Estudios funcionales comparados de la evolución de la segmentación en insectos

Abstract

La presente tesis comprende una revisión del desarrollo de Rhodnius prolixus (Stähl, 1859); anotación de genes del desarrollo temprano y estudios de expresión y funcionales de dos de esos genes. El objetivo general ha sido aportar datos que contribuyan a establecer redes génicas como blanco de la evolución de la forma en los insectos. Los objetivos específicos fueron: Identificar y anotar en el genoma de R.prolixus genes ortólogos a los genes HOX de Drosophila melanogaster (Meigen, 1830); caracterizar el cluster HOX y determinar la función de genes HOX mediante genómica funcional. Se identificaron 70 genes, la mayoría de ellos correspondientes al grupo de TF con homeobox. Se analizaron, curaron y anotaron 26 secuencias; incluyendo a los ocho HOX canónicos. Se logró demostrar que los genes HOX de R.prolixus están agrupados en un cluster y se plantean cinco agrupamientos probables. Los ensayos funcionales se realizaron usando un gen HOX ‒scr‒ y un activador HOX ‒caudal‒ involucrado en el establecimiento del eje anteroposterior. Para ello, se pusieron a punto las técnicas de hibridación in situ de embriones completos ‒WMISH‒ y de ARNi parental. La expresión de scr mostró un patrón acorde a lo esperado en relación a las observaciones hechas en otros insectos. La ARNi mostró variantes en comparación con especies relacionadas, pero se ajusta muy bien a lo esperado. La expresión de caudal muestra las siguientes similitudes con respecto a otras especies estudiadas: (1) actúa tempranamente como gen de efecto materno, (2) se expresa en la región posterior del huevo en estado de blastodermo, (3) los efectos de la ARNi son semejantes a los encontrados en otros insectos de banda germinal corta. Sin embargo, en estados de banda germinal, los resultados de expresión difieren respecto a otras observaciones, esto puede estar en relación con mecanismos de sañalización aún no descriptos para este gen.

This thesis deals with the embryology of Rhodnius prolixus (Stähl, 1859), the establishment of functional techniques in this new developmental model (whole mount in situ hybridization ‒WMISH‒ and parental RNAi), the annotation of early developmental genes, and the functional assay for two of those genes, Sex combs-reduced (Rp-Scr) and caudal (Rp-cad). The aim of the investigation is to contribute to define and understand the basic components of developmental genetic networks that are target of evolutionary processes that shape insect morphology. The goals are to indentify and annotate orthologs to the HOX genes of Drosophila melanogaster (Meigen, 1830) in the R .prolixus genome, characterize the HOX cluster and determine the HOX function in R. prolixus by means of functional genomics. Seventy genes were identified, mostly homeobox-containing transcription factors. Twentysix sequences were analysed in detail, cured and annotated, including the eight canonical HOX. The results showed that the HOX genes of R. prolixus are clustered and five plausible organizations were proposed. The functional assays were performed by using the HOX gene Rp-Scr and the activator Rp-cad , involved in the anteroposterior axis patterning. Rp-Scr expression was similar to other insects. Rp-Scr RNAi showed some variants compared to related species, but it was in agreement with its known function, which was relevant to validate the techniques developed. Rp-cad expression showed that (1) it function early as a maternal gene, (2) it is expressed in the posterior of the egg in blastoderm stage, (3) the RNAi effects shows a posterior-to-anterio effect. In the germband stage, the expression suggests a long distance signalling mechanism at work.