Celular processes during compound eye development of Apis mellifera

Os processos que regem o desenvolvimento dos olhos compostos em insetos têm sido amplamente estudados em Drosophila melanogaster onde estes se originam a partir de discos imaginais. Pouco se sabe, porém, sobre o desenvolvimento do lóbulo óptico e da retina em outros insetos que, na sua grande maioria, não possuem discos imaginais de olhos separados do sistema nervoso central. Neste sentido, a análise comparada do desenvolvimento dos olhos de Apis mellifera pode contribuir não somente para aspectos evo-devo entre as grandes famílias dos insetos holometábolos, quanto pode elucidar questões de plasticidade de desenvolvimento pois os olhos compostos apresentam fortes características sexo e casta-específicas. Com o objetivo primário de elucidar os padrões de divisão e diferenciação celular durante o desenvolvimento do olho em A. mellifera realizamos análises histológicas e de imunomarcação durante o desenvolvimento pós-embrionário, juntamente com análise de expressão do gene roughest em tempo real. Para imunomarcação utilizamos o anticorpo anti-fosfo-histona H3 fosforilada que marca células em fase M do ciclo celular. Foram analisadas larvas operárias entre o terceiro instar larval (L3) até pupas de olho branco, rosa e marrom, com foco sobre o quinto instar larval que fica subdividida em fase de alimentação e crescimento (L5F), fases de tecelagem de casulo (L5S) e prepupa (PP). O desenvolvimento do lóbulo óptico em Apis mellifera ocorre por dobramento neuroepitelial, a partir de um centro de diferenciação, seqüencialmente gerando as camadas neurais do lóbulo óptico (lóbula, medula e lâmina). A lâmina (última a surgir) 6 apresentou-se com desenvolvimento mais lento e em duas fases antes da metamorfose: a primeira fase é o seu surgimento no começo do quinto instar larval acompanhando o primeiro pico de expressão de roughest e a segunda fase ocorre durante a tecelagem de casulo com o desenvolvimento do córtex acompanhando o segundo pico de expressão de roughest. Ainda durante o segundo pico de expressão de roughest os rabdômeros da retina começam a ficar visíveis, assim como os feixes axonais. Estes porém estarão completamente formados somente após a metamorfose.. O desenvolvimento completo da lâmina, lóbula e medula e da retina ocorre somente após a metamorfose. Durante a fase pupal as estruturas do lóbulo óptico estão prontas, porém na retina observa-se ainda gradual pigmentação, encurtamento dos feixes axonais e alongamento dos rabdômeros até atingirem o seu comprimento final logo antes da emergência.The processes that drive compound eye development in insects have been broadly studied in Drosophila melanogaster in which they arise from imaginal discs. Little is known about optic lobe and retina development in other insects, most of which do not have imaginal eye discs attached to the nervous system. For this reason, a comparative analysis of eye development in the honey bee, Apis mellifera, not only contributes to evo-devo aspects comparing the major families of holometabolous insects, but also may elucidate questions about developmental plasticity because the compound eyes of the honeybee show strong sex and caste-specific differences. Since our primary objective was to elucidate the pattern of cellular differentiation and division during eye development we performed histological and immunolabelling analyses during the postembrionic stages of development, concomitant with a realtime analysis of roughest gene expression. For the immunolabelling experiments we used an anti-phospho-histone H3 antibody that labels cells in M phase. We analyzed eye development in worker larvae starting with the third instar until white, pink and browneyed pupae, paying special attention to the fifth instar which was subdivided into feeding phase (L5F), cocoon spinning phase (L5S) and prepupae (PP). Optic Lobe development in Apis mellifera occurs by neuroepithelial folding initiating from a differentiation center, in the larval brain. This center sequentially produces the neural layers of the optic lobe (medulla, lobula and lamina). Development of the lamina, which is the last layer to be formed, takes more time and happens in two steps before metamorphosis. The first step is emergence at the beginning of the fifth larval instar coinciding with the first peak of roughest gene expression. The second step 8 occurs during the cocoon spinning phase and is marked by its inner differentiation, again accompanied by a second peak of roughest expression. During this second peak of roughest expression the rabdomers in the retina become visible. These, however, cplete thir development only during the pupal stage. The development of the lamina, lobula and medulla is not complete until after metamorphosis, even though these optic lobe structures are structurally defined already at the beginning of the pupal phase. Retinal development in this phase is marked by gradual pigmentation, axonal bundle shortening and rabdomer elongation, which reach their final size just prior to emergence of the bees from their brood cells