Distribuição e efeitos da infecção de Wolbachia (Rickettsiales Rickettsiaceae)Wolbachia (Rickettsiales, Rickettsiaceae)

em colônias, populações e comunidades de formigas na Amazônia Central

Fabricio Beggiato Baccarogg

Wolbachia Wolbachia e seus hospedeirose seus hospedeiros

Insetos (66%)Crustáceos  (35%)

Insetos (66%)Nematóides filariais (90%)

Chelicerados (20%)

3,3 milhões de espéciesde insetos infectados

ArtrópodesArtrópodes NematóidesNematóidescepas A e B cepas C e D

Bouchon et al. (1998);  Hilgenboecker et al. (2008)

p p

2

MutualistaMutualista ParasitaParasitaMutualistaMutualista ParasitaParasita

Benefício CustoBuchnera em abelhas1,2: Wolbachia na maioria dos insetos3:

Genomas: Genomas:• reduzidos• pouco DNA repetitivo

• maiores• DNA repetitivo

recombinação entre cepas

taxa evolutiva

recombinação entre cepas

taxa evolutivataxa evolutiva taxa evolutiva

transmissão vertical transmissão vertical + horizontal

1‐Moran 1996; 2‐Moran & Bauman 2000; 3‐Wu et al. 20043

EfeitosEfeitos nosnos hospedeiroshospedeiros

Jiggins (2003)

Rousset et al. (1992)Rousset et al. (1992)

• Morte de machosStouthamer et al. (1993)

• Feminização

MaiorMaiornúmeronúmero de de fêmeasfêmeas

• Partenogênesefêmeasfêmeas

4

IncompatibilidadeIncompatibilidade citoplasmáticacitoplasmática

Prole inviávelW

0 W+

Proleinfectada

• Reduz a aptidãoW

0

+

preprodutiva entre fêmeasnão‐infectadas (0) X 

h i f d (W)

0

Wmachos infectados (W) W+

• Sem prole em espécies diplóides; machos em espécies haplodiplóides Prole não‐

0

espécies haplodiplóides infectada0+

5

CicloCiclo de de vidavida das das formigasformigas

Haplometrose

Independente DependenteRainha + operáriasPleometrose

Fissão BrotamentoFissão Brotamento

Reprodutivovirgem

Rainhainseminada

+

Holldöbler & Wilson (1990); Boomsma & Ratnieks (1996)6

DinâmicaDinâmica dada incompatibilidadeincompatibilidade citoplasmáticacitoplasmáticaFertilidade relativa = FFidelidade da transmissão = μ(N. de filhos não infectados/N. de filhos infectados)

Fertilidade relativa = F

Pw = P0 = 0.5

Taxa de eclosão (produtividade funcional) = H

W 0; μ = 0.1F = 0.9 ; H = 0.1

W +W +

t+1 28 colônias infectadas22 colônias não‐infectadas

W 0

22 colônias não infectadas

0+

0+

7

0 8

1.0

0.6

0.8bachia

0 1F 0 9 H 0 1

Hoffman et al. (1990)

0.2

0.4

orWolb ; μ = 0.1F = 0.9 ; H = 0.1

0.0

1 11 21 31 41 511.0fe

cçãopo

Gerações do hospedeiro

0.8

ode inf

0.4

0.6

roporção

; μ = 0.2F = 0.8 ; H = 0.1

0 0

0.2

Pr

0.0

1 11 21 31 41 51

Gerações do hospedeiro 8

1 ‐ Determinar os efeitos da infecção porWolbachia na1  Determinar os efeitos da infecção por Wolbachia na aptidão reprodutiva e funcional em colônias de formigas

I f õ W lb hi di i tidã d tiInfecções por Wolbachia diminuem a aptidão reprodutiva e funcional das colônias de Ectatomma lugens?

9

ÁreaÁrea de de estudoestudo: : ReservaReserva DuckeDucke ‐‐ AMAM

10

ColetaColeta das das colôniascolônias

20 colônias de Ectatomma lugens

Escavar os ninhosRainha

Sortear

Catação manual RainhaFêmeasMachos10 larvas10 larvas10 operárias

11

Detecção da infecção por Detecção da infecção por WolbachiaWolbachia

• Extração de DNApor BioRad Chelex 100Extração de DNA por BioRad Chelex 100

• Polymerase Chain Reaction usando yprimers específicos para genes wsp A e B para Wolbachia

• Controles positivos, negativos e DNA da formiga (18S rDNA); amostras negativas serão re‐testadas

Vi uali a ão e el de a a o e 1%CepasCepas

• Visualização em gel de agarose 1% (brometo de etídio)

ppA e BA e B

12

VariáveisVariáveis operacionaisoperacionais

Peso seco de todos os indivíduos por castas das colônias

Massa de indivíduos reprodutivosAptidão reprodutiva 

Massa de indivíduos reprodutivos

número de operáriasVariáveis

Aptidão funcionalMasssa das operárias

Variáveis dependentes

Aptidão funcionalnúmero de operárias

Variável independente: proporção de operárias infectadas

13

ResultadosResultados esperadosesperados

Regressão linear:

apo

r

zida

por

al produ

zida

ia(m

g)

nalp

rodu

zia(m

g)

massa

sexu

aop

erári

sssa

funcio

operári

Biom

Biom

as

Proporção de operárias infectadas0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Proporção de operárias infectadas

14

SolenopsisSolenopsis invictainvicta::

Equilíbrio estável ~ 84%

distribuição dedistribuição deSolenopsis invictanão infectado

i f t dinfectado

M monogínica

P poligínica

Shoemaker et al. 200315

p g

Fatores ambientais e taxa de infecçãoFatores ambientais e taxa de infecção

Em laboratório:(diversas espécies de Drosophila)(diversas espécies de Drosophila)

Temperatura1

2Recursos (alimento)2

Densidade da prole2Densidade da prole2

1‐Hoffmann et al. (1990); 2‐ Stevens & Wicklow (1992)16

ChelymorphaChelymorpha alternansalternans::

Keller et al. 200417

2 ‐ Investigar se a prevalência de Wolbachia varia entre g ppopulações de formigas em função da heterogeneidade ambiental?• Em escala local, a prevavalência de infecção por Wolbachia em Ectatomma lugens está correlacionada com a abertura de dossel?

• Em escala regional, a prevavalência de infecção por Wolbachia em Ectatomma lugens está correlacionada com a pluviosidade?

18

Escala local: parcelasEscala local: parcelas

Parque Nacional do Viruá‐RR 19

Escala regional: módulos e gradesEscala regional: módulos e grades

20

ColetaColeta das das formigasformigas::

1m2 de liteira + pitfall (48 h) + l1m de liteira + pitfall (48 h) +isca de sardinha (45 min)

parcela em curvade nível = 250 m

25 m 48 horas

Mini‐Winkler21

DNA DNA BarcodeBarcode

22

VariáveisVariáveis operacionaisoperacionaisE l l lAbertura do dossel: média de 6 pontos por parcela

Adobe Photoshop

Escala local

Adobe Photoshop 

nº total de pixels% AD =

nº pixels brancos  x 100

Escala regional

23

Número de meses secos (< 100 mm): fonte Worldclim

ResultadosResultados esperadosesperados

E l l l E l i lRegressão linear:

Escala local: Escala regional:

por

1.01.0

infecçãop

achia

porçãode 

Wolb a

Prop

0 8

ú d

00

060

N = 13

Número de meses secos

N = 14Abertura do dossel (%)

24

WolbachiaWolbachia emem FormigasFormigas

A%

Europaespécies=50

B10%Florida

espécies = 1036%

B

NI58%

NI90% B

2%A+B4%Vários autores

90%

Jeyaprakash & Hoy (2000) 

I d é iNI

A48%

NI50%

Indonésiaespécies=50A

22%

NI11%Panamá

Espécies = 9(Attini) = 7

A+B

B11%A+B

56%2%

Wenseleers et al. (1998) Van Borm et al. (2001); Werren et al. (1995) 25

Alta Alta transmissãotransmissão horizontal:horizontal:

(25 M de anos)

Wenseleers (2002)26

InteraçõesInterações ecológicasecológicas

Muscidifurax uniraptorNasonia vitripennis

wNitwNit A; A; wNvitwNvit BB

Raychoudhury et al .(2009)27

E E quantoquanto as as formigasformigas??

W lb hiDiversas espécies

Indonésia1 13% haplometróides50% pleometróides

Wolbachia

América do Sul2 78% monogínicas% l í

Solenopsis invicta

América do Sul 40% poligínicas

Wenseleers (2002)

Interações ecológicas = ?

1‐Wenseleers et al. (1998); 2‐ Shoemaker et al. (2003)28

ClassificaçãoClassificação emem guildasguildas

• Análise discriminante

d d• 18 medidas

• 171 espécies

Mata Atlântica: Rosas et al. (2008)29

GruposGrupos MorfológicosMorfológicos DescritosDescritos

1. Epigéicas generalistas grandes;

2 Epigéicas generalistas médias;2. Epigéicas generalistas médias;

3. Hipogéicas generalistas médias;

4. Hipogéicas generalistas pequenas;

5. Predadoras Dacetini

6. Predadoras camadas superficiais de solo;

7. Generalistas;

8. Mínimas generalistas;g

9. Cultivadoras de fungo

30

HipóteseHipótese tamanhotamanho‐‐granulometriagranulometria

311‐ Kaspari & Weiser (1999); 2‐ Parr et al. (2003); 3‐ Farji‐Brener et al. (2004); 

3 ‐ Investigar a prevalência de infecção por Wolbachia em g p ç puma comunidade de formigas, na Amazônia Central

Aprevalência de infecção por Wolbachia está corelacionada comA prevalência de infecção por Wolbachia está corelacionada com hábitos alimentares das espécies?

32

ÁreaÁrea de de estudoestudo: ESEC : ESEC MaracáMaracá ‐‐ RRRR

33

SeleçãoSeleção dos dos espécimesespécimes

Total 900 sub‐amostras:207 espécies3 433 ocorrências

Sortear 1 indivíduo de cada espéciede 10 parcelas

3.433 ocorrências32.678 indivíduos Pelo menos 1 indivíduo de cada

parcela

25

30

celas

15

20

ro de parc

5

10

Númer

0

0 50 100 150 200

Nú d é iNúmero de espécies

Total = 764 PCRs / 87 espécies 34

AnálisesAnálises dos dadosdos dados

Matriz guildas Matriz infecçãoGuildas sp 1 sp 2 sp 3 Guildas sp 1 sp 2 sp 3Guildas sp.1 sp.2 sp.3

Pred. G 1 0 0

Pred. P 0 1 0

Guildas sp.1 sp.2 sp.3

Pred. G 1 0 0

Pred. P 0 1 0

Pred. sub G 0 0 1

Pred. sub P 0 0 0

Pred. sub G 0 0 1

Pred. sub P 0 0 0

Mantel

Fungos 0 0 0

Minimas 0 0 0

Gen 0 0 0

Fungos 0 0 0

Minimas 0 0 0

Gen 0 0 0Gen. 0 0 0 Gen. 0 0 0

35

ResultadosResultados esperadosesperados

36