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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.6.2020.tde-24092020-113859
Document
Author
Full name
Laura Cristina Multini
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2020
Supervisor
Committee
Marrelli, Mauro Toledo (President)
Camara, Tamara Nunes de Lima
Fonseca, Flavia Virginio
Kirchgatter, Karin
Title in Portuguese
Diversidade genética e fenotípica do vetor de malária Anopheles cruzii (Diptera: Culicidae) em São Paulo, Brasil
Keywords in Portuguese
Estrutura Populacional
Geometria Alar
Malária
Mata Atlântica
SNPs
Urbanização
Abstract in Portuguese
Mudanças antropogênicas no ambiente podem ser um fator poderoso na evolução das espécies. A fragmentação de áreas naturais devido às interferências humanas é associada à diminuição na riqueza e aumento na abundância de espécies de mosquitos adaptadas a ambientes urbanos. A Mata Atlântica brasileira tem passado por um processo intenso de fragmentação e desmatamento devido às alterações antropogênicas no ambiente. Esse bioma é um importante local de transmissão de malária, no qual o principal vetor de patógenos que causam a malária humana e simiana é o Anopheles cruzii. Desse modo, é possível que alterações antropogênicas no meio ambiente possam modular o fenótipo e genótipo de An. cruzii. Neste estudo, foram usados a geometria alar e marcadores moleculares SNPs para acessar a estrutura micro-geográfica de populações de An. cruzii coletadas em uma área hipoendêmica de malária na cidade de São Paulo, Brasil. Nesta região, as modificações antropogênicas suprimem a Mata Atlântica a fragmentos, fazendo com que An. cruzii, Plasmodium e seres humanos vivam em simpatria. Diferentes hipóteses para ambos os marcadores foram usadas em um desenho de estudo transversal e longitudinal para acessar se estruturação simpátrica e processos microevolutivos estão modulando as populações de An. cruzii. No geral, as hipóteses testadas foram divididas em: há estrutura entre populações de An. cruzii de copa e solo, há estrutura entre populações de An. cruzii em áreas com diferentes níveis de modificações antropogênicas e há estrutura populacional em relação ao tempo em An. cruzii. Portanto, foram investigadas a variação alar e genética em populações de An. cruzii coletadas em áreas silvestre, periurbana e urbana durante um período de três anos. Os principais resultados da análise de geometria da asa mostraram que as populações de copa e solo do ambiente urbano são distintas de acordo com a análise de variáveis canônicas. Os resultados também mostraram uma sutil, mas significativa variação fenotípica nas populações das três áreas durante os três anos de estudo. As variações temporal e simpátrica do formato alar foram maiores no ambiente urbano, sugerindo que mudanças antropogênicas no ambiente podem modular a variação no formato alar de An. cruzii. Os resultados da análise de 1.235 SNPs considerados neutros e independentes mostraram baixa estruturação genética entre as populações de An. cruzii no geral. Porém, as análises sugeriram que as populações de copa e solo da área urbana são significativamente estruturadas. A população do solo da área urbana apresentou maior diversidade genética que a de copa, corroborando os resultados da morfometria alar. Esses resultados indicam que modificações antropogênicas no ambiente levando à fragmentação de áreas naturais podem estar modulando a acrodendrofilia de An. cruzii e mantendo estrutura e diversidade genética na população de solo da área urbana.
Title in English
Genetic and phenotypic diversity in the malaria vector Anopheles cruzii (Diptera: Culicidae) in São Paulo, Brazil
Keywords in English
Atlantic Forest
Malaria
Population Structure
SNPs
Urbanization
Wing Geometry
Abstract in English
Anthropogenic changes in the environment can be a powerfull aspect in the evolution of the species. Fragmentation of natural areas due to human interference has been associated with the decrease of species richness and increase in the abundance of species that are adapted to these environments. The Brazilian Atlantic Forest has been undergoing an intense process of fragmentation and deforestation due to anthropogenic alterations in the environment. This biome is an important hotspot of malaria transmission, in which the main vector of simian and human malaria is the mosquito Anopheles cruzii. We hypothesized that anthropogenic alterations in the environment are an important driver for the phenotypic and genetic structure and diversity of An. cruzii. We tested five different hypotheses using both a cross-sectional and longitudinal design to assess the sympatric structure and microevolution process driving An. cruzii populations. We used both wing geometry and SNPs to assess the microgeographical genetic structure of An. cruzii populations in a malaria hypo-endemic area in the city of São Paulo, Brazil. In this region, anthropogenic modifications in the environment suppress the Atlantic Forest into fragments, resulting in mosquitoes An. cruzii, Plasmodium and humans living in simpatry. Our results show a slight but significant phenotypic variation in all three populations over the study period. Time was a more powerful driver for wing variation than geographic distance. Temporal wing-shape variation appears to be positively associated with urbanization, suggesting that anthropogenic changes in the environment may be a strong driver for wing-shape variation in An. cruzii. After filtering and removal of outlier loci, 1,235 SNPs were considered independent and neutral, and therefore, suitable to perform the analyses. The results showed an overall weak genetic structure among populations with a significant sympatric structure between ground and tree canopies populations from the urban area, with the population from ground level showing higher genetic diversity. Our findings indicate that anthropogenic modifications leading to habitat fragmentation could be driving the acrodendrophily of An. cruzii and maintaining genetic diversity and structure in populations from ground level.
 
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Publishing Date
2020-09-24
 
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