03 Bigliardo Et Al - Upload a Document to Scribd

Acta zoológica lilloana 50 (1–2): 25–30, 2006 25 Estudio cromosómico y de la meiosis de dos especies de la subfamilia Phaneropterinae (Orthoptera, Tettigoniidae) R. de Bigliardo, Graciela 1-2; Ana María Frías de Fernández y Mabel Romero Sueldo 2 1 2 2 Facultad de Cs. Naturales e Instituto Miguel Lillo, UNT, Miguel Lillo 205, (4000) Tucumán, Argentina. Fundación Miguel Lillo, Miguel Lillo 251 (4000), Tucumán. Argentina. RESUMEN — “Estudio cromosómico y de la meiosis de dos especies de la subfamilia Phaneropterinae (Orthoptera, Tettigoniidae)”. Se analizaron los cariotipos y la meiosis en machos de Stilpnochlora incisa Brunner y Microcentrum lanceolatum (Burm.) de la subfamilia Phaneropterinae que no habían sido previamente estudiados. Todos los cromosomas son acrocéntricos, los machos de S. incisa presentan 2n = 31 y los de M. lanceolatum 2n = 23. Los ejemplares pertenecientes a las poblaciones de M. lanceolatum presentan una meiosis irregular con distintas anomalías que probablemente afecten la viabilidad de las espermátides. S. incisa se caracteriza por presentar una meiosis regular. Las irregularidades meióticas en las poblaciones de M. lanceolatum están relacionadas con la formación de puentes y fragmentos libres. Las rupturas espontáneas y fallas en el crossingover originarían estas anomalías que habrían determinado disminución de la fertilidad o fallas en la reproducción. PALABRAS CLAVE: Cariotipo, meiosis, Microcentrum lanceolatum, Stilpnochlora incisa, Tettigoniidae, Phaneropterinae, Orthoptera. A B S T R A C T — ”A Chromosomic study of two species of the Phaneropterinae subfamily (Orthoptera, Tettigoniidae)”. Karyotypes and meiosis in males of Stilpnochlora incisa Brunner and Microcentrum lanceolatum (Burm.) were analysed, belonging to Phaneropterinae subfamily, which had not been previously studied. All the chromosomes are acrocentric and S. incisa presents 2n = 31 and M. lanceolatum 2n = 23 in males, respectively. The specimens belonging to the M. lanceolatum population show an irregular meiosis with different anomalies which probably affect the viability of the spermatides; the studied specimens of S. incisa are caracterized by an irregular meiosis. The meiotic irregularities in populations of M. lanceolatum are related to the formation of bridges and free fragments. The spontaneous breakages and faults in the crossing-over would cause these anomalies which would have produced less fertility or reproduction failures. KEYWORDS: Karyotype, meiosis, Microcentrum lanceolatun, Stilpnochlora incisa, Tettigoniidae, Phaneropterinae, Orthoptera. INTRODUCCIÓN La familia Tettigoniidae pertenece a los Ortópteros que se caracterizan por presentar un gran rango de variación en el número cromosómico, como así también en el tipo de mecanismos de determinación del sexo. En nuestro país, la subfamilia Phaneropterinae es la más estudiada dentro de los Tettigoniidae y el complemento cromosómico diploide se encuentra entre 2n = 9 y 2n = 39 en los machos (Ferreira, 1969; Aswathanarayana, 1998). En este trabajo presentamos observaciones citogenéticas de dos poblaciones de la subfamilia Phaneropterinae: Stilpnochlora incisa Brunner, 1878 y Microcentrum lanceolatum (Burm. 1838), de las cuales no se conocen antecedentes. También des- cribimos irregularidades observadas en una de estas poblaciones que nos harían pensar en la existencia de ejemplares híbridos en las poblaciones de M. lanceolatum. Este estudio contribuiría a ampliar el conocimiento de la estructura y evolución de este grupo. M AT E R I A L E S Y M É T O D O S Para este estudio se utilizaron ejemplares machos coleccionados en el Parque Nacional Calilegua ubicado en la provincia de Jujuy (Argentina) entre el Trópico de Capricornio y los 24º de latitud Sur y los 64º30’ y 65º W. Los muestreos se realizaron en los meses de noviembre-di- 26 G. R. de Bigliardo et al.: Estudio cromosómico y de meiosis en Phaneropterinae Fig. 1. Cariotipo del complemento haploide de una metafase espermatogonial de un ejemplar macho de Stilpnochlora incisa. La barra representa 10 µ. ciembre de 2000-2001. La captura se realizó con trampa de luz mezcladora (160 Wts) colocadas desde el atardecer y durante 6 horas, a diferentes alturas (Aguas Negras, 600 m; Mesadas Las Colmenas, 1150 m y Abra las Cabras, 1700 m). Se coleccionaron 32 ejemplares machos adultos de S. incisa (n = 15+X) y 8 de M. lanceolatum (n = 11+X). Para el estudio de la meiosis a los testículos se los sometió a un choque hipotónico con ClK 75 mM durante 30’, fijados en metanol-ácido acético (3:1) y la coloración utilizada fue Feulguen, con una hidrólisis previa con HCl 1N durante 20’ a 60 ºC. Los folículos se aplastaron con ácido acético al 45% usándose un medio de montaje neutro para realizar las preparaciones definitivas. Para la descripción de la morfología de los cromosomas se usó la no- menclatura de Levan et al. (1964). Los cariotipos se confeccionaron en base a células gonadales en metafase. R E S U LTA D O S Las observaciones realizadas han revelado en S. incisa un complemento cromosómico de 2n = 31 (30 + X) en los machos, formado por cromosomas acrocéntricos y un sistema de determinación del sexo del tipo XX: XO. Los cromosomas autosómicos se diferencian en: dos pares largos (L1-L2); ocho pares medianos (M3M10) y cinco pares pequeños (S11-S15). El cromosoma sexual X es también acrocéntrico (Fig. 1). M. lanceolatum tiene un complemento cromosómico constituido por 2n = 23 (22A + X0) en los machos. Todos los cro- Fig. 2. Cariotipo del complemento haploide de una metafase espermatogonial de un ejemplar macho de Microcentrum lanceolatum. La barra representa 10 µ. Acta zoológica lilloana 50 (1–2): 25–30, 2006 27 mosomas son acrocéntricos y de acuerdo a su tamaño se agrupan en tres pares largos (L1-L3); cinco pares medianos (M4M8); tres pares pequeños (S9-S11) y el cromosoma sexual X se ubica entre los cromosomas de tamaño mediano (M) (Fig. 2). En el análisis de la meiosis en S. incisa no se han detectado irregularidades en el comportamiento cromosómico en los distintos estadíos. Observamos paquinemas con bloques heterocromáticos grandes y fuertemente heteropicnóticos (Fig. 3a); diplonemas con el cromosoma sexual claramente diferenciado de los autosomas (Fig. 3b) o bien metafases donde el cromosoma sexual X se aleja de la placa medial, como ocurre normalmente en los Ortópteros (Fig. 3c). Nuestras observaciones realizadas en el 100% de los individuos colectados, evidenciaron comportamiento meiótico regular, formando 15 bivalentes más el cromosoma sexual X. Del total de ejemplares colectados de M. lanceolatum el 66,66% han mostrado anomalías en diferentes etapas de la división celular meiótica. En un elevado número de células interfásicas (54%) no se observaron nucleolos. En cigonemas y paquinemas, donde la cromatina muestra una condensación normal, el nucleolo se halla ubicado distante de la masa nuclear (Fig. 4a). En diplonemas y diacinesis se han observado hasta 3 univalentes con una frecuencia del 70%. En el 70% de las células en metafase I (Fig. 4b) se evidenciaron cromosomas bivalentes rezagados. Al analizar la anafase I se detectaron cromosomas rezagados en el 75% de las mismas (Fig. 4e-f) y un 15% de células con puentes (Fig. 4c-d) que no llevarían a la formación de fragmentos en una misma proporción en la telofase I (Fig. 4g). La frecuencia de fragmentos libres fue solamente del 8%, la que es sensiblemente menor que la frecuencia de puentes observados. No hemos detectado diferencias en el tamaño de los fragmentos. Las observaciones de las células en telofase II, también muestran cromosomas rezagados (Fig. 4h). Las dos especies estudiadas tienen una amplia distribución en el continente Fig. 3. Meiosis en S. incisa 2 n = 31 (30 A + X) en machos: a) paquitenes con bloque heterocromáticos (flecha curva), b) diplotene con el cromosoma sexual diferenciado del resto de los autosomas (punta de flecha), c) metafase I: la flecha indica el cromosoma sexual X. Escala: 10 µ. americano; se extienden desde el Sur de Estados Unidos hasta Argentina. En nuestro país predominan en el Noroeste, siendo abundantes durante los meses de primavera y verano. Las observaciones realizadas durante las campañas de recolección indicaron grandes diferencias en el tamaño de ambas poblaciones. En el caso de M. lanceolatum son escasos los ejemplares en contraste con S. incisa que se 28 G. R. de Bigliardo et al.: Estudio cromosómico y de meiosis en Phaneropterinae Fig. 4a-d. Meiosis en M. lanceolatum 2 n = 23 (22 A + X) en machos: a) cigotene con el nucleolo separado de la masa cromatínica, b) metafase I con cromosomas rezagados (flechas), c-d) anafase I donde se observan puentes (triángulo blanco) y fragmentos (triángulo negro). presentan como una población con un número elevado de individuos. No hemos observado significativas diferencias en el comportamiento meiótico de las especies colectadas a diferentes alturas. DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES Los resultados obtenidos nos muestran una clara diferencia en el comportamiento meiótico de ambas especies, que podrían correlacionarse con la baja frecuencia poblacional encontrada en una de las especies (M. lanceolatum). La existencia en M. lanceolatum de células donde el nucleolo está ausente en algunos casos o se encuentra muy alejado de la masa nuclear en otros, hace suponer la existencia de un desequilibrio genético que lleva a la posibilidad de su eliminación durante el curso de la división. La presencia de puentes y fragmentos sería el resultado de rupturas cromosómicas espontáneas como han sugerido distintos autores (Lewis y John, 1966; Gozálvez y López Fernández, 1981). La falta de correlación entre el número de puentes en anafase I y los fragmentos libres en telofase I, se deberían principalmente a que cuando los puentes experimentan el proceso de estiramiento, las cromátidas se separan sin producir rupturas. Las rupturas que se producen pueden considerarse consecuencia de errores en el mecanismo de formación de quiasmas (Lewis y John, 1966; John y Hewitt, 1968; John, 1987; Camacho, 1985). La Acta zoológica lilloana 50 (1–2): 25–30, 2006 29 Fig. 4e-h. Meiosis en M. lanceolatum 2 n = 23 (22 A + X) en machos: e-f) anafase I donde se observan cromosomas rezagados (flechas) y fragmentos (triángulos negro), g) telofase I: la flecha indica el cromosoma rezagado y el triángulo negro un fragmento, h) telofase II con cromosomas rezagados (flechas). Las barras representan 10 µ. ausencia de una verdadera asociación entre los homólogos, probablemente producto de un rearreglo cromosómico, sería un impedimento en la resolución de un quiasma normal. La ocurrencia de una inversión paracéntrica heterocigótica determinaría la carencia de homología entre las cromátidas, afectando la frecuencia de quiasmas y la recombinación, como resultado de un incremento significativo de la interferencia. Los rearreglos cromosómicos se correlacionan negativamente con la recombinación y la frecuencia de quiasmas. Las rupturas en la molécula de ADN son normalmente restituidas por un mecanismo de reparación, pero si los factores que provocan las rupturas persisten, el mecanismo no opera convenientemente para reparar el daño y se produce un elevado número de células aberrantes. Por otra parte si el puente persiste podría conducir a una no-disyunción, en donde ambos bivalentes se dirigirían al mismo polo y formarían gametas no funcionales. Las inversiones son muy comunes en las poblaciones naturales y bien conocidas en híbridos interespecíficos (Barton y Hewitt, 1981, 1985, 1989; Camacho, 1985). Al analizar las aberraciones estructurales dentro de las poblaciones de M. lanceolatum encontramos una marcada incidencia de las inversiones. Esto nos permite sugerir que las mismas son las responsables del origen de la formación de ejemplares híbridos. La falta de homología cromosómica y la baja frecuencia de recombinación reduce el flujo génico y afectan cualitativamente a las poblaciones estudiadas. Por otro lado, factores tales, como los rearreglos cromosómicos y la no-disyunción, al originar gametas inviables, inciden cuanti- 30 G. R. de Bigliardo et al.: Estudio cromosómico y de meiosis en Phaneropterinae tativamente sobre la población de M. lanceolatum disminuyendo el número de individuos en la misma. Los mecanismos meióticos regulares determinan en los organismos diploides un perfecto apareamiento y distribución equitativa de los cromosomas homólogos. La existencia de mecanismos que modifiquen el comportamiento meiótico incidirían en una disminución de la fertilidad como sugerimos que ha ocurrido en M. lanceolatum. BIBLIOGRAFÍA Aswathanarayana, A. V. 1998. A novel karyotipe in a South Indian Tettigonid. (Subfam.: Listroscelinae – Orthoptera). Cytologia, 63 (2): 229233. Barton, N. H. & G. M. Hewitt. 1981. Hybrid zones and speciation. En: Essays on Evolution and speciation Atchley, W. R. and Woodruff, D. S. Cambridge University Press, Cambridge, pp. 109-145. Barton, N. H. & G. M. Hewitt. 1985. Hybrid zones. Annual Reviews of Ecology and Systematic, 16: 113-148. Barton, N. H. & G. M. Hewitt. 1989. Adaptation, speciation and hybrid zones. Nature, 341: 497503. Camacho, J. P. M. 1985. Las reordenaciones cromosómicas en la evolución de los sistemas genéticos de Ortópteros. En: Orthoptera, vol. 1, Gozálvez, J.; López Fernández, C. y García de la Vega, C. Fundación Ramón Aredes. Madrid, pp. 114-136. Ferreira, A. 1969. Chromosome survey of some Australian Tettigoniids (Orthoptera-Tettigoniodea). Two species with neo XY sex-determining mechanism. Cytologia, 34: 511-522. Gozalvez, J. & C. Lopez Fernandez, C. 1981. Extra heterochromatin in natural populations of Gomphocerus sibiricus (Orthoptera-Acrididae). Genetica, 56: 197-204. John, B. 1987. The orientation behavior of multiple chromosome configurations in Acridid grasshoppers. Genome, 29: 292-308. John, B. & G. M. Hewitt. 1968. Patterns and pathways of chromosome evolution whithin the Orthoptera. Chromosoma, 25: 40-74. Levan, A.; K. Fregda & A. A. Sandberg. 1964. Nomenclature for centromeric position on chromosomes. Hereditas, 52: 201-220. Lewis. K. R. & B. John. 1966. The meiotic consequences of spontaneous chromosome breakage. Chromosoma, 18: 287-304.