versatilidade ecológica" diversas vezes comprovada, o que se expressa pela capacidade de exploração bem sucedida de diversos tipos de ambientes, tais como matas, formações abertas, cidades, bem como de diferentes tipos de substratos alimentares e de criação. Sua distribuição geográfica vai desde o sul dos Estados Unidos (Flórida) e México na América do Norte, até o norte da Argentina na América do Sul. Além desta versatilidade ecológica, e talvez subjacente a ela, D. willistoni apresenta uma grande variabilidade genética expressa através de diferentes marcadores genéticos já estudados, tais como polimorfismo cromossômico para inversões paracêntricas e polimorfismo enzimático. Tendo em vista este panorama, o presente trabalho teve como objetivo amplo fazer uma busca no genoma de D. willistoni, no sentido de encontrar alguma indicação para explicar esta variabilidade genética e versatilidade ecológica em nível de DNA repetitivo. A primeira tentativa que realizamos de isolar e caracterizar este tipo de DNA em D. willistoni está descrita no capítulo 4, onde verificamos que as seqüências que compõe os telômeros desta espécie são muito divergentes do modelo D. melanogaster. Partimos, então, para o passo seguinte da investigação descrito no capítulo 2, que seria isolar seqüências repetitivas do genoma de D. willistoni. Nossos resultados iniciais demonstraram a existência de um padrão sexoespecífico na clivagem do DNA genômico de machos e fêmas com as enzimas de restrição AluI e HaeIII. À medida que foi sendo investigado este padrão, levounos à descrição de um fenômeno biológico tido como inexistente no genoma de D. melanogaster: a metilação. Isolamos e seqüenciamos parcialmente 44 clones que consideramos ser segmentos do genoma de D. willistoni que estão envolvidos neste processo de metilação, sendo que identificamos entre estas o gene ribossomal 18S. No capítulo 3 aprofundamos estas investigações referentes à metilação e concluímos que no genoma de D. willistoni ocorrem compartimentos metilados, tais como ocorre em Molusca, Cnidários e outros animais e um destes compartimentos corresponde à uma parte dos genes ribossomais. A partir destes resultados nosso trabalho propõe uma mudança num conceito estabelecido no Gênero Drosophila sobre metilação. Nós estamos demonstrando que este mecanismo epigenético de controle da expressão gênica existe no genoma de D. willitoni e que, portanto, ela estaria fazendo parte do grupo de organismos que tem o seu DNA fracionalmente metilado.

The Drosophila willistoni species group is the most abundant in Neotropical assemblies. It is native from Central Brazil and is constituted by 6 sibling and 19 non-sibling species, living in association with hot and humid forests. In this group, Drosophila willistoni call special attention because it have a recognized great “ecological versatility”, expressed by the ability to explore several types of environments, as forests, open formations, cities and to breed in several types of substrates. Its geographical distribution comprehends since Florida, in the South of United States of America and Mexico, until the North of Argentina, in South America. Besides this ecological versatility, D. willistoni also presents an ample genetic variability detected by several genetic markers, exemplified by the chromosomal polymorphism for paracentric inversions and the enzymatic polymorphism. Considering this scenario, the present study have the main objective to make a molecular screening in the genome of D. willistoni, trying to found some clue that could explain such genetic and ecological variability at the level of repetitive DNA. The results of our first attempt to isolate and to characterize this type of DNA in D. willistoni are described in Chapter 4, where we verify that the telomeric sequences of this species are very divergent of those occurring in the modelspecies D. melanogaster. The next step of our investigation was to isolate repetitive sequences of the D. willistoni’s genome. This attempt is described in Chapter 2 and our results showed sex-specific patterns of cleavage of genomic DNA of males and females with the restriction enzymes AluI e HaeIII. These results demonstrated by the first time, the existence of a phenomenon not found in D. melanogaster: the metylation in the genome of D. willistoni. Isolating and partially sequencing 44 clones considered by us as segments of the genome of D willistoni involved in the mechanism of methylation, we found the 18S ribosomal gene among them. In Chapter 3, we continued the investigations about methylation in the genome of D. willistoni and concluded that in this species, as occurs in the genomes of other animals, as Mollusca and Cnidaria, exists methylated compartments, and that one of these compartments, correspond to part of the ribosomal genes. Considering all our findings, we propose a change in the previously established concept about lack of methylation in the Genus Drosophila. We demonstrated that this epigenetic mechanism of control of gene expression exists in the genome of D. willistoni, and so, this species needs to be considered as member of the group of organisms which have its DNA fractionally methylated.