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Previous issue date: 2014-02-27 === Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) === The genus Anastrepha (Tephritidae) has several species of great economic importance due to
their impact in fruticulture. We are particularly interested in the evolutionary history of
Anastrepha fraterculus, the most relevant species in the closely related group of species
fraterculus, which has undergone recent divergence and holds the majority of species of
economic importance in the genus. To better understand the differentiation process and
identification in the group, we need to find molecular and morphological markers that are
involved with the differences between species. Reproductive genes have, in general, been very
informative in this regard due to their rapid evolutionary rates, although few of them have been
studied and characterized in this species so far. Therefore, the present study focuses on the
exuperantia gene (exu), which participates in both oogenesis (localization of bicoid and oskar
mRNAs) and spermatogenesis, since exu embryos from mutant mothers are unviable and males
are sterile. Thus, the first step was to use Next generation sequencing strategies (RNA-seq) to
structurally characterize and define expression patterns of this gene between sexes in the
cephalic and reproductive tissues of A. fraterculus. A. fraterculus has similar structural and
expression patterns to Drosophila melanogaster in reproductive tissues, in which the
transcripts differ between sexes for the 5’ and 3’ untranslated regions (UTRs). We describe for
the first time the expression of exu in cephalic tissues, involving a new isoform that is common
to both sexes. All these alternative spliced transcripts share a common coding region, resulting
in the same protein. We used the exu coding region, along with sequences from several Diptera
to investigate the molecular evolution of exu in Cyclorrhapha. This group has experienced an
enormous adaptive radiation, associated with molecular and morphological changes, and by
comparing the dN/dS ratio between Cyclorrhapha and other Diptera we found that exu was
subjected to positive selection in Cyclorrhapha for at least two sites in the coding region. One
of the sites is present in the RNA exonuclease-like domain of exu. The second site is located in
a not characterized region that is conserved and under purifying selection in Diptera,
suggesting that it may be an important region of the protein. The adaptive changes found in exu
may reflect an evolutionary gain that allowed its co-option for a new function the gene
performs in Cyclorrhapha: the localization of bicoid in the anterior region of the oocyte, since
bcd is a gene exclusive of Cyclorrhapha. === O gênero Anastrepha (Tephritidae) é de grande importância econômica devido ao seu impacto
na fruticultura nacional. Estudamos aqui a história evolutiva de Anastrepha fraterculus, a
espécie mais relevante do grupo fraterculus, o qual sofreu divergência recente e contém a
maioria das espécies de importância econômica do gênero. Para entender melhor o processo de
especiação nesse grupo, e auxiliar no processo de identificação taxonômica, precisamos
estabelecer marcadores morfológicos e moleculares envolvidos com as diferenças entre as
espécies. Genes envolvidos com a reprodução têm se mostrado bastante informativos para estes
propósitos, devido às rápidas taxas evolutivas que apresentam, embora poucos tenham sido
estudados e caracterizados nessas espécies até o momento. Nesse sentido, esse trabalho tem
como foco o gene exuperantia (exu), que participa tanto da ovogênese (localização dos
mRNAs bicoid e oskar) quanto da espermatogênese, uma vez que embriões formados a partir
de fêmeas mutantes exu são inviáveis e machos mutantes exu são estéreis. Assim, o primeiro
passo foi caracterizar estruturalmente e definir padrões de expressão desse gene entre os sexos
nos tecidos cefálicos e reprodutivos em A. fraterculus. Utilizando sequenciamento de próxima
geração (RNA-seq), identificamos um padrão estrutural e de expressão semelhante àquele de
Drosophila melanogaster em tecidos reprodutivos: os transcritos diferem nas regiões não
traduzidas (UTRs) 5’ e 3’ entre os sexos. Pela primeira vez identificamos a expressão de exu
em tecidos cefálicos, envolvendo uma nova isoforma que é igual nos dois sexos. Em todos os
casos, as regiões codificadoras são iguais, resultando na sequência proteica. Utilizamos essa
região codificadora de exu junto com sequências de outras espécies de Diptera para investigar a
evolução molecular de exu em Cyclorrhapha, que sofreu uma grande radiação adaptativa
associada com alterações morfológicas e moleculares. Comparando a relação dN/dS entre
Cyclorrhapha e outros Diptera, encontramos dois sítios sob seleção positiva em Cyclorrhapha,
um deles presente no domínio semelhante à RNA exonuclease de exu. O segundo está presente
em uma região não caracterizada para domínios proteicos, mas que é bem conservada e está
sob seleção purificadora em Diptera, sugerindo ser uma região importante da proteína. As
mudanças adaptativas encontradas em exu podem refletir um ganho evolutivo que permitiu sua
co-optação para uma nova função em Cyclorrhapha: a de localização de bicoid na região
anterior do ovócito, visto que bcd é um gene exclusivo de Cyclorrhapha.
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