The evolutionary novelty of insect defensins: from bacterial killing to toxin neutralization.

Insect host defense comprises two complementary dimensions, microbial killing-mediated resistance and microbial toxin neutralization-mediated resilience, both jointly providing protection against pathogen infections. Insect defensins are a class of effectors of innate immunity primarily responsible for resistance to Gram-positive bacteria. Here, we report a newly originated gene from an ancestral defensin via genetic deletion following gene duplication in Drosophila virilis, which confers an enhanced resilience to Gram-positive bacterial infection. This gene encodes an 18-mer arginine-rich peptide (termed DvirARP) with differences from its parent gene in its pattern of expression, structure and function. DvirARP specifically expresses in D. virilis female adults with a constitutive manner. It adopts a novel fold with a 310 helix and a two CXC motif-containing loop stabilized by two disulfide bridges. DvirARP exhibits no activity on the majority of microorganisms tested and only a weak activity against two Gram-positive bacteria. DvirARP knockout flies are viable and have no obvious defect in reproductivity but they are more susceptible to the DvirARP-resistant Staphylococcus aureus infection than the wild type files, which can be attributable to its ability in neutralization of the S. aureus secreted toxins. Phylogenetic distribution analysis reveals that DvirARP is restrictedly present in the Drosophila subgenus, but independent deletion variations also occur in defensins from the Sophophora subgenus, in support of the evolvability of this class of immune effectors. Our work illustrates for the first time how a duplicate resistance-mediated gene evolves an ability to increase the resilience of a subset of Drosophila species against bacterial infection.

Changes in the cellular makeup of motor patterning circuits drive courtship song evolution in Drosophila.

How evolutionary changes in genes and neurons encode species variation in complex motor behaviors is largely unknown. Here, we develop genetic tools that permit a neural circuit comparison between the model species Drosophila melanogaster and the closely related species D. yakuba, which has undergone a lineage-specific loss of sine song, one of the two major types of male courtship song in Drosophila. Neuroanatomical comparison of song-patterning neurons called TN1 across the phylogeny demonstrates a link between the loss of sine song and a reduction both in the number of TN1 neurons and the neurites supporting the sine circuit connectivity. Optogenetic activation confirms that TN1 neurons in D. yakuba have lost the ability to drive sine song, although they have maintained the ability to drive the singing wing posture. Single-cell transcriptomic comparison shows that D. yakuba specifically lacks a cell type corresponding to TN1A neurons, the TN1 subtype that is essential for sine song. Genetic and developmental manipulation reveals a functional divergence of the sex determination gene doublesex in D. yakuba to reduce TN1 number by promoting apoptosis. Our work illustrates the contribution of motor patterning circuits and cell type changes in behavioral evolution and uncovers the evolutionary lability of sex determination genes to reconfigure the cellular makeup of neural circuits.

Detection of P element transcripts in embryos of Drosophila melanogaster and D. willistoni

The P element is one of the most thoroughly studied transposable elements (TE). Its mobilization causes the hybrid dysgenesis that was first described in Drosophila melanogaster. While studies of the P element have mainly been done in D. melanogaster, it is believed that Drosophila willistoni was the original host species of this TE and that P was transposed to the D. melanogaster genome by horizontal transfer. Our study sought to compare the transcriptional behavior of the P element in embryos of D. melanogaster, which is a recent host, with embryos of two strains of D. willistoni, a species that has contained the P element for a longer time. In both species, potential transcripts of transposase, the enzyme responsible for the TE mobilization, were detected, as were transcripts of the 66-kDa repressor, truncated and antisense sequences, which can have the ability to prevent TEs mobilization. The truncated transcripts reveal the truncated P elements present in the genome strains and whose number seems to be related to the invasion time of the genome by the TE. No qualitative differences in antisense transcripts were observed among the strains, even in the D. willistoni strain with the highest frequency of heterochromatic P elements.

O elemento P é um dos elementos transponíveis (TE) mais amplamente estudado. Sua mobilização causa a disgenesia do híbrido que foi primeiramente descrita em D. melanogaster. Apesar dos estudos sobre o elemento P terem sido realizados principalmente com D. melanogaster, acredita-se que D. willistoni foi a espécie hospedeira original deste TE e que ele se transpôs para o genoma de D. melanogaster por transferência horizontal. Nosso estudo visou a comparação do comportamento transcripcional do elemento P em embriões de D. melanogaster, que é a hospedeira recente, com o de embriões de duas linhagens de D. willistoni, uma espécie que é, a longo tempo, hospedeira do elemento P. Em ambas as espécies foram detectados transcritos potenciais da transposase, enzima responsável pela mobilização do TE, bem como transcritos do repressor de 66-kDa e de seqüências truncadas e antisenso, os quais podem ter a habilidade de prevenir a mobilização de TEs. Os transcritos truncados refletem os elementos P truncados presentes no genoma das linhagens e cujo número parece relacionado com o tempo de invasão do genoma pelo TE. Nenhuma diferença qualitativa de transcritos antisenso foi observada entre as espécies, mesmo na linhagem de D. willistoni com alta freqüência de elemento P heterocromático.

Drosophilids (Diptera) from an Atlantic Forest Area in Santa Catarina, Southern Brazil / Drosofilídeos (Diptera) de uma Área de Floresta Atlântica em Santa Catarina, Sul do Brasil

The present work aims at knowing the faunal composition of drosophilids in forest areas of southern Brazil. Besides, estimation of species richness for this fauna is briefly discussed. The sampling were carried out in three well-preserved areas of the Atlantic Rain Forest in the State of Santa Catarina. In this study, 136,931 specimens were captured and 96.6 percent of them were identified in the specific level. The observed species richness (153 species) is the largest that has been registered in faunal inventories conducted in Brazil. Sixty-three of the captured species did not fit to the available descriptions, and we believe that most of them are non-described species. The incidence-based estimators tended to give rise to the largest richness estimates while the abundance based give rise to the smallest ones. Such estimators suggest the presence from 172.28 to 220.65 species in the studied area. Based on these values, from 69.35 to 88.81 percent of the expected species richness were sampled. We suggest that the large richness recorded in this study is a consequence of the large sampling effort, the capture method, recent advances in the taxonomy of drosophilids, the high preservation level and the large extension of the sampled fragment and the high complexity of the Atlantic Rain forest. Finally, our data set suggest that the employment of estimators of richness for drosophilid assemblages is useful but it requires caution.

O presente estudo tem como objetivo conhecer a composição da fauna de drosofilídeos em áreas de floresta no sul do Brasil. Além disso, a estimativa da riqueza de espécies desta fauna é brevemente discutida. As amostras foram realizadas em três áreas bem preservadas da Mata Atlântica no estado de Santa Catarina. Neste estudo, 136.931 espécimes foram capturados e 96,6 por cento destes foram identificados em nível específico. A riqueza de espécies observada (153 espécies) é a maior já registrada em inventários faunísticos realizados no Brasil. Dentre as espécies capturadas, sessenta e três não se adequaram às descrições disponíveis e a maioria destas provavelmente não foi descrita. Os estimadores baseados em incidência de espécies tenderam a gerar as mais altas estimativas de riqueza enquanto aqueles baseados em abundância geraram as menores. Tais estimadores sugerem a presença de 172,28 a 220,65 espécies na área estudada. Baseando-se nestes valores, de 69,35 a 88,81 por cento da riqueza de espécies esperada foi amostrada. Sugere-se que a alta riqueza registrada neste estudo é uma conseqüência do grande esforço amostral, do método de captura, de recentes avanços na taxonomia de drosofilídeos, do alto grau de preservação e ampla extensão do fragmento amostrado e da alta complexidade da Mata Atlântica. Finalmente, os dados obtidos sugerem que a aplicabilidade de estimadores de riqueza para assembléias de drosofilídeos é útil, mas requer cautela.

On the use of open or closed traps in the capture of drosophilids / Sobre o uso de armadilhas abertas ou fechadas na captura de drosofilídeos

The use of open or closed traps in order to standardize the drosophilid collection is still a matter of discussion among researchers. In this paper, comparative data of drosophilid collections, using open and closed traps are presented. The collections were made monthly, during one year, in one fragment of a semidecidual forest located in the São Paulo State, Brazil. The efficiency of the traps was evaluated by the use of community descriptors: population abundance and richness and diversity of species. Closed traps were more efficient than the open ones in relation to the population abundance and the species richness, indicating their adequacy for standardization of drosophilid collection in studies of biodiversity and seasonality.

Uma discussão ainda em pauta refere-se ao uso de armadilhas abertas ou fechadas na padronização das coletas de drosofilideos para alguns estudos específicos. Neste trabalho são apresentados dados comparativos das coletas de drosofilídeos utilizando armadilhas abertas e fechadas em um período de 12 meses, em um fragmento de floresta semidecidual, localizada no Estado de São Paulo, Brasil. A eficiência das armadilhas foi avaliada usando os seguintes descritores da comunidade: abundância populacional, riqueza e diversidade de espécies. As armadilhas fechadas foram mais eficientes em relação à abundância populacional e à riqueza de espécies. Os resultados indicam que as armadilhas fechadas constituem o tipo mais adequado para padronização de coleta de drosofilídeos, em estudos de biodiversidade e sazonalidade.

A new Neotropical species of spot-thoraxed Drosophila (Diptera, Drosophilidae)

Drosophila pauliceia sp. nov., a spot-thoraxed species closely related to Drosophila boraceia Vilela & Val, 2004, is described from flies collected in an urban remnant of the montane Atlantic Forest located at the Cidade Universitária "Armando de Salles Oliveira", São Paulo city, state of São Paulo, Brazil. The two forest-dwelling species can be externally distinguished mainly by having a different pattern of thoracic spots. A new group of spotted flies (peruensis group) is proposed to include them, in addition to Drosophila peruensis Wheeler, 1959, from Urubamba River, Peru, and Drosophila atalaia Vilela & Sene, 1982, from Brazil and Argentina. To facilitate comparisons, illustrations of the male and female terminalia of the new species and of some unpublished views of those of D. atalaia are included. Additionally, a new group of unspotted species (named caponei group) is proposed to include Drosophila caponei Pavan & Cunha, 1947 and D. neochracea Wheeler, 1959, both previously considered to be related to D. atalaia.

Drosophila pauliceia sp. nov., espécie com tórax pintado e muito semelhante à Drosophila boraceia Vilela & Val, 2004, é descrita a partir de exemplares procedentes de um fragmento urbano da Mata Atlântica de planalto, localizado na reserva da Cidade Universitßria "Armando de Salles Oliveira", cidade de São Paulo, estado de São Paulo, Brasil. As duas espécies podem ser separadas principalmente com base no padrão das pintas do tórax e, juntamente com Drosophila peruensis Wheeler, 1959 e Drosophila atalaia Vilela & Sene, 1982, são incluídas em um novo grupo proposto no presente artigo sob o nome peruensis. Além das ilustrações detalhadas das terminálias masculina e feminina da nova espécie, desenhos inéditos dessas estruturas foram preparados também para Drosophila atalaia. Adicionalmente é proposto o grupo caponei que inclui D. caponei Pavan & Cunha, 1947 e D. neochracea Wheeler, 1959, duas espécies com tórax não pintado embora previamente consideradas próximas à D. atalaia.

The Drosophila community in xerophytic vegetations of the upper Parana-Paraguay river basin

O gênero Drosophila é o mais abundante da família Drosophilidae. Algumas espécies são endêmicas em certas regiões e outras são cosmopolitas. No Brasil existem diversos ecossistemas a serem explorados a respeito da composição e aspectos ecológicos de Drosophila. Áreas xerofíticas são um exemplo, podendo ser consideradas como ilhas continentais no sul e sudeste do Brasil, resultado de mudanças paleoclimáticas cíclicas. O presente trabalho teve o objetivo de fornecer informação sobre a composição da comunidade de Drosophila em oito áreas xerofíticas (onde o cacto Cereus hildmaniannus ocorre) no sul e sudeste do Brasil. Este trabalho é um passo importante no estudo de aspectos ecológicos quantitativos das comunidades de Drosophila em ilhas de vegetação xerofítica na região Neotropical. De modo geral, a composição das comunidades de Drosophila está de acordo com trabalhos anteriores em diversos aspectos. Os índices ecológicos mostraram uma possível associação positiva da diversidade e o grau de preservação das áreas. As comunidades do estado de São Paulo apresentaram as maiores similaridades entre elas, apesar de não ter sido encontrada correlação estatisticamente significativa entre o índice de Jaccard e distâncias geográficas entre as comunidades, através do teste de Mantel.

Aedeagus morphology as a discriminant marker in two closely related Cactophilic species of Drosophila (Diptera; Drosophilidae) in South America

Drosophila serido e D. antonietae são espécies crípticas pertencentes ao ''cluster'' Drosophila buzzatii. Morfologicamente, elas podem ser discriminadas apenas por diferenças quantitativas. Neste trabalho, nós analisamos o comprimento e a média da curvatura equalizada de quatro regiões do edeago de indivíduos de D. antonietae e D. serido. Os espécimes de D. serido e D. antonietae foram discriminados com 96,74% de eficiência. Apenas com base na variável que mais contribuiu para discriminação dos grupos (média da curvatura equalizada do arco IV do edeago), nós observamos significativa divergência morfológica intraespecífica em D. serido em relação a D. antonietae, o que está em concordância com outros marcadores. A alta divergência morfológica apenas na média da curvatura equalizada do arco IV do edeago mostra que essa região do edeago evoluiu mais rápido que as demais desde a divergência entre as duas espécies. A importância do presente estudo para o entendimento das bases genética que controlam a formação do edeago, nas espécies do ''cluster'' Drosophila buzzatii, é discutida.

Drosophila angustibucca Duda sensu Frota-Pessoa is an undescribed species (Diptera, Drosophilidae)

Drosophila angustibucca Duda sensu Frota-Pessoa é uma espécie ainda não descrita (Diptera, Drosophilidae). Uma nova espécie sul-americana de Drosophila, incluída no subgrupo I do grupo tripunctata e identificada incorretamente nos últimos 50 anos como sendo a espécie costarriquenha Drosophila angustibucca (sensu Frota-Pessoa, 1954; non Duda, 1925), é descrita no presente artigo sob o binômio Drosophila nappae sp. nov. Os espécimens-tipo foram retirados de uma linhagem obtida a partir de várias fêmeas coletadas entre julho de 1994 e abril de 1995 no Morro Santana, Porto Alegre (RS), Brasil. A descrição é acompanhada de ilustrações detalhadas das terminálias masculina e feminina.

Detection of stabilizing selection in favor of the Santa Cruz homokaryotype in Drosophila pseudoobscura populations from the high plateau of the Colombian Andes

Chromosome 3 rearrangements were studied in five Drosophila pseudoobscura populations from the high plateau of the Colombian Andes. As in previous studies, the Santa Cruz and Tree Line rearrangements were predominant in these populations, but for the first time other rearrangements such as the Olympic, Cuernavaca and a rearrangement similar to the endemic Mexican Amecameca rearrangement were also discovered. Researchers in the early 1960's showed that Colombian D. pseudoobscura populations were not in accordance with Carson's theory. They found a special heterotic system in this geographically isolated population. Our current results do not support these findings but instead favor Carson's theory, because in practically all the populations studied the homokaryotype excess was close to fixation. These new results indicate that some stabilizing selective pressures in favor of the homokaryotypes (especially Santa Cruz) have appeared in the Colombian plateau during the last 10-12 years. These new changes may be related to deforestation and habitat destruction by human beings and/or climatic changes motivated by the El Niño phenomenon. Genetic heterogeneity between populations was not significant and there was no isolation-by-distance between them, findings which are contrary to those observed in some North American populations and which show that the Colombian populations now have rigid genetic systems. The frequency of the Santa Cruz rearrangement was also found to have increased in some populations over the last few years

Análise funcional comparativa do relógio circadiano de Drosophila melanogaster e insetos vetores / Comparative functional analysis of circadian clock of Drosophila melanogaster and insect vectors

Diversos organismos apresentam variações no comportamento e na fisiologia que são controlados por um relógio biológico interno. O flebotomíneo Lutzomyia longipalpis (Diptera: Psychodidae), o principal vetor da leishmaniose visceral nas Américas, é um inseto hematófago com atividade crepuscular/noturna. A hematofagia, crítica na transmissão da doença, está restrita a uma determinada hora do dia, certamente consequência do controle do marcapasso circadiano. Apesar da importância dos ritmos circadianos na dinâmica da transmissão da doença, pouco se sabe sobre seu controle molecular em insetos vetores. Neste trabalho descrevemos algumas propriedades do relógio circadiano de L. longipalpis. Comparado a Drosophila melanogaster, os genes period (per) e timeless (tim), dois elementos negativos da retroalimentacao negativa, apresentam padrão similar de expressão de RNAm. Por outro lado, a expressão de Clock (Clk) e cycle (cyc), dois elementos positivos, diferem entre as duas espécies, sugerindo que as diferenças de fase de suas expressões possam estar associadas às diferenças observadas no ritmo de atividade circadiana. Além disso, nós observamos uma redução da atividade locomotora após o repasto sanguíneo, que é correlacionada com uma diminuição dos níveis de period and timeless. Apesar de muitos aspectos do marcapasso molecular serem conservados em animais, algumas diferenças entre L. longipalpis e D. melanogaster sugeriram que o relógio circadiano de moscas de fruta divergiu bastante durante a evolução...