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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.41.2019.tde-26112018-143824
Documento
Autor
Nome completo
Camila Silva Leal
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2018
Orientador
Banca examinadora
Ribeiro, Alberto Augusto Gonçalves de Freitas Castro (Presidente)
Lopes, Joao Roberto Spotti
Scheepmaker, Denise Selivon
Simoes, Manuel de Jesus
Título em português
Estudo comparativo da organização do sistema digestivo de representantes das ordens Hemiptera e Thysanoptera
Palavras-chave em português
Hemiptera
Insetos
Morfologia
Sistema digestivo
Thysanoptera
Resumo em português
O presente trabalho apresenta um estudo detalhado da morfologia comparada do sistema digestivo de espécies representantes das ordens Hemiptera e Thysanoptera, numa perspectiva evolutiva, tendo como foco principal a análise da organização do complexo luminal de membranas existente no intestino médio dessas espécies, cuja presença no intestino médio constitui uma das características mais peculiares encontradas nestes grupos de insetos. As espécies das ordens Hemiptera e Thysanoptera compreendem o chamado grupo dos Condylognatha que reúne organismos com hábitos alimentares diversos, mas predominantemente sugadores. A grande maioria dos insetos apresenta, no interior do intestino médio, um estrutura luminal quitino-proteica denominada de membrana peritrófica, que, entre outras funções, compartimentaliza o processo digestivo. No entanto, nos membros do grupo Condylognatha esta estrutura está ausente, sendo substituída por um complexo membranoso bastante elaborado, associado às microvilosidades dos enterócitos, denominado de complexo luminal de membranas. Existem, basicamente, três tipos de complexos luminais descritos na literatura: as membranas perimicrovilares (MPM), as membranas perimicrovilares modificadas (MPMm) e as membranas luminais em forma de chama (MLC). As primeiras descrições deste complexo, do tipo MPM, foram feitas em hemípteros da subordem Heteroptera. No entanto, a presença deste tipo de complexo também foi notada em espécies de Thysanoptera, sugerindo uma origem evolutiva das MPM a partir de um ancestral comum dos Condylognatha, como uma adaptação ao hábito alimentar sugador de seiva. Estudos posteriores evidenciaram a ocorrência dos demais tipos de complexo em membros das outras subordens de Hemiptera, as MPMm em Sternorrhyncha e, mais recentemente, as membranas luminais em forma de chama MLC em Auchenorrhyncha, o que sugerem ser essa estrutura luminal muito mais diversa morfologicamente do que se acreditava inicialmente. Neste contexto, o foco principal deste trabalho foi realizar um estudo morfofuncional comparativo do sistema digestivo em representantes de Condylognatha, com o objetivo principal de se detectar os tipos de complexo luminal de membranas presentes e descrever detalhes de sua organização. Para isso, foram realizados estudos anatômicos, histológicos e ultraestruturais do sistema digestivo das espécies selecionadas, incluindo técnicas de microscopia eletrônica de transmissão, varredura e de fluorescência confocal. Assim, foram utilizadas três espécies de Hemiptera, subordem Auchenorrhyncha: Dalbulus maidis (Cicadellidae) e Mahanarva fimbriolata (Cercopidae) que pertencem à infraordem Cicadormorpha, e Peregrinus maidis (Delphacidae), da infraordem Fulgoromorpha. Além disso, foram estudados três representantes de Thysanoptera: Frankliniella schultzei (Thripidae), Franklinothrips vespiformes (Aeolothripidae), Leucothrips furcatus (Dendothripinae) e Liothrips sp. (Phlaeothripinae), sendo as três primeiras integrantes da subordem Terebrantia e a última, Tubulifera. Os resultados obtidos revelaram que as espécies M. fimbriolata e D. maidis possuem um complexo luminal muito semelhante ao do tipo MLC. Por sua vez, o complexo luminal membranas da espécie P. maidis revelou-se bastante diferente das outras espécies conhecidas de Auchenorrhyncha, que pode ser considerado uma modificação do modelo MLC. Neste caso, destaca-se a presença de uma camada membranosa eletrondensa aparentemente revestindo todo o complexo de membranas em sua face voltada para a luz do intestino. Diferenças significativas foram observadas na arquitetura do complexo luminal entre as espécies analisadas de Thysanoptera. Enquanto que nas espécies F. schultzei e F. vespiformes observa-se um complexo luminal de membranas similar ao tipo MLC, a espécie Liothrips sp. não apresenta um complexo luminal de membranas evidente, mas apenas algumas membranas curtas e raras associadas aos ápices das microvilosidades. Além disso, pequenas trabéculas são também observadas ao longo das microvilosidades dos enterócitos desta espécie, parecendo conectá-las lateralmente, talvez atuando numa função de reforço desta estrutura. Os resultados obtidos em Thysanoptera não apoiam a existência de um complexo luminal de membranas do tipo MPM como descrito na literatura. Assim, as informações levantadas neste trabalho dão suporte a um novo cenário para a evolução do sistema digestivo dos Hemiptera e Thysanoptera, no qual o ancestral comum não apresentaria uma organização do complexo luminal de membranas do tipo MPM, como correntemente descrito na literatura, mas sim do tipo MLC, sendo que o padrão MPM teria surgido nos Hemiptera apenas no grupo dos Heteroptera. A detecção de quitina no complexo luminal do intestino médio de D. maidis e M. fimbriolata por microscopia de fluorescência, utilizando-se um conjugado de WGA-fluoresceína, é um resultado surpreendente e não esperado uma vez ser a quitina, reconhecidamente, um componente importante da membrana peritrófica e não, a priori, de um complexo membranoso de natureza lipoproteica. Por outro lado, a não detecção de quitina em uma espécie de Heteroptera (Dysdercus peruvianis), que possui um complexo luminal de tipo MPM, usada como controle, mostra que a natureza do complexo luminal de membranas nos Condylognatha é muito mais complicada e elaborada do que se pensava inicialmente
Título em inglês
Comparative study of the organization of the digestive system of representative species of the orders Hemiptera and Thysanoptera
Palavras-chave em inglês
Digestive system
Hemiptera
Insects
Morphology
Thysanoptera
Resumo em inglês
This work presents a comprehensive study of the morphology of the digestive system of species of the orders Hemiptera and Thysanoptera, in an evolutionary approach. The main focus of the study is the analysis of the organization of the luminal complex of membranes in the midgut of these species whose presence constitutes one of the most peculiar characteristics found in the insects of the two orders. The species of the orders Hemiptera and Thysanoptera comprise the so-called group of Condylognatha, formed by insects showing variable feeding habits, but mostly sap-sucking ones. The vast majority of insects presents, in their midgut, a chitin-proteic luminal structure called peritrophic membrane which compartmentalizes the digestive process, among other functions. However, this structure is absent in the members of the group Condylognatha, which shows, instead, a very elaborated membranous complex associated to the microvilli of the enterocytes called luminal membrane complex. There are basically three types of luminal membrane complexes described in the literature: the perimicrovilar membranes (PMM), the modified perimicrovilar membranes (PMMm) and the flame-like membranes (FLM). The first descriptions of this complex, of the PMM type, were made in hemipteran insects of the suborder Heteroptera, but there are also some descriptions of PMM in species of the order Thysanoptera. These observations lead to the suggestion of an evolutionary origin of this type of complex from a common ancestral of Condylognatha as an adaptation to a sap-sucking habit. Further studies show the occurrence of the other types of luminal complex in members of the other hemipteran suborders - PMMm in Sternorrhyncha and, more recently, FLM in Auchenorrhyncha - which suggests that this luminal structure is much more diverse than previously expected. In this context, the main focus of this work was to perform a comparative morphofunctional study of the digestive system of species belonging to the group Condylognatha in order to detect and describe the different types of luminal membrane complex found in these insects. To achieve this goal, anatomical, histological and ultrastructural analysis were performed on the digestive system of selected species, using transmission and scanning electron microscopy, along with fluorescence confocal microscopy techniques. Three hemipteran species, belonging to the suborder Auchenorrhyncha, were studied: Dalbulus maidis (Cicadellidae) and Mahanarva fimbriolata (Cercopidae) of the infraorder Cicadormorpha, and Peregrinus maidis (Delphacidae), of the infraorder Fulgonomorpha. Three other species of the order Thysanoptera were also explored: Frankliniella schultzei (Thripidae), Franklinothrips vespiformes (Aeolothripidae) and Liothrips sp. (Phlaeothripinae), where the first two belong to the suborder Terebrantia and the last one to the suborder Tubulifera. The results presented in this work show that the species M. fimbriolata and D. maidis have a luminal membrane complex very similar to the FLM type. In contrast, the species P. maidis presented a very different organization when compared to the known species of the suborder Auchenorrhyncha, which should be considered to be a modification of the FLM model. In this case, a membranous electron-dense layer was detected, which apparently coats the entire membrane complex. Important differences were observed in the structure of the luminal complex among the analyzed thysanopteran species. In the midgut of F. schultzei and F. vespiformes there is a membrane complex similar to the FLM type. However, the species Liothrips sp. does not seem to present any type of membranous complex, displaying only a few short membranes associated to the microvilli. In addition to that, small structures, similar to trabeculae, can be observed along the microvilli of the enterocytes of this species, apparently connecting them laterally, reinforcing this structure. Thus, the results obtained in Thysanoptera do not support the existence of a PMM type of complex in this order, as described in the literature. Therefore, the data collected in this work present a new scenario to the evolution of the digestive system of Hemiptera and Thysanoptera, where the common ancestral would not display a membranous complex of the type PMM, but a FLM complex, with the PMM arising only in the Heteroptera group of Hemiptera. The detection of chitin in the luminal complex of D. maidis and M. fimbriolata by fluorescence microscopy, using a WGA-fluorescein conjugate, is an unexpected result since chitin is an important component of the peritrophic membrane and not, a priori, of a lipoproteic membranous complex. On the other hand, the negative detection of chitin in a heteropteran species (Dysdercus peruvianis), which has a PMM luminal complex and was used as control, indicate that the nature of the luminal membrane complex in the Condylognatha group is far more complicated and elaborate than previously thought
 
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Data de Publicação
2019-01-04
 
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