Organização cromossômica e dinâmica evolutiva de sequências repetitivas em formigas cultivadoras de fungos (Myrmicinae: Attini: Attina)

Abstract

DNA repetitivo compõe uma porção substancial do genoma eucariótico e é importante para sua estabilidade, evolução, regulação e arquitetura. Formigas cultivadoras de fungos (subtribo Attina, clados Paleoattina e Neoattina) mostram altas taxas de rearranjos estruturais em seus genomas, com contrações e expansões gênicas, que foram necessárias para o estabelecimento de seu estilo de vida baseado em sociedades agrícolas. Processos que levaram a diversificação genômica em Attina também podem ter atuado sobre sequências repetitivas, destacando a importância do estudo do DNA repetitivo nesse grupo. Consistente com essa hipótese, dados citogenéticos em Attina mostram que sequências repetitivas heterocromáticas são ricas em GC, o que é um traço incomum em Formicidae. Assim, essa tese focou no estudo do DNA repetitivo em Attina a partir de uma abordagem citogenética molecular. Considerando que a maior parte dos estudos disponíveis envolvendo sequências repetitivas para Attina bem como para Formicidae, estão disponíveis para genes rDNA, no capítulo I dados sobre mapeamento de genes rDNA em formigas foram compilados e resultados inéditos de 13 espécies neotropicais são apresentados. Os dados mostraram que um único sítio de rDNA intracromossômico é a característica mais frequente e provavelmente ancestral em formigas, e que a localização cromossômica de clusters rDNA influencia na restrição/dispersão desses genes no cariótipo. No capítulo II, caracterizamos as espécies de Neoattina Cyphomyrmex transversus, Sericomyrmex maravalhas e Mycetomoellerius relictus, através de citogenética clássica, molecular e bandamentos. Cyphomyrmex transversus e S. maravalhas mostram cariótipos inéditos em seus respectivos gêneros. As três espécies apresentam heterocromatina rica em GC, o que reforça a hipótese de origem comum dessa heterocromatina em Attina. Dados obtidos associados a estudos prévios sugerem que um único sítio de rDNA intracromossômico é plesiomórfico em Attina e que inversões parecem ser importantes para mudar a posição desses genes no cariótipo. No capítulo III, foi produzido uma sonda C 0 t-DNA (sequências altamente e moderadamente repetitivas) de M. relictus que foi hibridizada nos cariótipos de espécies de Paleoattina e Neoattina. Os resultados indicam pelo menos cinco eventos evolutivos que levaram à diferenciação da heterocromatina rica em GC em Attina desde seu provável surgimento no ancestral da subtribo. Adicionalmente, mapeamos as sequências repetitivas (GA) 15 e (TTAGG) 6 em espécies dos dois clados que mostraram resultados mais homogêneos localizadas na eucromatina e telômeros, respectivamente. No capítulo IV, o cariótipo da formiga cortadeira Atta cephalotes foi caracterizado por citogenética clássica, bandamentos cromossômicos e mapeamento físico de diferentes sequências repetitivas (teloméricas, microssatélites e genes rDNA 18S). Atta cephalotes mostrou um cariótipo conservado em relação as demais espécies de Atta, e os possíveis fatores que influenciam essa conservação cromossômica no gênero são discutidos. Os primeiros insights sobre a diversidade e organização cromossômica de vários DNAs repetitivos são apresentados em formigas cortadeiras, úteis para estudos futuros comparativos. Os marcadores citogenéticos utilizados nesta tese em diferentes espécies de Attina indicam padrões distintos de diversificação para o DNA repetitivo localizado na heterocromatina, enquanto o DNA repetitivo da eucromatina e telômeros parece ser mais conservado na subtribo. Palavras-Chave: Formigas. Heterocromatina. Microssatélites. DNA. Telômero.

Repetitive DNA constitutes a substantial portion of the eukaryotic genome and are important for its stability, evolution, regulation, and architecture. Fungus farming ants (Attina subtribe, Paleoattina and Neoattina clades) show high rates of structural rearrangements in their genomes, with gene contractions and expansions, which were necessary for the establishment of their lifestyle based on agriculture. Processes that led to genomic diversification in Attina may also have acted on repetitive sequences, highlighting the importance of studying repetitive DNA in this group. Consistent with this hypothesis, cytogenetic data in Attina show that repetitive heterochromatic sequences are rich in GC, which is an uncommon trait in Formicidae. Thus, this thesis focused on the study of repetitive DNA in Attina from a molecular cytogenetic approach. Considering that most of studies involvig repetitive sequences available for Attina as well as Formicidae are available on rDNA genes, in chapter I data on mapping rDNA genes in ants were compiled and unpublished results from 13 Neotropical species are presented. The data showed that a single intrachromosomal rDNA site is the most frequent and probably ancestral feature in ants, and that the chromosomal location of rDNA clusters influences the restriction/dispersion of these genes in the karyotype. In chapter II, we characterized the Neoattina species Cyphomyrmex transversus, Sericomyrmex maravalhas and Mycetomoellerius relictus, through classical and molecular cytogenetics, and chromosomal banding. Cyphomryemx transversus and S. maravalhas show new karyotypes in their respective genera. The three species present GC-rich heterochromatin, which reinforces the hypothesis of a common origin of this heterochromatin in Attina. Data obtained in association with previous studies suggest that a single intrachromosomal rDNA site is plesiomorphic in Attina and that inversions seem to be important to change the position of these genes in the karyotype. In chapter III, a C 0 t-DNA probe (highly and moderately repetitive sequences) from M. relictus was produced and hybridized in the karyotypes of species from Neoattina and Paleoattina clades. The results indicate at least five evolutionary events that led to the differentiation of GC-rich heterochromatin into Attina since its probable emergence in the subtribe's ancestor. Additionally, the repetitive sequences (GA) 15 and (TTAGG) 6 were mapped in species of the two clades that showed more homogeneous results located in euchromatin and telomeres, respectively. In chapter IV, the karyotype of the leaf-cutting ant Atta cephalotes was characterized by classical cytogenetics, chromosomal banding and physical mapping of different repetitive sequences (telomeric, microsatellites and 18S rDNA genes). Atta cephalotes showed a conserved karyotype in relation to other Atta species, and the possible factors that influence this chromosomal conservation in the genus are discussed. The first insights into the chromosomal diversity and organization of the various repetitive DNAs are presented in leaf- cutting ants, useful for future comparative studies. The cytogenetic markers used in this thesis in different Attina species indicate distinct patterns of diversification for the repetitive DNA located in heterochromatin while the repetitive DNA of euchromatin and telomeres seems to be more conserved in the subtribe. Keywords: Ants. Heterochromatin. Microsatelites. DNA. Telomeres.