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Genética, ecologia e evolução de drosofilídeos (Insecta, Diptera) associados a flores

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Genética, ecologia e evolução de drosofilídeos (Insecta, Diptera) associados a flores

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Título Genética, ecologia e evolução de drosofilídeos (Insecta, Diptera) associados a flores
Autor Schmitz, Hermes José
Orientador Gaiesky, Vera Lucia da Silva Valente
Data 2010
Nível Doutorado
Instituição Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Instituto de Biociências. Programa de Pós-Graduação em Genética e Biologia Molecular.
Assunto Diptera
Drosophilidae
Genética
Resumo A presente tese trata de espécies de drosofilídeos (Insecta, Diptera, Drosophilidae) associadas a flores, baseando-se em uma multiabordagem com informações morfológicas, ecológicas, biogeográficas, comportamentais e moleculares sobre estes organismos. Um inventário da biodiversidade de drosofilídeos associados a flores foi realizado em várias localidades do Brasil, com um amplo esforço amostral, que compreendeu amostras de flores de 125 espécies de plantas, de 47 famílias. Deste total, 56 espécies de plantas, de 18 famílias, se mostraram hospedeiras de drosofilídeos, revelando uma fauna ainda grandemente desconhecida. Das 28 espécies encontradas, 12 foram consideradas de ecologia restrita a flores, seis de biologia incerta e 10 como oportunistas. Cerca de 40% (12 espécies) da diversidade encontrada constituiu-se de espécies não descritas. Esta proporção sobe para 2/3 ao se excluir as espécies oportunistas. Entre as oportunistas foram encontradas nove espécies de Drosophila Fallén, 1823 e uma de Zaprionus Coquillett, 1901. Entre as de biologia incerta estão duas espécies de Cladochaeta Coquillett, 1900, uma de Rhinoleucophenga Hendel, 1917 e três de Scaptomyza Hardy, 1849. Já em relação às espécies de ecologia restrita a flores, estiveram representadas oito espécies do grupo bromeliae de Drosophila, duas espécies do subgênero Phloridosa Sturtevant, 1942, também de Drosophila, e duas espécies de Zygothrica Wiedemann, 1830. Uma lista completa das localidades onde foram encontradas cada uma das espécies é fornecida, incluindo vários novos registros. Também são listadas as plantas hospedeiras de cada espécie. Quatro espécies novas de Drosophilidae são formalmente descritas: Rhinoleucophenga joaquina sp. nov., Drosophila anaeterrae sp. nov., D. solani sp. nov. e D. jurubeba sp. nov. Adicionalmente, complementos de descrição nos moldes modernos são fornecidos para D. bromeliae Sturtevant, 1921 e D. bromelioides Pavan & Cunha, 1947. O grupo bromeliae de Drosophila foi o táxon mais representativo, tanto em número de espécies como em número de indivíduos. Oito espécies foram encontradas, seis das quais originalmente não descritas. Graus variados de amplitude de nicho foram observados, com espécies polífagas (D. bromelioides e D. bromeliae), oligófagas (D. anaeterrae sp. nov. e tipo III') e monófagas (D. solani sp. nov., D. jurubeba sp. nov., tipo IV' e tipo VI). As espécies monófagas apresentaram ecologia especializada em flores de Solanum. Estas diferenças ecológicas estiveram associadas a diferenças morfológicas, sendo observado um aumento de tamanho do ovipositor e uma redução (ou modificação) dos filamentos respiratórios dos ovos com o aumento do grau de especialização. As espécies deste grupo também puderam ser divididas em dois grupos geográficos: espécies de distribuição predominantemente meridional (D. bromelioides, D. anaeterrae sp. nov., D. solani sp. nov. e D. jurubeba sp. nov.) e espécies de distribuição predominantemente setentrional (D. bromeliae, tipo III', tipo IV' e tipo VI). Experimentos de cruzamento com três espécies do grupo (D. bromeliae, D. bromelioides e D. anaeterrae sp. nov.) demonstraram que estas apresentam isolamento reprodutivo completo e diferenças marcantes no padrão de som de corte do macho, fator que pode estar funcionando como mantenedor do isolamento pré-zigótico entre elas. Análises de barcode baseadas em seqüências de COI se mostraram bastante eficientes na correta discriminação de sete espécies do grupo bromeliae e duas espécies do subgênero Phloridosa (D. denieri Blanchard, 1938 e D. lutzii Sturtevant, 1916). Esta abordagem, portanto, fornece uma importante ferramenta para a identificação destas espécies, em especial de fêmeas, já que neste caso a diferenciação por morfologia se torna difícil. Análises filogenéticas realizadas com dados moleculares, obtidos para estas espécies pela primeira vez nesta tese, a partir de seqüências dos genes mitocondriais COI e COII, sugeriram que o subgênero Phloridosa tenha se originado na radiação immigrans-tripunctata do subgênero Drosophila Fallén, 1823, contrariando estudos anteriores baseados em caracteres morfológicos. Os resultados aqui obtidos, entretanto, encontram respaldo em uma reavaliação da morfologia destas espécies, baseada na terminália masculina. Por fim, análises filogenéticas com os mesmos marcadores para o grupo bromeliae sugerem a monofilia do grupo, sendo que as linhagens basais são representadas pelas espécies especialistas em Solanum, seguidas de um clado composto pelas espécies generalistas, onde as duas espécies polífagas formam as primeiras ramificações deste clado e as duas espécies oligófagas representam espécies-irmãs na extremidade terminal. A justaposição das relações filogenéticas das espécies deste grupo com as informações morfológicas e ecológicas sobre elas nos permitiram a formulação de um potencial cenário sobre a história evolutiva do grupo.
Abstract This thesis is a study on flower-breeding species of drosophilids (Insecta, Diptera, Drosophilidae) based on a multi-approach with morphological, ecological, biogeographic, behavioural and molecular information on such organisms. A biodiversity inventory of flowerbreeding drosophilids was carried out in several localities in Brazil, with a broad sampling effort, comprising samples of flowers of 125 plant species, from 47 families. Overall, 56 plant species, from 18 families, showed to be hosts for drosophilid species, revealing a fauna still mostly unknown. Twenty-eight species were found, 12 of them being considered restrict flower-breeding species, six of uncertain biology and 10 opportunists. Approximately 40% (12 species) of the diversity found comprised undescribed species. This proportion raises to 2/3 if opportunist species are excluded. Within the opportunist species, nine species of Drosophila Fallén, 1823 and one of Zaprionus Coquillett, 1901 were found. The species of uncertain biology were represented by two species of Cladochaeta Coquillett, 1900, one of Rhinoleucophenga Hendel, 1917 and three of Scaptomyza Hardy, 1849. The restrict flower-breeding drosophilids constituted of eight species of the bromeliae group of Drosophila, two species of the subgenus Phloridosa Sturtevant, 1942 of Drosophila and two species of Zygothrica Wiedemann, 1830. A complete list of localities where each species was found is provided, including various new records. A list of host plants is also presented for each species. Four species of Drosophilidae were formally described: Rhinoleucophenga joaquina sp. nov., Drosophila anaeterrae sp. nov., D. solani sp. nov. and D. jurubeba sp. nov. Additionally, complements of description in a modern taxonomic view are provided for D. bromeliae Sturtevant, 1921 e D. bromelioides Pavan & Cunha, 1947. The bromeliae group of Drosophila was the most representative taxon, both in number of species and individuals. Eight species were found, six of them undescribed. Varying levels of niche breadth were observed, with polyphagous (D. bromelioides and D. bromeliae), olygophagous (D. anaeterrae sp. nov. and type III') and monophagous (D. solani sp. nov., D. jurubeba sp. nov., type IV' and type VI) species. The monophagous species showed a specialisation in Solanum flowers. Such ecological differences were linked with morphological differences, with bigger oviscapts and reduced (or modified) respiratory egg filaments with the increasing of the level of specialisation. Species of this group also could be divided in two geographic groups: species with a predominantly southern distribution (D. bromelioides, D. anaeterrae sp. nov., D. solani sp. nov. and D. jurubeba sp. nov.) and species with a predominantly northern distribution (D. bromeliae, type III', type IV' and type VI). Crossing-experiments with three species of the group (D. bromeliae, D. bromelioides and D. anaeterrae sp. nov.) demonstrated that they have complete reproductive isolation and marked differences in the pattern of male courtship songs, what can be keeping premating isolation between them. A barcode analysis based on COI sequences was successful in the correct discrimination between seven species of the bromeliae group and between two species of the subgenus Phloridosa (D. denieri Blanchard, 1938 and D. lutzii Sturtevant, 1916). This analysis, therefore, provides an important tool for the identification of these species, especially for females, which presents a difficult morphological discrimination. Phylogenetic analysis performed with molecular data, obtained for the first time for these species in this thesis, based on sequences of the mitochondrial genes COI and COII, suggested that the subgenus Phloridosa is related to the immigrans-tripunctata radiation of the subgenus Drosophila Fallén, 1823, contrarily to previous studies based on morphological characters. The results obtained in this study, therefore, find additional support on a re-evaluation of the morphology of these species, based on the male terminalia. Finally, phylogenetic analysis based on the same molecular markers for the bromeliae group suggested the monophyly of the group, with the basal lineages constituting the Solanum-specialised species, followed by a clade comprising the generalist species, with the polyphagous species representing the early offshoots and the olygophagous ones as a terminal pair of sister-species. The superimposition of the phlylogenetic relationships of this species with the information based on morphology and ecology of these species permitted a formulation of a potential scenario of the evolutionary history of the group.
Tipo Tese
URI http://hdl.handle.net/10183/26602
Arquivos Descrição Formato
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