Phylogeography, genomics and biosemiotics of bark beetles (Coleoptera: scolytinae) = Filogeografía, genómica y biosemiótica de escarabajos de corteza (Coleoptera: scolytinae)

• Main Author: Francisco Javier, Sanchez Garcia
• Other Authors: Galian Albadalejo, Jose
• Format: Doctoral Thesis
• Language: Spanish
• Published: Universidad de Murcia 2016
• Subjects: Ciencias; 59 - Zoología
• Online Access: http://hdl.handle.net/10803/371739

Los escarabajos de corteza son insectos unidos a las plantas leñosas. Estos escarabajos están encuadrados dentro de los curculiónidos en la subfamilia Scolytinae. Esta subfamilia está compuesta solamente por insectos fitófagos. Su ciclo vita es crítico en los ciclos de materia y energia de los bosques templados. Además estos insectos pueden afectar a los intereses ecómicos en las zonas donde se producen fenómenos de plaga, las cuales pueden acabar afectando a miles de kilómetros cuadrados de bosque. El objetivo general de esta tesis es realizar una aproximación al estudio de los escarabajos de corteza desde diferentes perspectivas. Los aspectos estudiados han permitido identificar si existen patrones de nicho diferenciados en las poblaciones de Tomicus destruens de la cuenca mediterránea, analizar las diferencias en la expresión de microRNAs en T. yunnanensis y T. destruens, caracterizar posibles serina proteasas en T. yunnanensis y analizar las redes ecológicas en las que participan los escarabajos de corteza. En el capítulo uno utilizamos linajes jerárquicos obtenidos mediante análisis cladístico anidado (NCA) de los haplotipos de ADN mitocondrial (ADNmt) del escarabajo de corteza Tomicus destruens, para modelar la distribución por máxima entropía, usando variables ambientales y de hospedador a lo largo de toda la cuenca mediterránea. Los modelos ecológicos desarrollados indican que las linajes de ADN mitocondrial orientales minoritarios de T. destruens difieren en su nicho ecológico potencial de acuerdo a su relación con variables climáticas extremas. El objetivo del segundo capítulo es identificar y caracterizar in silico microRNAs de Tomicus yunnanensis y validar su expresión en T. yunnanensis y T. destruens, mediante el uso de herramientas bioinfomáticas y la utilización de métodos moleculares mediante stem-loop pcrs. Siete miRNAs fueron validados en ambas especies por PCR cuantitativa en tiempo real (RT-qPCR), de los cuales mir-2c-3p y mir-4944-5p mostraron expresión en ambas especies. La expresión de tyu-mir-2c-3p fue mayor en T. destruens que en T. yunnanensis, tanto en machos como en hembras. Sin embargo, se observó la máxima expresión de tyu-mir-4944-5p en las hembras de T. destruens, seguido por los machos de T. yunnanensis y T. destruens. En el tercer cápitulo el objetivo principal de este estudio fue analizar in silico el transcriptoma del escarabajo de corteza T. yunnanensis mediante herramientas bioinformáticas e identificar posibles genes candidatos para la síntesis de serina proteasas. Entre las serina proteasas identificadas, cuatro proteasas semejantes a tripsinas y cinco proteasas semejantes a quimotripsinas fueron anotadas in silico. Estas enzimas fueron clasificadas dentro de la familia SA1 y mostraba todas las características de serina proteasas digestivas. El objetivo del cuarto capítulo es identificar las señales del nicho semiótico que afectan a la comunicación intraespecífica de los escarabajos de corteza y también la comunicación con otros organismos, utilizando el concepto de “eco-field” junto con la Teoría General de Recursos (GTR) con el fin de detectar los procesos de ampliación del nicho semiótico en escarabajos de corteza a lo largo de la matriz del paisaje forestal. Una nueva perspectiva in la ecología del paisaje es la aplicación del concepto Eco-field junto con la Teoría General de Recursos. En este artículo, nosotros describimos la existencia de un eco-field en los escarabajos de corteza como una configuración espacial con una específica portadora de significado para cada interacción de cada organismo-recurso. En esta tesis se han abordado aspectos filogeográficos y genómicos de los escarabajos de corteza para entender mejor sus relaciones evolutivas y su ecología. Además se ha realizado una aproximación biosemiótica para analizar las implicaciones de la comunicación de los escolítidos en las redes ecológicas. === Bark beetles (Coleoptera: Curculionidae, Scolytinae) are insects linked to woody plants. This subfamily is exclusively composed of phytophagous species. In temperate forest ecosystems, their life cycle is critical in the matter and energy cycles of forests, but sometimes produce outbreaks episodes that come to disrupt the economic interests. The importance of these insects is that they are the first to arrive and complete their life cycle in susceptible hosts, facilitating the penetration of other wood-eating organisms like other insects (Hymenoptera and other Coleoptera) and especially fungi. Bark beetles affect mainly host trees with very little defence capability, either because they are weak by environmental conditions, injured or affected by fire. The overall objective of this thesis is to make an approach to the study of bark beetles from different perspectives. The study has allow to identify patterns of differentiated niche in populations of Tomicus destruens in the Mediterranean basin, to analyze differences in the expression of microRNAs in T. yunnanensis and T. destruens, to characterize possible serine proteases in T. yunnanensis and to analyze ecological networks where bark beetles participate. The objective of this chapter one was to identify some environmental factors of the ecological niche that affect the distribution of the mitochondrial lineages (mtLs) and the genetic diversity of T. destruens using nested clade analysis (NCA) together with the maximun entropy (MaxEnt) algorithm (NCA-MaxEnt).The ecological models developed indicate that minority eastern mtDNA lineages of T. destruens differ in their potential ecological niche according to their relation to extreme climatic variables. The main objective of the second chapter is to identify and characterize in silico microRNAs from Tomicus yunnanensis and to validate their expression in T. yunnanensis and T. destruens, using bioinformatics tools and molecular approaches with stem-loop pcrs.Seven miRNAs were validated in both species by quantitative real time PCR (RT-qPCR), of which mir-2c-3p and mir-4944-5p showed expression in both species. The expression of tyu-mir-2c-3p was higher in T. destruens than in T. yunnanensis, in both males and females. However, the highest expression of tyu-mir-4944-5p was observed in females of T. destruens, followed by males of T. yunnanensis and T. destruens. The main goal of the third chapter was to analyse in silico the transcriptome of the bark beetle T. yunnanensis by bioinformatic tools, and identify potential candidate genes for the synthesis of serine proteases. We intended to provide information on specific markers (digestion enzymes) to be used in future studies, aiming to develop new control strategies of this insect pest and its congeneric species.Among the serine proteases identified, four trypsin-like proteases and five chymotrypsin-like proteases were annotated in silico. These enzymes were classified into the SA1 family and showed all the characteristics of digestive serine proteases. The objective of this chapter was to identify the signals of the semiotic niche that affect intraspecific communication of bark beetles and with other organisms using the eco-field concept together with the General Theory of Resources (GTR) in order to detect processes of expansion of the semiotic niche in bark beetles along the entire landscape forestry matrix. A new perspective in landscape ecology is the application of the term Eco-Field together with the General Theory of Resources. In this paper, we describe the putative eco-field in bark beetles as a spatial configuration with a specific meaning-carrier for every organism-resource interaction. This thesis has addressed phylogeographic and genomic aspects of bark beetles to better understand their ecology and evolutionary relationships. In addition a biosemiotic approach was performed to analyse the implications of the communication of bark beetles in ecological networks.