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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.59.2008.tde-07042008-194215
Document
Author
Full name
Moysés Elias Neto
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2008
Supervisor
Committee
Bitondi, Marcia Maria Gentile (President)
Simon, Cláudio Roberto
Yan, Chao Yun Irene
Title in Portuguese
Morfogênese do tegumento em Apis mellifera: construindo o exoesqueleto adulto
Keywords in Portuguese
Apis mellifera
lacases
metamorfose
muda
tegumento
Abstract in Portuguese
O exoesqueleto (ou cutícula) é um dos responsáveis pelo sucesso evolutivo dos insetos, não só pela proteção e suporte que lhes confere, mas também pela interface que representa entre o animal e o meio ambiente. A construção do exoesqueleto do inseto adulto envolve um processo de diferenciação denominado tanning, caracterizado pela melanização e pela esclerotização. Às enzimas lacases classicamente tem sido atribuído um papel fundamental no tanning cuticular, em particular na esclerotização. O presente trabalho consiste no estudo da função e regulação do gene Amlac 2 codificador da Lacase 2 de Apis mellifera, no âmbito da relação entre a expressão deste gene e a morfogênese do tegumento (cutícula e epiderme) do adulto. Através de RT-PCR semi-quantitativa, a abundância de transcritos foi contrastada entre diferentes estágios da ontogênese e entre distintas regiões do corpo (tórax, asas e abdome). A transcrição se acentua logo após a apólise pupal-imaginal, e se mantém alta durante todo o desenvolvimento do adulto farato. Embora haja um padrão de expressão comum entre as três regiões do corpo estudadas, nota-se um relativo atraso do início da transcrição desse gene no tegumento abdominal. Este resultado é consistente com o menor grau de esclerotização da cutícula do abdome em comparação com a do tórax e das asas. Uma análise comparativa entre abelhas operárias, zangões e rainhas revelou ainda padrões casta e sexo-específicos de diferenciação do tegumento adulto. Experimentos de silenciamento gênico pós-transcricional resultaram no comprometimento da melanização e da esclerotização cuticulares e não conclusão do ciclo de muda, efeitos que influenciaram drasticamente a viabilidade dos adultos. Análises histológicas do tegumento de abelhas submetidas ao silenciamento de Amlac 2 revelaram ainda má formação da cutícula, com alterações principalmente em sua espessura e arquitetura. Tais resultados evidenciam uma importante contribuição da enzima Lacase 2 na diferenciação do exoesqueleto adulto de Apis mellifera, fenômeno esse fundamental na ontogênese plena da abelha. Experimentos de ligadura abdominal em pupas iniciais, procedimento que impede o fluxo de hormônios ecdisteróides provenientes das glândulas protorácicas para o abdome, resultaram em inibição do aumento do título de ecdisteróides, repressão temporária da transcrição do gene Amlac 2 e bloqueio do processo de diferenciação cuticular. Tais efeitos sugerem fortemente que esses hormônios controlam a expressão do gene Amlac 2, por sua vez envolvido no processo de maturação da cutícula. Ainda, a detecção inesperada de quantidades crescentes de ecdisteróides no abdome de pupas, após o terceiro dia de ligadura, nos levou a propor um novo modelo endócrino para o desenvolvimento do adulto de Apis mellifera.
Title in English
Morphogenesis of integument in Apis mellifera: building the adult exoskeleton
Keywords in English
Apis mellifera
integument
laccases
metamorphosis
molt
Abstract in English
The evolutionary success of the insects is to a large extent due to the structural and mechanical properties of the integument, which is made up of an outer cuticle layer and the subjacent epidermis. As an effective interface between the insect soft body and the environment, the integument performs all the functions of a skin and of an exoskeleton. It not only supports the insect, but gives it its shape, means of locomotion, and provides protection against desiccation, besides being involved in defense strategies towards predators and pathogenic agents. Building and maturation of the adult exoskeleton include complex biochemical pathways where the enzymes Laccases (E.C. 1.10.3.2) may have a key role. Laccases have been characterized mainly in fungi and bacteria. In insects, the function of these enzymes has been linked to cuticle tanning (pigmentation and sclerotization) and stabilization of the protein-based exoskeleton. It was our aim to identify and investigate the function and regulation of the gene, Amlac 2, which encodes the enzyme Laccase 2 in the honeybee, Apis mellifera. Semi-quantitative RT-PCR analyses evidenced that Amlac 2 is highly expressed in the integument of pharate adults in correlation with cuticle pigmentation and sclerotization. Transcription increases in thoracic, abdominal and wing integuments immediately after pupal-imaginal apolysis, and remains abundant all through pharate adult development. Consistent with the different degree of sclerotization in cuticle areas recovering distinct body parts, the increase in the levels of Amlac2 transcripts occurs later in abdominal than in thoracic and wing integuments. A comparative approach using honeybee workers, queens and drones also revealed caste and sex-specific patterns of adult integument differentiation. Post-transcriptional Amlac2 gene silencing resulted in abnormalities in cuticle structure, melanization and sclerotization, as revealed by histological analyses, and drastically affected the adult molt. Such results clearly indicate a critical role of Laccase 2 in the differentiation of the adult exoskeleton in the honeybee. Experiments using a ligature to prevent the increase in ecdysteroid titer in abdomen resulted in inhibition of Amlac 2 transcription and severely impaired cuticular differentiation. These results strongly indicate that Amlac 2 expression is controlled by ecdysteroids, and has a crucial role in the differentiation and maturation of the adult cuticle. Moreover, a radioimmunoassay using hemolymph from ligated abdomens suggested the existence of an alternative source of ecdysteroids, in addition to prothoracic glands, thus leading us to propose a new endocrine model for differentiation of the adult honeybee.
 
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Publishing Date
2008-04-11
 
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