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Título: Influência da temperatura no desempenho reprodutivo de abelhas Melipona interrupta Latreille, 1811 (Hymenoptera: Meliponini) em condições de laboratório
Título(s) alternativo(s): Influence of temperature on reproductive development of the stingless bee Melipona interrupta Latreille, 1811 (Hymenoptera: Meliponini) under laboratory conditions
Autor: Becker, Tatiane
Orientador: Carvalho-Zilse, Gislene Almeida
Coorientador: Pequeno, Pedro Aurélio Lima
Palavras-chave: Abelhas sem ferrão
Segregação de castas
Termorregulação
Expressão gênica
Morfometria
Data do documento: 30-Jul-2019
Programa: Genética, Conservação e Biologia Evolutiva - GCBEv
Abstract: Bees are important pollinators, especially the Meliponini tribe, known as indigenous sting-less bees, which has great importance for the pollination of native flora. Evidences of the influence of environmental factors on the production of queens and males throughout the year in different species of Melipona have been recorded. They need to maintain the internal temperature of the nests within a specific range to provide a proper development of the im-matures and protection to the adults from extreme outside temperatures, enabling the sur-vival of the colony. Climate change affect living beings, like bees, in different ways, each species has a different tolerance to environmental conditions. Thus, this study aimed to ver-ify the influence of temperature on reproductive development of the stingless bee Melipona interrupta, with emphasis on the proportions of males and females and mortality; differential expression of genes related to development and reproduction (hsp70, hsp90, dnmt3 e jhe); and body size of newly emerged bees exposed to different temperatures throughout the de-velopment. To fulfill these objectives, 21 colonies of Melipona interrupta, with equivalent development conditions, from Meliponary of GPA/INPA were separated into seven groups, with three hives each. The hives of the control group were kept at the Meliponary exposed to natural ambient temperature. The hives of the treatment groups were kept in the laboratory under different temperature ranges (artificially induced) in order to generate a thermal gra-dient. Sex and caste segregation was observed on disks sampled over time; differential gene expression was measured by real-time quantitative polymerase chain reaction; and size var-iation was compared by morphometry. External temperatures below 28 °C and above 30 °C increased immature mortality in M. interrupta colonies, and also provided clear evidence of effect on sex ratio in favor of females. Although phenotypic composition is expected to play an important role in colony function, our results clearly show that the effects of temperature on mortality are much stronger than on sex and caste segregation. The relative expression of the M. interrupta genes is clearly affected by the environment temperature, and varies by sex and caste. In general, the level of expression was higher in the workers, particularly in the lower temperatures. Using these genes as bioindicators of cell metabolism for climate change, we can understand that the species manages to maintain homeostasis, despite the higher physiological stress, at lower external temperatures. While high temperatures act as a limiting factor, and consequently higher mortality rate. We also observed the curve of the thermal effect on workers size in M. interrupta, in which, apparently, the metabolism is more efficient between 28 and 32 °C resulting in larger adults. As the average external tempera-tures diverges from this range, induce development of smaller adults. When comparing the species curve of thermal effect on size with the average temperature of the region, we con-clude that M. interrupta already lives near its thermal limit. The effects of climate change, coupled with species biology characteristics, demonstrate the vulnerability of Melipona in-terrupta, extendable to other species of the genus due to the biological and ethological prox-imity between them.
Resumo: As abelhas são importantes agentes polinizadores, em especial, as da tribo Meliponini, conhecidas como abelhas indígenas sem ferrão, que tem grande importância para a polinização da flora nativa. Já foram registradas evidências da influência de fatores ambientais na produção de rainhas e machos ao longo do ano em diferentes espécies de Melipona. Elas precisam manter a temperatura interna dos ninhos em uma faixa específica para o desenvolvimento da cria e proteção dos adultos em temperaturas externas variáveis, e desta forma, manter a sobrevivência da colônia. Alterações climáticas afetam os seres vivos, como as abelhas, de diversas formas, cada espécie possui tolerância diferente às condições ambientais. Assim, este trabalho se propôs a verificar a influência da temperatura no desempenho reprodutivo de abelhas Melipona interrupta, com ênfase nas proporções de sexos, castas e mortalidade; expressão diferencial de genes relacionados ao desenvolvimento e reprodução (hsp70, hsp90, dnmt3 e jhe); e tamanho corporal de abelhas recém emergidas expostas a diferentes temperaturas durante todo o desenvolvimento. Para alcançar estes objetivos foram sorteadas 21 colônias de Melipona interrupta do Meliponário do GPA/INPA, com condições equivalentes de desenvolvimento, e separadas em sete grupos, com três colônias cada sendo um Grupo Controle - cujas colônias foram mantidas em Meliponário à temperatura ambiente natural - e os Grupos Tratamento, em laboratório, sob diferentes faixas de temperatura (induzidas artificialmente) a fim de gerar um gradiente térmico. A segregação de sexos e castas foi observada em discos amostrados ao longo do tempo, a expressão diferencial de genes foi mensurada por reação em cadeia da polimerase quantitativa em tempo real e a variação de tamanho de estruturas corporais foi comparada por morfometria. As temperaturas externas menores que 28 °C e superiores a 30 °C aumentaram a mortalidade de imaturos em colônias de M. interrupta e também forneceram evidências claras de efeito na razão sexual em favor das fêmeas. Embora se espere que a composição fenotípica desempenhe um papel importante no funcionamento da colônia, nossos resultados permitem afirmar claramente que os efeitos da temperatura sobre a mortalidade são muito mais fortes do que sobre a segregação de sexos e de castas. A expressão relativa dos genes de M. interrupta é claramente afetada pela temperatura do ambiente, e varia de acordo com o sexo e a casta. Em geral, o nível de expressão foi maior nas operárias, particularmente nas temperaturas mais baixas. Utilizando esses genes como bioindicadores do metabolismo celular para alterações climáticas, podemos entender que a espécie consegue manter a homeostase, apesar do maior estresse fisiológico, em temperaturas externas menores, enquanto as altas temperaturas agem como fator limitante aumentando a taxa de mortalidade. Também observamos a curva do efeito térmico sobre o tamanho das operárias de M. interrupta, na qual, aparentemente, o metabolismo é mais eficiente entre 28 e 32 °C resultando em indivíduos adultos maiores. À medida que as temperaturas médias externas se afastam deste intervalo, levam a formação de adultos menores. Quando comparados os valores da curva do efeito térmico sobre o tamanho da espécie às médias de temperatura da região, concluímos que a espécie já vive próxima ao seu limite térmico. Os efeitos das mudanças climáticas, somados a características da biologia da espécie, demonstram a vulnerabilidade de Melipona interrupta, extensível às demais espécies do gênero em virtude da proximidade biológica e etológica entre as mesmas.
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