scholarly journals Análisis genómico-funcional de la embriología de Rhodnius prolixus (Ståhl, 1859) (Hemíptera, Reduviidae)

2012 ◽  
Author(s):  
◽  
Andrés E. Lavore
Keyword(s):  
Drosophila Melanogaster ◽  
Tribolium Castaneum ◽  
Rhodnius Prolixus

La genómica y biología del desarrollo de Rhodnius prolixus (vector de la enfermedad del Chagas) no fue estudiada sino hasta recientemente. El genoma de R. prolixus fue secuenciado y actualmente se encuentra en proceso de anotación. En este contexto, y dentro del consorcio de secuenciación del genoma de R. prolixus, se llevó a cabo la construcción de una genoteca normalizada de ADNc incluyendo todos los estadíos de desarrollo, desde huevos hasta insectos adultos, tanto hembras como machos. Tanto esta genoteca como la última versión de anotación del genoma de R. prolixus fueron utilizados para la búsqueda de genes de segmentación. Los genes identificados y caracterizados fueron los siguientes: giant, krüppel, hunchback, knirps, tailless, orthodenticle, empty-spiracles, forkhead, hairy, even skipped, runt y engrailed. A partir de la genoteca normalizada de ADNc se clonaron los genes Rp-gt y Rp-Kr, los cuales fueron caracterizados, mostrando su patrón de expresión y función durante el desarrollo embrionario. Mediante el análisis bioinformático de la región genómica upstream de las unidades transcripcionales de Rp-gt y Rp-Kr, se pudo identificar (para cada uno de estos genes) un potencial elemento regulatorio. Estos resultaron ser similares en posición y composición a los sitios de unión a factores de transcripción analizados en Drosophila melanogaster. Como referencia también se analizo la región equivalente en Tribolium castaneum. Rp-gt muestra expresión materna, de forma tal que el transcripto se encuentra en ovarios y oocitos sin fertilizar. En embriones en estadío de pre-blastodermo la distribución del transcripto es en parches formando un gradiente posterior. La expresión cigótica de Rp-gt se da en dos dominios, uno cefálico y otro abdominal. Mediante ARNi parental, se pudo ver que Rp-gt es requerido para la correcta formación de la cabeza y el abdomen. La cabeza pierde los apéndices mandibulares y maxilares, se reduce la longitud del clípeo-labro y el abdomen pierde segmentos anteriores. La expresión de Rp-Kr es cigótica. Durante el proceso de invaginación del embrión, Rp-Kr se expresa en la mitad posterior del huevo, mientras que durante el estadío de banda germinal se expresa en la parte central del embrión, desde el segmento torácico T2 hasta los primeros segmentos abdominales. Los embriones interferidos para Rp-Kr presentan una alteración del patrón de segmentación. Estas alteraciones corresponden a la zona media del embrión, donde se pierden el 2do y 3er segmento torácico y el abdomen se reduce de diez a seis segmentos. Además, los embriones con fenotipo interferido, muestran dificultades en la formación del segmento labial y T1, y cambios homeóticos, en los cuales aparece un peine tibial ectópico en la tibia de la pata T2. En la presente tesis doctoral, se muestra un análisis bioinformático de una genoteca normalizada de ESTs y la caracterización de la mayoría de los ortólogos de genes de VI segmentación para R. prolixus. Mostramos las potenciales regiones regulatorias para los genes Rp-gt y Rp-Kr, cuya posición se encuentra evolutivamente conservada tanto en D. melanogaster como en T. castaneum. Por último, se demuestra tanto estructural como funcionalmente que Rp-gt y Rp-Kr son verdaderos genes gap, el primero para la región cefálica y abdominal, y el segundo en la región central del embrión de R. prolixus.

Análisis genómico y molecular de la embriogénesis de Rhodnius prolixus (Stähl, 1859) (Hemíptera, Reduviidae): implicancias morfológico-evolutivas en insectos

2012 ◽  
Author(s):  
◽  
Lucía Elena Pagola
Keyword(s):  
Drosophila Melanogaster ◽  
Rhodnius Prolixus

Todos los animales que poseen simetría bilateral se encuentran definidos por dos ejes de simetría ortogonales, el eje anteroposterior (A-P) que corre de la boca al ano y un eje perpendicular a este, el eje dorsoventral (D-V). A pesar de la gran variedad de modos de desarrollo embrionario y formas finales encontradas en los animales, las redes regulatorias y factores de transcripción que dan origen a estos ejes se encuentran muy conservados. De aquí surge una pregunta central, cómo estas redes regulatorias tan conservadas crean tanta diversidad morfológica, se adaptan a nuevos ambientes y de qué manera las novedades evolutivas se incorporan en un sistema de patronamiento ya establecido. El eje DV es un buen sistema de estudio ya que se conoce en detalle en Drosophila melanogaster pero no en otros insectos. Los insectos además presentan una gran variedad de especies y modos de desarrollo embrionario lo que nos permite estudiar de qué manera las redes regulatorias se adaptan a novedades evolutivas y la existencia de varias técnicas que permiten testear el funcionamiento de los genes y sus interacciones. En este contexto hemos utilizado a Rhodnius prolixus como modelo para el estudio del establecimiento del eje DV en un embrión de banda germinal intermedia donde al final del desarrollo el embrión posee la misma forma que el adulto. Hemos estudiado en detalle el desarrollo embrionario de R. prolixus para una mejor comprensión de los patrones de expresión de los genes estudiados y su función. Además, se han buscado y anotado varios genes envueltos en la formación del eje DV: toll, dorsal, decapentaplegic, zerknült, twist y zelda. Mostraremos el patrón de expresión y los fenotipos resultado de ARNi parental de toll, dpp y dorsal, los cuales representan puntos clave en la regulación de la cascada D-V.

The Short antennae gene of Tribolium is required for limb development and encodes the orthologue of the Drosophila Distal-less protein

Development ◽  
2001 ◽  
Vol 128 (2) ◽  
pp. 287-297 ◽  
Author(s):  
A. Beermann ◽  
D.G. Jay ◽  
R.W. Beeman ◽  
M. Hulskamp ◽  
D. Tautz ◽  
...  
Keyword(s):  
Transcription Factor ◽  
Drosophila Melanogaster ◽  
Genetic Mapping ◽  
Tribolium Castaneum ◽  
Limb Development ◽  
Distal Region ◽  
Distal Limb ◽  
Functional Conservation ◽  
Young Embryo ◽  
Evolutionary Changes

Insects bear a stereotyped set of limbs, or ventral body appendages. In the highly derived dipteran Drosophila melanogaster, the homeodomain transcription factor encoded by the Distal-less (Dll) gene plays a major role in establishing distal limb structures. We have isolated the Dll orthologue (TcDll) from the beetle Tribolium castaneum, which, unlike Drosophila, develops well-formed limbs during embryogenesis. TcDll is initially expressed at the sites of limb primordia formation in the young embryo and subsequently in the distal region of developing legs, antennae and mouthparts except the mandibles. Mutations in the Short antennae (Sa) gene of Tribolium delete distal limb structures, closely resembling the Dll phenotype in Drosophila. TcDll expression is severely reduced or absent in strong Sa alleles. Genetic mapping and molecular analysis of Sa alleles also support the conclusion that TcDll corresponds to the Sa gene. Our data indicate functional conservation of the Dll gene in evolutionarily distant insect species. Implications for evolutionary changes in limb development are discussed.

Growth rate and longevity in Drosophila melanogaster and Tribolium castaneum

Nature ◽  
1977 ◽  
Vol 266 (5603) ◽  
pp. 624-625 ◽  
Author(s):  
F. A. LINTS ◽  
M. H. SOLIMAN
Keyword(s):  
Growth Rate ◽  
Drosophila Melanogaster ◽  
Tribolium Castaneum

scholarly journals Atypical centrioles are present in Tribolium sperm

Open Biology ◽  
2017 ◽  
Vol 7 (3) ◽  
pp. 160334 ◽  
Author(s):  
E. L. Fishman ◽  
Kyoung Jo ◽  
Andrew Ha ◽  
Rachel Royfman ◽  
Ashtyn Zinn ◽  
...  
Keyword(s):  
Electron Microscopy ◽  
Drosophila Melanogaster ◽  
Cell Division ◽  
Tribolium Castaneum ◽  
Normal Cell ◽  
Somatic Cells ◽  
Red Flour Beetle ◽  
Flour Beetle ◽  
And Function

Typical centrioles are made of microtubules organized in ninefold symmetry. Most animal somatic cells have two centrioles for normal cell division and function. These centrioles originate from the zygote, but because the oocyte does not provide any centrioles, it is surprising that the zygotes of many animals are thought to inherit only one centriole from the sperm. Recently, in the sperm of Drosophila melanogaster , we discovered a second centriolar structure, the proximal centriole-like structure (PCL), which functions in the zygote. Whether the sperm of other insects has a second centriolar structure is unknown. Here, we characterized spermiogenesis in the red flour beetle, Tribolium castaneum . Electron microscopy suggests that Tribolium has one microtubule-based centriole at the tip of the axoneme and a structure similar to the PCL, which lacks microtubules and lies in a cytoplasmic invagination of the nucleus. Immunostaining against the orthologue of the centriole/PCL protein, Ana1, also recognizes two centrioles near the nucleus during spermiogenesis: one that is microtubule-based at the tip of the axoneme, suggesting it is the centriole; and another that is more proximal and appears during early spermiogenesis, suggesting it is the PCL. Together, these findings suggest that Tribolium sperm has one microtubule-based centriole and one microtubule-lacking centriole.

scholarly journals Estudios moleculares de la resistencia a insecticidas en triatominos

2018 ◽  
Author(s):  
◽  
Ivana Samanta Sierra
Keyword(s):  
Drosophila Melanogaster ◽  
Apis Mellifera ◽  
Anopheles Gambiae ◽  
Bombyx Mori ◽  
Tribolium Castaneum ◽  
Triatoma Infestans ◽  
Knockdown Resistance ◽  
Gran Chaco ◽  
Expresión Génica ◽  
Vector Base

Según datos de la Organización Mundial de la Salud (OMS), la enfermedad de Chagas es una de las principales enfermedades desatendidas del subcontinente latinoamericano. El agente causante es el parásito protozoario Tripanosoma cruzi, transmitido a humanos por insectos triatominos de distintas especies. Debido a la ausencia de vacunas y tratamientos efectivos para la etapa crónica de la enfermedad, el control del vector sigue siendo el medio elegido para reducir el riesgo de transmisión. Después de casi 30 años de tratamiento con insecticidas piretroides, han emergido poblaciones de Triatoma infestans con altísimos niveles de resistencia, asociadas a fallas en las campañas de control, lo que plantea la necesidad de programas para el manejo de resistencia a nivel regional. Un requerimiento fundamental para ello es la detección temprana de la dispersión de poblaciones e individuos resistentes, así como del surgimiento de nuevos focos. Los piretroides ejercen su acción insecticida modificando el funcionamiento fisiológico de canales proteicos de Na+ dependientes de voltaje (NaV), presentes en la membrana de células excitables. Se conoce como kdr (knockdown resistance) a la reducción en la sensibilidad a piretroides causada por mutaciones puntuales en el gen NaV. El mecanismo de resistencia tipo kdr ha sido descrito en numerosas especies de insectos de interés económico y sanitario. La gran mayoría de las mutaciones correlacionadas con resistencia a piretroides se encuentra en el dominio II de esta proteína. El diseño de ensayos moleculares para detección de mutaciones asociadas a resistencia habilita la detección temprana de dispersión y surgimiento de nuevos focos, al permitir detectar la presencia de dichas mutaciones en insectos individuales, cuando la frecuencia poblacional de las mismas aún es baja. La detección temprana no puede conseguirse con ensayos de toxicidad, que detectan resistencia a nivel poblacional y no individual. En este sentido, en la primera parte de esta Tesis se realizó una evaluación de la sensibilidad y una optimización de los métodos moleculares de detección de mutaciones asociadas a resistencia, seguida de un estudio de la presencia de mutaciones para la región IIS4-IIS6 del gen del canal TiNav presentes en distintas poblaciones de T. infestans resistentes a piretroides provenientes de la ecoregión del Gran Chaco. Por otro lado, a través de una secuencia de TiNav detectada en una base de datos transcriptómica depositada en vector base (https://www.vectorbase.org/), complementada con el clonado y pirosecuenciación de regiones concretas del gen, se obtuvo la secuencia nucleotídica completa del mismo, y se realizó una caracterización bioinformática de la secuencia aminoacídica. Los resultados de esta parte del trabajo podrían tener aplicabilidad en el manejo de resistencia dentro de las campañas de control primario de Chagas. Durante el transcurso de la primera parte de la Tesis hemos encontrado que, aunque las mutaciones en el gen TiNav parecen ser la principal causa de resistencia a piretroides en T. infestans provenientes del Gran Chaco, no toda la resistencia es explicable por estos polimorfismos; distintas poblaciones con la misma frecuencia en una mutación kdr presentaron tasas de resistencia muy variables. Esto puede indicar que existen otros mecanismos de resistencia potencialmente involucrados en el fenómeno, tales como procesos de detoxificación y cambios en la penetrancia cuticular. En la segunda parte de esta Tesis, se realizó un estudio comparativo de la expresión diferentes enzimas detoxificativas entre una población sensible y una resistente de T. infestans provenientes del Gran Chaco. También se estudió la expresión génica en una población sensible expuesta a deltametrina, a fin de estudiar su posible papel en la respuesta detoxificativa a insecticidas piretroides, y posiblemente en la resistencia. Los experimentos mostraron una sobreexpresión de un citocromo P450 del clado 4 en la población resistente de T. infestans del Gran Chaco. No detectamos cambios en la expresión de las enzimas estudiadas cinco horas después de una topicación con deltametrina. Se estudió el rol de una Glutatión Transferasa del clado Delta (deltaGST) en la detoxificación de deltametrina. Se realizaron estudios bioinformáticos y de fisiología molecular usando como modelo Rhodnius prolixus. Se registró un aumento en la letalidad causada por dosis bajas de deltametrina cuando la expresión del gen de gst delta fue disminuida significativamente con técnicas de ARN de interferencia. La llamativa conservación en la estructura, función y farmacología del canal de sodio dependiente de voltaje a través del reino animal, genera que aquellos insecticidas que tengan como blanco esta molécula posean también una toxicidad potencial para otras especies. En este sentido, y teniendo en cuenta que las moléculas del sistema neuroendocrino (neuropéptidos y sus receptores) han sido propuestos como blanco de insecticidas, en el Capítulo 3 se estudió la expresión diferencial de genes precursores de diferentes neuropéptidos entre una población de T. infestans sensible a piretroides y otra resistente, a fin de obtener indicios de su posible papel en procesos asociados a resistencia. Por otra parte, se comparó el efecto de deltametrina en la inducción de la expresión de genes precursores de neuropéptidos en una población susceptible de T. infestans. En el Capítulo 4, a partir de secuencias ortólogas en Anopheles gambiae, Apis mellifera, Bombyx mori, Drosophila melanogaster y Tribolium castaneum, se identificaron genes de receptores de neuropéptidos en transcriptomas de T. infestans, Triatoma dimidiata y Triatoma pallidipennis generados en nuestro laboratorio, así como en el genoma de R. prolixus, por medio de búsquedas en bases de datos y análisis filogenéticos. Se espera que esta última parte del trabajo de Tesis aporte conocimientos para ampliar los horizontes en la investigación de posibles nuevos blancos de insecticidas, que sean capaces de reemplazar o complementar a los neurotóxicos dentro de estrategias de manejo integrado de plagas.

scholarly journals Zelda and the evolution of insect metamorphosis

2018 ◽  
Author(s):  
Alba Ventos-Alfonso ◽  
Guillem Ylla ◽  
Xavier Belles
Keyword(s):  
Drosophila Melanogaster ◽  
Tribolium Castaneum ◽  
Blattella Germanica ◽  
Fruit Fly ◽  
Early Embryogenesis ◽  
Red Flour Beetle ◽  
Evolutionary Transition ◽  
Late Embryogenesis ◽  
Maternal To Zygotic Transition ◽  
Zygotic Genome

AbstractIn the Endopterygote Drosophila melanogaster, Zelda is a key activator of the zygotic genome during the maternal-to-zygotic transition (MZT). Zelda binds cis-regulatory elements (TAGteam heptamers), and makes chromatin accessible for gene transcription. Recently, Zelda has been studied in two other Endopterygotes: Apis mellifera and Tribolium castaneum, and the Paraneopteran Rhodnius prolixus. We have studied Zelda in the cockroach Blattella germanica, a hemimetabolan, short germ-band, and Polyneopteran species. Zelda protein of B. germanica has the complete set of functional domains, which is typical of lower insects. The TAGteam heptamers of D. melanogaster have been found in the B. germanica genome, and the canonical one, CAGGTAG, is present at a similar relative number in the genome of these two species and in the genome of other insects, suggesting that, although within certain evolutionary constraints, the genome admits as many CAGGTAG motifs as its length allows. Zelda-depleted embryos of B. germanica show defects involving the blastoderm formation and the abdomen development and have genes contributing to these processes down-regulated. We conclude that in B. germanica Zelda strictly activates the zygotic genome, within the MZT, a role conserved in more derived Endopterygote insects. In B. germanica, Zelda is expressed during MZT, whereas in D. melanogaster and T. castaneum it is expressed well beyond this transition. Moreover, in these species and A. mellifera, Zelda has functions even in postembryonic development. The expansion of Zelda expression and functions beyond the MZT in holometabolan species might have been instrumental for the evolutionary transition from hemimetaboly to holometaboly. In particular, the expression of Zelda beyond the MZT during embryogenesis might have allowed building the morphologically divergent holometabolan larva.Author summaryIn early insect embryo development, the protein Zelda is a key activator of the zygotic genome during the maternal-to-zygotic transition. This has been thoroughly demonstrated in the fruit fly Drosophila melanogaster, as well as in the red flour beetle Tribolium castaneum, both species belonging to the most modified clade of endopterygote insects, showing complete (holometabolan) metamorphosis. In these species, Zelda is expressed and have functions in early embryogenesis, in late embryogenesis and in postembryonic stages. We have studied Zelda in the German cockroach, Blattella germanica, which belong to the less modified clade of polyneopteran insects, showing an incomplete (hemimetabolan) metamorphosis. In B. germanica, Zelda is significantly expressed in early embryogenesis, being a key activator of the zygotic genome during the maternal-to-zygotic transition, as in the fruit fly and the red flour beetle. Nevertheless, Zelda is not significantly expressed, and presumably has no functions, in late embryogenesis and in postembryonic stages of the cockroach. The data suggest that the ancestral function of Zelda in insects with hemimetabolan metamorphosis was to activate the zygotic genome, a function circumscribed to early embryogenesis. The expansion of Zelda expression and functions to late embryogenesis and postembryonic stages might have been a key step in the evolutionary transition from hemimetaboly to holometaboly. In hemimetabolan species embryogenesis produces a nymph displaying the essential adult body structure. In contrast, embryogenesis of holometabolan species produces a larva that is morphologically very divergent from the adult. Expression of Zelda in late embryogenesis might have been a key step in the evolution from hemimetaboly to holometaboly, since it would have allowed the building the morphologically divergent holometabolan larva.

scholarly journals Evidence for the temporal regulation of insect segmentation by a conserved set of developmental transcription factors

2017 ◽  
Author(s):  
Erik Clark ◽  
Andrew D. Peel
Keyword(s):  
Gene Expression ◽  
Drosophila Melanogaster ◽  
Transcription Factors ◽  
Tribolium Castaneum ◽  
Fruit Fly ◽  
Temporal Regulation ◽  
Gap Gene ◽  
Spatiotemporal Information ◽  
Segmentation Gene Expression ◽  
Pair Rule

ABSTRACTLong-germ insects, such as the fruit fly Drosophila melanogaster, pattern their segments simultaneously, whereas short germ insects, such as the beetle Tribolium castaneum, pattern their segments sequentially, from anterior to posterior. While the two modes of segmentation at first appear to be very different, many details of segmentation gene expression are surprisingly similar between long-germ and short-germ species. Collectively, these observations hint that insect segmentation may involve fairly conserved patterning mechanisms, which occur within an evolutionarily malleable spatiotemporal framework. Based on genetic and comparative evidence, we now propose that, in both Drosophila and Tribolium embryos, the temporal progression of the segmentation process is regulated by a temporal sequence of Caudal, Dichaete, and Odd-paired expression. These three transcription factors are broadly expressed in segmenting tissues, providing spatiotemporal information that intersects with the information provided by periodically-expressed segmentation genes such as the pair-rule factors. However, they are deployed differently in long-germ versus short-germ insects, acting as simple timers in Drosophila, but as smooth, retracting wavefronts in Tribolium, compatible with either gap gene-based or oscillator-based generation of periodicity, respectively.

scholarly journals Generating and testing the efficacy of transgenic Cas9 in Tribolium castaneum

2021 ◽  
Author(s):  
Andrew C. Zelhof ◽  
Johnathan C Rylee ◽  
Alexandra Nin-Velez ◽  
Simpla Mahato ◽  
Kennedy J Helms ◽  
...  
Keyword(s):  
Drosophila Melanogaster ◽  
Heat Shock ◽  
Reproductive Success ◽  
Genome Editing ◽  
Tribolium Castaneum ◽  
Transgenic Line ◽  
Transgenic Animals ◽  
Research Community ◽  
Insect Species ◽  
Editing Efficiency

CRISPR/Cas9 genome editing has now expanded to many insect species, including Tribolium castaneum. However, compared to Drosophila melanogaster, the CRISPR toolkit of T. castaneum is limited. A particularly apparent gap is the lack of Cas9 transgenic animals, which generally offer higher editing efficiency. We address this by creating and testing transgenic beetles expressing Cas9. We generated two different constructs bearing basal heat shock promoter-driven Cas9, two distinct 3 UTRs, and one containing Cas9 fused to EGFP by a T2A peptide. For each construct, we were able to generate a line that is homozygous viable, though variable reductions in reproductive success with each construct were noted. Analyses of Cas9 activity in each transgenic line demonstrated that both designs are capable of inducing CRISPR- mediated changes in the genome in the absence of heat induction. Overall, these resources enhance the accessibility of CRISPR/Cas9 genome editing for the Tribolium research community and provide a benchmark against which to compare future transgenic Cas9 lines.

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