Drosophilids (Diptera) associated to flowers and fungi of the Atlantic Forest: identification of new species and Y-chromosome evolution

A análise do conteúdo gênico do cromossomo Y em 12 espécies de Drosophila com genoma sequenciado em 2008 mostrou que o Y é pouco conservado entre espécies e está em processo de aquisição de genes, o que contradiz o modelo atual de evolução de cromossomos sexuais que o descreve como um homólogo degenerado do X, com constante perda de genes. Este resultado inicial incitou o estudo espécies adicionais de Drosophila e de gêneros próximos. Uma dificuldade relevante para obtenção de espécimes é que muitos grupos taxonômicos de drosofilídeos não estão disponíveis nos “stock-centers”, e seus hábitos de vida são pouco conhecidos. Muitas espécies são encontradas na natureza associadas a fungos, flores, ou exsudados vegetais, e raramente são atraídas por isca com banana fermentada, que é o método usual de coleta de drosofilídeos. Os objetivos do presente trabalho foram: I) analisar o conteúdo gênico do cromossomo Y de drosofilídeos provenientes de substratos “não usuais”, II) determinar substratos de desenvolvimento larval e identificar espécies novas, e III) analisar a composição de bases de genes no Y. Os resultados revelam a natureza dinâmica de aquisição e perdas de genes do cromossomo Y na família Drosophilidae que, em poucos casos, inclui um movimento de todo o cromossomo (p.e., fusão do Y a um autossomo). Descrevemos uma nova espécie, Drosophila calatheae, cuja larva se desenvolve em flores do gênero Calathea (Marantaceae). Uma segunda espécie, provisoriamente codificada como Drosophila I4, e cujas larvas também se desenvolvem nessas flores, está em fase de descrição. A partir de análise morfológica, nenhuma dessas duas espécies pôde ser incluídas em algum dos grupos de espécies conhecidos. Uma filogenia molecular preliminar com dois genes do cromossomo Y (kl-3 and kl-5) sugere que ambas pertencem à radiação virilis-repleta e que D. calatheae tem relações (morfológicas e moleculares) com as espécies do grupo bromeliae. A análise do conteúdo GC de genes no Y mostrou que genes neste cromossomo são enriquecidos em AT em relação a genes autossômicos, e esta diferença na composição de bases é proporcional ao tempo que um gene está presente no Y. Portanto, o conteúdo GC pode servir como ferramenta no estudo da evolução do cromossomo Y ao determinar o estado ancestral de um gene (autossômico vs. ligado ao Y) e datar o movimento de genes entre esses dois compartimentos genômicosThe analyses of the Y chromosome gene content in 12 Drosophila species whose genome were sequenced in 2008 showed that the Y is not well conserved among species and is currently in the process of acquiring genes, contradicting the current model of sex chromosome evolution that describes the Y as a degenerate homolog of the X, in constant gene loss. This initial result prompted the study of additional Drosophila species and related genera. One of the difficulties in obtaining specimens is the fact that drosophilids from many taxonomic groups are not available in stock- centers and little is known about their ecology. Many species are found in nature associated with fungi, flowers, or plant exudates, and are rarely attracted to baits with fermented banana, the usual method of collecting drosophilids. The objectives of this study were: I) analysis of the Y chromosome gene content of species from \"unusual\" substrates, II) determination of drosophilids breeding / larval development sites, and III) analysis of the base composition of genes in the Y chromosome. The results emphasize the Y-chromosome dynamic nature of genes acquisition and loss in the family Drosophilidae, including a few cases of whole chromosome movements (p.e., Y-autosome fusion). We describe a new species, Drosophila calatheae, whose larvae develop in flowers of the genus Calathea (Marantaceae). Drosophila I4 (to be described) also breeds in these flowers. None of these two species could be included in a known taxonomic group of species. A phylogeny with two Y-chromosome genes (kl-3 and kl-5) suggests that they belong to the virilis-repleta radiation and D. calatheae is related to the bromeliae group. Analysis of base composition of Y-chromosome genes shows that they are AT-rich when compared to autosomal genes, and this difference is proportional to the time that a gene has been in the Y. Thus, GC content can be a tool to study the evolution of this chromosom