O hormônio juvenil (HJ) e os ecdisteróides, especialmente 20-hidroxiecdisona (20E), controlam muitos aspectos no desenvolvimento de insetos. Em insetos eusociais, estes hormônios estão diretamente envolvidos na diferenciação de castas alternativas. O HJ, ademais, modula o desenvolvimento e a evolução do comportamento de operárias adultas em Apis mellifera. Nesse trabalho, clonamos e sequenciamos o cDNA que codifica para Ultraspiracle de Apis mellifera (AmUsp) e analisamos a resposta de usp a ambos hormônios morfogenéticos. Amusp parece ser um gene de cópia simples que produz dois transcritos (~4 e 5kb) que são diferencialmente expressos no corpo do animal. AmUsp mostra maior similaridade respeito aos ortólogos de Locusta, Celuca e vertebrados do que aos do resto de insetos. Estas características e sua rápida resposta transcricional a HJ sugere que algumas funções do Usp de Apis mellifera podem depender de ligande. Por outro lado, usando RNAi testamos a resposta de vários genes à diminuição da expressão de usp durante o desenvolvimento pupal de operárias. Enquanto a expressão de vg não foi claramente alterada em pupas knock-down para usp (KDusp), os genes para a pro-fenoloxidase e para a esterase do HJ foram inibidos. De maneira interessante, a expressão de ftz-f1 (um receptor nuclear órfão) também foi diminuída em pupas KDusp, sugerindo a participação de Usp na regulação da expressão destes genes. Títulos baixos de HJ durante os últimos estágios do desenvolvimento larval foram sugeridos como os responsáveis por desencadear a morte celular programada em ovários de operárias, ao ponto tal que só uns poucos ovaríolos permanecem para formar parte do sistema reprodutivo destas fêmeas. Nós determinamos o perfil de expressão de usp nos ovários de rainhas e operárias durante os últimos estágios do desenvolvimento larval. Análises por RT-PCR semiquantitativa mostraram que o mRNA de usp segue de perto os títulos hemolinfáticos de HJ, e que os maiores níveis de expressão deste gene encontrados em L4 de rainhas se correspondem com títulos maiores deste hormônio. Porém, experimentos de imunofluorescência utilizando um anticorpo monoclonal contra Usp de Drosophila melanogaster, mostraram estruturas marcadas somente na região de formação de clasters nos ovaríolos de operárias se preparando para a metamorfose. Esta região corresponde ao centro de células germinativas onde ocorrem os mais evidentes eventos de morte celular. Este padrão de expressão de usp sugere sua participação nestes processos, sozinho, ou formando heterodímeros com outros fatores de transcrição. Estes dados e a resposta positiva de usp a altos títulos de HJ nos permitem começar a elaboração de um modelo conceitual da rede de expressão gênica promovida pelo HJ durante o desenvolvimento e diferenciação de castas de Apis mellifera.

In addition to their general roles in insect development and reproduction, juvenile hormone (JH) and ecdysone (20E) coordinate specific processes in social insects. They are directly involved in the differentiation of the alternative caste phenotypes, and, particularly in the honey bee, Apis mellifera, they modulate behavioral development in adult workers. In the present study, we have cloned and sequenced a cDNA encoding Apis mellifera Ultraspiracle (AmUsp), and analyzed its responses to both morphogenetic hormones, JH and 20E. Amt/sp seems to be a single copy gene that produces two transcripts (~4 and 5kb) that are differentially expressed in the different tissues and organs of a bee. In its amino acid sequence, AmUsp shows greater similarity to its orthologs from the vertebrate-crab-locust group than to the dipteran-lepidopteran group. These characteristics and its rapid up-regulation by JH suggest that some of the Apis mellifera Usp functions may depend on ligand binding. To investigate possible target genes regulated by AmUsp, we have used an iRNA technique to down-regulate usp expression during pupal development of Apis mellifera workers. This allowed us to test the response of ftz-f1, juvenile hormone esterase (jhe), pro-phenoloxidase (proPo) and vitellogenin (vg) genes to decreased levels of usp expression. While vg expression levels were not clearly altered in usp knock-down pupae (kd), the proPo and the genes were down regulated. Interestingly, ftz-f1 (an orphan nuclear receptor) also turned out to be down regulated in kd pupae, indicating Usp protein participation in controlling the expression of these genes. A low JH titer during the final stages of larval development has been shown to trigger programmed cell death in the ovaries of worker larvae to the point that only a few ovarioles remain to form the functional reproductive system of these females. Hence, we determined the AmUsp expression pattern in the ovaries of queen and worker honeybees during the late stages of larval development. RT-PCR analyses showed that usp expression closely follows the haemolymph JH titer, and that the higher levels of usp expression in L4 queens reflect the higher titers of this hormone. Immunocytochemistry experiments with a mAb raised against a dipteran Usp protein revealed stained structures only in the region of cluster formation in ovarioles of worker larvae preparing for metamorphosis. This region corresponds to the germ cell center where processes of cell death and proliferation have been shown to occur. The pattern of usp expression suggests its participation in these processes, either alone or by heterodimerization with other transcription factors. These reports and the known positive response of usp to high levels of JH allow us to start building a conceptual model for the gene expression network promoted by JH during honey bee development and caste differentiation.