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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.11.2013.tde-10092013-171145
Document
Author
Full name
Fábio Cleisto Alda Dossi
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2013
Supervisor
Committee
Cônsoli, Fernando Luis (President)
Conte, Helio
Godoy, Wesley Augusto Conde
Mui, Tsai Siu
Santos, Daniela Carvalho dos
Title in Portuguese
Morfogênese do bacterioma e multiplicação de simbiontes ao longo do desenvolvimento de Diaphorina citri (Hemiptera: Liviidae) e sua resposta ao estresse térmico
Keywords in Portuguese
Bacterioma
Choque térmico
Densidade de simbiontes
Embriogênese
Abstract in Portuguese
Diaphorina citri depende dos endossimbiontes presentes em seu bacterioma, as bactérias Carsonella e Profftella, para o fornecimento de nutrientes essenciais ao seu desenvolvimento. D. citri também está associada à bactéria Wolbachia, que infecta inúmeros tecidos desse inseto, incluindo seu bacterioma. Esses simbiontes são transmitidos verticalmente, sendo incorporados ao bacterioma. Neste estudo, são abordados os eventos relacionados à formação do bacterioma, à dinâmica da densidade dos simbiontes durante o ciclo biológico do hospedeiro e à sensibilidade dos simbiontes ao estresse térmico. A morfogênese do bacterioma durante a embriogênese de D. citri foi descrita por meio de histologia e marcação com sondas oligonucleotídicas fluorescentes (FISH) específicas para os simbiontes do bacterioma. No início da embriogênese, as bactérias permanecem agrupadas em uma massa no polo posterior do ovo. Vitelófagos se aderem à massa de simbiontes no início da blastulação, precedendo à formação dos bacteriócitos. O bacterioma transitório resultante possui bacteriócitos que contém o simbionte do sincício (Profftella), localizado externamente aos que contém o simbionte do bacteriócito (Carsonella). Na sequência do desenvolvimento, ocorre a reorganização dos bacteriócitos, evento seguido pela formação da região sincicial. O bacterioma é movido para a região abdominal do embrião durante a catatrepsis, passando ao formato trilobado típico ao final da embriogênese. A densidade dos simbiontes associados ao psílideo dos citros durante o seu desenvolvimento foi determinada por PCR quantitativo em tempo real (qPCR). A densidade dos diferentes simbiontes, dada pela análise do número de cópias dos genes 16S rRNA (Carsonella e Profftella) e ftsZ (Wolbachia), revelaram o crescimento contínuo dos simbiontes ao longo do desenvolvimento do hospedeiro. As curvas e taxas de crescimento dos simbiontes, estimadas por meio da equação de Gompertz, indicaram relação inversamente proporcional à especificidade das relações simbiontehospedeiro e o tempo para atingir a taxa máxima de crescimento. A densidade de Carsonella foi significativamente menor daquela de Profftella em todos os estágios analisados, apesar da tendência de aumento paralelo. As taxas de crescimento de Wolbachia foram similares às de Carsonella, mas a densidade foi inferior. Nos adultos, a densidade dos três simbiontes foi maior nos machos. Entretanto, esses simbiontes continuaram a apresentar crescimento em fêmeas em atividade de oviposição, mesmo com a sua incorporação aos oócitos, o que diverge da diminuição normalmente observada em outros sistemas. Os simbiontes de D. citri responderam de forma variável ao estresse térmico. Os diferentes simbiontes apresentaram resposta própria aos diversos períodos de exposição às diferentes condições térmicas de estresse. Ainda, foi detectada a influência de um simbionte na capacidade de resposta do outro, demonstrando a existência de mecanismos de comunicação e regulação entre os simbiontes de D. citri. O estudo demonstra a influência do estresse térmico sobre a densidade dos simbiontes e a necessidade de se compreender melhor a biologia das interações insetosimbiontes e a dinâmica das relações com o ambiente.
Title in English
Bacteriome morphogenesis and symbiont growth during development of Diaphorina citri (Hemiptera: Liviidae), and its response to heat stress
Keywords in English
Bacteriome
Embryogenesis
Heat shock
Symbiont density
Abstract in English
Diaphorina citri feeds on phloem-sap and depends on bacterial symbionts harbored in the bacteriome as a supplementary source of nutrients lacking in the diet. These bacteria are vertically transmitted, being incorporated into the developing bacteriome. Here, we focus on the events related to bacteriome morphogenesis, symbiont density during host development and the effects of exposure to high temperatures on the establishment of endosymbionts during immature development. The bacteriome morphogenesis during D. citri embryogenesis was investigated by means of histology and fluorescence in situ hybridization analysis (FISH) using symbiont-specific oligonucleotide probes. During early embryogenesis, the bacteria remain aggregated in a symbiont-ball at the posterior pole of the egg. Vitellophages adhere to the symbiont mass during early blastulation, preceding bacteriocyte formation. As a result, the transient bacteriome has the bacteriocytes that harbors the syncytium symbiont (Profftella) arranged externally to those harboring Carsonella. The bacteriome is moved to the embryo abdominal region as a result of katatrepsis, becoming trilobated during the later embryonic development. The infection density of the endosymbionts associated to the Asian citrus psyllid was determined using real-time quantitative PCR (qPCR), throughout the host life cycle. Copy number of genes 16S rRNA (Carsonella and Profftella) and ftsZ (Wolbachia), revealed the continuous growth of symbionts during host development. Growth curves and rates of symbionts estimated using the Gompertz equation indicated an inversely proportional correlation between the degree of symbiont cospeciation with the host and the time to achieve the maximum growth rate. Carsonella density was significantly lower than that of Profftella at all stages analyzed, despite their joint growth trend. The growth rates of Wolbachia were similar to those of Carsonella, but Wolbachia had a lower density. In adults, the density of the three symbionts was higher in males. However, density in reproductive females remained high, despite the incorporation of symbionts in the oocytes. The increased density of symbionts in postreproductive adults contrasts with the decrease observed in other symbiotic systems. The infection density is mutually related to biological effects, but the symbiont may vary the response to heat stress. Density of Profftella and Carsonella was higher than that of Wolbachia, although there were different response patterns related to temperatures and treatment times. Symbionts associated with D. citri have their growth affected by the symbionts. This study demonstrates the effects of the heat shock on symbiont density during nymphal development and illustrates the need of further work the biology of insect-symbiont interactions and the dynamics of its relationships with the environment for a better understading of such associations.
 
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Publishing Date
2013-09-18
 
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