Transcriptional study of photoperiodic response in aphids and characterization of candidate photoperiodic photoreceptors

Resumen

Acyrthosiphon pisum es una especie de pulgón altamente estacional. Durante la estación favorable, únicamente se producen hembras partenogenéticas vivíparas (virginóparas). En otoño, cuando hay menos luz (el fotoperiodo es más corto), A. pisum percibe la diferencia y las virginóparas paren machos y luego hembras sexuadas (ovíparas). Tras aparearse, las ovíparas ponen huevos que resisten el invierno y eclosionan en primavera, reiniciando el ciclo. Algunos mutantes que ocurren de forma natural no responden al fotoperiodo y se reproducen asexualmente durante todo el año. Se denominan anholocíclicos en contraposición a los holocíclicos, que tienen fase sexual. Se desconocen los mecanismos moleculares del cambio hacia la reproducción sexual y la molécula utilizada para detectar de longitud del día (el fotorreceptor fotoperiódico). El sistema fotoperiódico contaría con: una vía de entrada (la fotorrecepción), un núcleo y una vía de salida. Algunos mecanismos moleculares y genes involucrados en el sistema son compartidos con el reloj circadiano. Existen regiones del protocerebro del pulgón fundamentales para la respuesta fotoperiódica, como la pars lateralis (pl, fotorrecepción) y la pars intercerebralis (pi, inducción de virginóparas posiblemente mediante péptidos tipo insulina, ILP). El objetivo de esta tesis investigar los mecanismos y genes implicados en la respuesta fotoperiódica en pulgones, con especial interés en la fotosensibilidad mediante el estudio de los genes de las familias de opsinas y criptocromos (cry1 y cry2). Comparamos la expresión diferencial de pulgones expuestos a días cortos (SD, short days) que inducen la producción de machos (SD14) y hembras sexuadas (SD10). Encontramos que los pulgones expuestos a SD14 y SD10 expresan de manera diferencial genes relacionados con la síntesis de hormonas, neuropéptidos y neurotransmisores como la serotonina, JH, dopamina y melatonina. Además, encontramos rutas que implican a las ILP, la percepción de la luz y el remodelado cerebral. Detectamos, también, tres genes tipo takeout que podrían estar relacionados con la producción de sexuadas. Caracterizamos el repertorio de 7 genes de opsinas y el cry1 como candidatos en la fotorrecepción. Bajo condiciones de SD, encontramos que los genes de opsina y cry1 se sobreexpresan y que las ovíparas expresan cry1 rítmicamente. Localizamos la expresión de las opsinas visuales en ojos y encontramos que las opsinas cerebrales Ap-SWO4, Ap-C-Opsin y el cry1 se expresan en la pl. El efecto del fotoperiodo sobre estas opsinas y criptocromo y su localización apoyan su posible rol como receptores fotoperiódicos. Cry2 se expresa en pi, posiblemente como un factor de transcripción. Este trabajo aporta información sobre la respuesta fotoperiódica en pulgones, explorando las rutas comunes que dan lugar a tanto a machos como a ovíparas. Además, investigamos el proceso de fotosensibilidad en el fotoperiodismo mediante el estudio de opsinas y criptocromos en su rol como proteínas fotosensibles.