A Conexão Genética Entre Vespas de Figo e Figos

As plantas floridas e seus polinizadores insetos formaram uma relação bem próxima que ajuda a criar uma grande variedade de plantas e insetos. Apesar de como essas interações são comuns, a gente ainda não entende muito bem os fatores genéticos que influenciam as mudanças evolutivas delas em um nível pequeno. Essa falta de compreensão vem da complexidade de como esses organismos se relacionam com o ambiente, o que torna difícil diferenciar as várias pressões que os influenciam.

A interação entre as vespas das figueiras e as figueiras é um exemplo interessante de coevolução. As figueiras desenvolveram estruturas especiais parecidas com frutas, chamadas de siconios, que contêm suas flores. Essas flores são polinizadas apenas por vespas das figueiras, que precisam de flores específicas dentro dos siconios para colocar seus ovos. As vespas das figueiras passam a maior parte de suas vidas dentro desses siconios, com as fêmeas saindo só após o acasalamento e tendo um curto prazo para encontrar novos siconios.

As fêmeas das vespas são atraídas pelos cheiros específicos das figueiras que são suas anfitriãs. Mudanças nos aromas das figueiras podem afetar o comportamento das vespas, impactando o sucesso no acasalamento e na reprodução delas. Por isso, o reconhecimento do cheiro é super importante para manter a relação entre esses dois grupos. A relação estreita nos ciclos de vida deles sugere que aspectos como hábitos de vida, preferências de habitat e os cheiros das plantas de figueira influenciam muito a evolução das vespas, deixando marcas no material genético delas.

Desenvolvimentos recentes em estudos genômicos de organismos menos pesquisados trouxeram luz sobre as dinâmicas coevolutivas entre as figueiras e seus polinizadores. No entanto, poucas investigações examinaram como diferentes populações são afetadas pela relação que evolui entre elas. Portanto, estudos focados em espécies próximas são essenciais para entender o processo de evolução das figueiras e das vespas.

#Sistema de Pesquisa

As variedades de Ficus pumila e suas vespas associadas são ideais para estudar esses processos. Ficus pumila é um tipo de figueira que tem duas variedades distintas. Uma variedade é comum nas planícies da Ásia Oriental, enquanto a outra cresce em elevações médias em Taiwan. Essas duas variedades têm diferenças nos hábitos de vida, como o tamanho dos siconios e seus padrões de floração.

A ecologia dos polinizadores para o Ficus pumila não foi tão bem estudada. Inicialmente pensada como uma única espécie, estudos genéticos dividiram a vespa da figueira Wiebesia pumilae em três espécies diferentes. Duas dessas espécies polinizam a figueira rasteira, enquanto a terceira está ligada à figueira geléia. Estudos genômicos iniciais sobre a figueira rasteira e sua vespa associada forneceram insights valiosos sobre a coevolução dentro dessa dinâmica de polinização. No entanto, a história genética e os Processos Evolutivos específicos que afetam essas duas espécies de vespas ainda são pouco claros.

Neste estudo, apresentamos as sequências genéticas de duas espécies de vespas de figueira de Taiwan, correspondentes à figueira rasteira e à figueira geléia. Essas sequências genéticas nos ajudarão a entender melhor a coevolução delas. Primeiro, vamos analisar a história demográfica para explicar a separação das duas espécies. Em seguida, vamos avaliar as adaptações genéticas relacionadas aos ambientes diferentes. Através de testes de comportamento e análise de Expressão Gênica, vamos explorar a evolução das preferências de habitat delas. Por último, vamos integrar informações sobre receptores de cheiro de outras vespas para investigar a possível base genética da preferência de anfitrião na coevolução delas.

#Sequenciamento e Montagem do Genoma

Montamos o genoma da Wiebesia sp. 3 usando leituras longas de DNA e removemos qualquer contaminação possível. Depois de refinar o genoma preliminar usando leituras longas e curtas, acabamos com um genoma completo de um certo tamanho, com boa qualidade de montagem e mínima contaminação. As pontuações de qualidade mostraram que esse genoma é bastante completo e parecido com os de outras vespas. Além disso, coletamos leituras curtas de outra população de W. sp. 2 e fizemos uma montagem baseada em referência.

Os dois genomas foram anotados usando os mesmos métodos, o que nos permitiu identificar sequências repetitivas e prever genes codificadores de proteínas em ambas as espécies. Depois de refinar os dados, conseguimos um bom número de genes bem caracterizados, tornando essas anotações algumas das mais completas disponíveis para os genomas de vespas.

#História de Divergência das Espécies

Para entender como essas duas espécies divergiram, usamos um pipeline especial para analisar os dados genéticos de ambas. Simulamos e avaliamos diferentes modelos populacionais para descobrir como elas se separaram ao longo do tempo. O cenário mais apoiado mostrou que essas duas espécies começaram a se separar há cerca de 550.000 anos.

Essa separação coincidiu com um período de isolamento completo que durou de 80.000 a 10.000 anos atrás, alinhado com o Último Período Glacial. Depois desse período, a migração começou novamente, com mais movimento de uma das espécies em direção à outra.

#Diferenças nas Taxas Evolutivas

Analisamos as taxas de mudanças genéticas entre as duas espécies. Uma delas teve taxas de mudanças genéticas significativamente mais baixas em comparação com a outra. Também descobrimos que uma população da China continental teve uma taxa de mutação mais alta do que a W. sp. 2 de Taiwan.

Entre os genes compartilhados entre as duas espécies de vespas, alguns mostraram sinais de seleção ligados a funções biológicas específicas. Isso sugere que esses genes passaram por adaptações que podem influenciar suas interações com os hospedeiros figueiras.

#Especificidade do Hospedeiro nas Vespas de Figueira

Para explorar como essas vespas atraem diferentes hospedeiros, realizamos experimentos onde ambas as espécies foram introduzidas nos siconios de seus hospedeiros naturais e alternativos. O comportamento das vespas sugeriu que elas têm algum grau de especificidade de hospedeiro, com uma espécie entrando mais consistentemente nos siconios de seu hospedeiro natural do que a outra.

#Perfis de Expressão Gênica

Para ver se mudanças na regulação gênica impactam as preferências das duas espécies de vespas pelos seus hospedeiros, analisamos a atividade gênica delas. Um número significativo de genes foi encontrado ativo em ambas as espécies, com alguns ligados à capacidade delas de detectar cheiros. Isso sugere que a forma como essas vespas percebem o ambiente é um fator chave na capacidade delas de se adaptar e identificar seus respectivos hospedeiros.

#Evolução dos Genes Olfativos

Para entender como a evolução dos receptores de cheiro molda a relação entre as vespas e seus hospedeiros, expandimos nossa análise para incluir outras espécies de vespas. Diferenças no número de genes de receptores olfativos foram em grande parte conservadas, mas também mostraram padrões únicos entre as várias linhagens de vespas.

A análise indicou que certos genes relacionados à detecção de cheiro se expandiram em diferentes ramos da árvore genealógica das vespas. Essa natureza dinâmica da evolução gênica pode desempenhar um papel essencial em como as vespas reconhecem os aromas dos seus hospedeiros.

#Pressões de Seleção Aglomeradas

Avaliamos a pressão sobre os genes olfativos duplicados para ver se eles experienciavam diferentes níveis de seleção. Nossos resultados revelaram que genes duplicados tinham mais chances de passar por seleção positiva em comparação com genes não duplicados. Isso indica que essas duplicações podem levar a uma maior sensibilidade e adaptação ao ambiente olfativo delas, influenciando assim a coevolução das espécies de vespas e seus hospedeiros figueiras.

#Conclusão

Neste estudo, investigamos o panorama genético relacionado à evolução de duas espécies de vespas de figueira intimamente relacionadas. Ao integrar dados genômicos, transcriptômicos e comportamentais, descobrimos as mudanças genéticas que impulsionam a especialização ecológica e a coevolução olfativa nesses polinizadores.

Nossas descobertas enfatizam como ciclos de vida tão interligados moldam a adaptação e a diversificação de insetos como as vespas de figueira de acordo com as características de suas plantas hospedeiras. Esses resultados aumentam a compreensão das dinâmicas coevolutivas e iluminam os processos genéticos que impulsionam a diversificação.

Futuras pesquisas devem explorar ainda mais as relações entre essas vespas e seus hospedeiros figueiras e incluir outras espécies de vespas para obter uma imagem compreensiva de sua história coevolutiva. Embora tenhamos realizado análises multifacetadas, é essencial conectar dados moleculares com características observáveis através de estudos funcionais em ambas as vespas e figueiras.

Isso ajudará a aprofundar a compreensão de como mudanças genéticas informam os comportamentos e preferências dos animais enquanto interagem com seus ambientes.