Arquitectura
genética de caracteres morfológicos vinculados al tamaño corporal en Drosophila melanogaster
Dra. Valeria Carreira
El tamaño corporal es un
carácter adaptativo cuya variación tiene base genética, depende de factores
ambientales y muestra una multiplicidad de interacciones con otros componentes
del fitness. En trabajos previos, hemos identificado genes que contribuyen a la
expresión de caracteres vinculados al tamaño corporal y hemos estudiado su
variación en líneas de sustitución cromosómica de Drosophila melanogaster
derivadas de poblaciones naturales dispuestas a lo largo de gradientes
geográficos del oeste de Argentina. Los resultados revelaron que, en todos los
casos, la variación fenotípica tiene bases genéticas y que algunos caracteres
varían con la latitud y la altitud, lo que estaría de acuerdo con la hipótesis
adaptativa del origen de las clinas. En este contexto, nos hemos propuesto
identificar y caracterizar las regiones variables de genes vinculados a
caracteres morfológicos relacionados con el tamaño corporal en líneas
isogénicas de D. melanogaster criadas a distintas temperaturas. Por un lado,
llevamos adelante dicho estudio utilizando líneas isogénicas de una población
norteamericana de genoma conocido. Por otro lado, empleamos líneas isogénicas
derivadas de dos poblaciones naturales de Argentina que se corresponden con los
extremos de un gradiente altitudinal previamente estudiado. El genoma de estas
líneas también estará disponible próximamente. Los análisis de asociación genotipo-fenotipo permitirán identificar y caracterizar regiones
variables del genoma vinculadas a la variación de los caracteres estudiados
para cada población y en
cada condición ambiental ensayada.
La
arquitectura genética del desempeño en el vuelo de Drosophila
Dra. Valeria Carreira
El desempeño en el vuelo es
un carácter asociado a la capacidad dispersiva de los organismos. Trabajos
previos han postulado que dicho carácter está influenciado por diversas
características morfológicas en los insectos. Sin embargo, son pocos los
estudios que han demostrado una relación entre este carácter y variables
morfológicas o ambientales. Más aún, no hay estudios que hayan identificado y
caracterizado su base genética y la relación de ésta con el ambiente. En este
contexto, nos proponemos estudiar la variación del desempeño en el vuelo en
diversas condiciones ambientales, y su relación con caracteres morfológicos que
puedan afectar la eficiencia del vuelo, en machos y hembras de Drosophila
koepferae, D. buzzatii, D. simulans y D. melanogaster derivados de una misma
localidad. Además, analizaremos el dimorfismo sexual y la plasticidad
fenotípica del desempeño en el vuelo así como el aporte de la variación
genética y la interacción genotipo-ambiente, en líneas isogénicas derivadas de
tres poblaciones naturales de D. melanogaster. Finalmente, estudiaremos las
bases genéticas (polimorfismos nucleotídicos y genes candidatos) de éste
carácter mediante análisis de asociación de genomas completos, utilizando
dichas líneas.
Bases
genéticas de estimadores del éxito reproductivo y su relación con el
tamaño corporal y el vuelo en Drosophila
melanogaster
Dra. Valeria Carreira
En trabajos previos se ha
postulado que distintos estimadores del éxito reproductivo (EER) se vinculan
con el tamaño corporal y el vuelo en Drosophila. Sin embargo, pocos estudios
han demostrado una relación consistente entre estos caracteres en distintas
condiciones ambientales y prácticamente no hay estudios que hayan caracterizado
las bases genéticas de la relación entre los mismos así como de esta con el
ambiente. En ese sentido, nos proponemos analizar las bases genéticas del
tiempo de latencia hasta la cópula (TLC) y la fecundidad (FEC) en moscas
criadas en distintas condiciones ambientales representativas de las observadas
en gradientes altitudinales. Asimismo, estudiaremos la relación entre los EER
mencionados y distintos estimadores del tamaño corporal y el vuelo en cada
condición ambiental analizada. Todo esto será llevado a cabo utilizando
líneas isogénicas de D. melanogaster de genoma conocido, las cuales han sido
originadas a partir de diferentes poblaciones naturales. Este sistema permitirá
identificar y caracterizar factores genéticos relacionados con la variación de
los EER mediante análisis de asociación genotipo-fenotipo.
Mapeo
genético del periodo refractario de la hembra de Drosophila (un carácter blanco de la selección sexual) mediante
secuenciación masiva
Dr. Esteban Hasson
El comportamiento de
re-apareamiento de la hembra es de gran importancia en estrategias de control
biológico de poblaciones de insectos. No solo es blanco de la selección sexual
postcopulatoria sino también un determinante de la competencia entre esperma de
diferentes machos en el tracto reproductivo femenino. Sin embargo, se conoce
poco acerca de su arquitectura genética. Las nuevas tecnologías de
secuenciación de ADN (Next Generation Sequencing -NGS-) y la reducción de sus
costos están permitiendo rápidos avances en el estudio genético de caracteres
complejos. Investigaremos la arquitectura genética del comportamiento de
reapareamiento cuantificando el lapso durante el cual, luego de copular las
hembras no son receptivas a nuevas cópulas (período refractario (PR) en Drospohila buzzatii, D. antonietae y D.
koepferae. Las hembras de las dos primeras reaparean dentro de las 6 hs
posteriores a la primer cópula,en tanto que la tercera tiene un período
refractario mayor. Mediante selección en el laboratorio obtendremos poblaciones
de D. buzzatii y D. koepferae con PRs divergentes (rápidas y lentas) respecto de las
poblaciones de origen. Mediante una metodología que combinará la
fenotipificación y la genotipificación por secuenciación por NGS,
identificaremos SNPs que muestren cambios en sus frecuencias entre poblaciones
divergentes y el control respectivo dentro de cada especie. Asimismo,
realizaremos el mapeo mediante NGS de regiones genómicas implicadas en la
divergencia interespecífica del PR combinando la hibridación interespecífica
(D. antonietae x D. koepferae), la introgresión mediante sucesivos
retrocruzamientos en ambas direcciones y la selección del fenotipo opuesto al
de la especie receptora. El siguiente paso será la obtención de líneas
cuasi-isogénicas (NILs) a partir de las líneas de introgresión por cruzamientos
entre hermanos para realizar un mapeo fino de las regiones candidatas mediante
la secuenciación de 4 individuos de cada NIL. En ambos experimentos de mapeo
usaremos un método de genotipado rápido por NGS. Una vez identificados los
genes realizaremos pruebas de validación funcional utilizando técnicas de
edición genómica por CRISPR/CAS9 y evaluaremos las tasas de evolución de los
genes candidatos.
Genómica de la
divergencia morfológica de la genitalia del macho en el modelo Drosophila
Dr. Esteban Hasson
Uno de los ejemplos más sorprendentes de diversidad
morfológica en los animales es la variación en el tamaño y la forma de las
estructuras reproductivas externas. Los estudios comparativos y experimentales
indican que la diversificación de las estructuras genitales habría sido
impulsada primariamente por la selección sexual post-copulatoria a través de la
elección críptica de la hembra. No obstante, no pueden descartarse
explicaciones alternativas como la hipótesis cerradura-llave sensorial y la
pleiotropía. Las tecnologías de secuenciación de ADN de alto rendimiento (Next
Generation Sequencing -NGS-) están permitiendo vertiginosos avances en el
estudio de la arquitectura genética de caracteres complejos. En este proyecto
investigaremos la arquitectura genética de la divergencia interespecífica en la
morfología del órgano intromitente (aedeago) en tres especies de Drosophila: D.
buzzatii (Dbu) y D. borborema (Dbo) que se caracterizan por un aedeago pequeño
y D. koepferae (Dk) que tiene un aedeago grande de carácter más generalizado.
Utilizando un método que combina la hibridación interespecífica y la
introgresión selectiva basada en el fenotipo de la genitalia, mediante sucesivos
retrocruzamientos, realizaremos el mapeo de regiones genómicas candidatas con
NGS. El siguiente paso será la obtención, a partir de las líneas de
introgresión, de líneas cuasi-isogénicas (NILs) mediante cruzamientos entre
hermanos para poder realizar el mapeo fino de las regiones candidatas
secuenciando cinco individuos de cada NIL. Para esto usaremos un método de
genotipificado rápido que permite caracterizar 96 individuos en una sola calle
de un equipo de NGS. También obtendremos los transcriptomas por ARNseq a partir
de la placa genital de machos de las especies parentales y de dos NILs (de cada
introgresión) con la intención de establecer si las diferencias morfológicas
interespecíficas pueden explicarse por expresión diferencial de genes en alguna
de las etapas de la diferenciación. Finalmente, realizaremos pruebas de
validación funcional (transgénesis) y evaluaremos las tasas de evolución de los
genes candidatos en forma comparativa con otros genes. Los resultados del
proyecto nos permitirán abordar uno de los principales desafíos de la biología
contemporánea: establecer un puente entre los genes (o de las secuencias de
ADN) y los caracteres cuantitativos complejos.
Genómica Evolutiva y transcriptómica del uso de los recursos en el desierto: el caso de D. buzzatii y D. koepferae y sus cactus hospedadores
Genómica Evolutiva y transcriptómica del uso de los recursos en el desierto: el caso de D. buzzatii y D. koepferae y sus cactus hospedadores
Dr. Esteban Hasson
Nos proponemos
dilucidar las bases genéticas de la adaptación y la tolerancia a compuestos
tóxicos naturales en especies de Drosophila mediante la caracterización del
transcriptoma y la variación genómica (SNPs) usando técnicas de secuenciación
de alto rendimiento. Emplearemos como modelo dos especies cercanamente
emparentadas del género Drosophila (D. buzzatii y D. koepferae) que utilizan
como recursos naturales de cría y alimentación cactáceas que difieren entre sí
en la presencia/ausencia de alcaloides. En primera instancia, secuenciaremos
los genomas de ambas especies con el fin de contar con genomas de referencia
utilizando secuenciación de alto rendimiento (next generation sequencing). En
segundo lugar, mediante la técnica de RNAseq investigaremos los patrones de
expresión génica (transcriptoma) en al menos 3 líneas de cada especie criadas
en dos tipos de cactus hospedador la tuna Opuntia sulphurea y el cardón
Trichocereus terschekii, en medio de laboratorio (control) y en medio de
laboratorio con la adición de una fracción alcaloidea aislada de cardón. De
esta manera esperamos identificar genes y rutas metabólicas que se expresan
diferencialmente en cada planta hospedadora y en presencia del tóxico. Una vez
identificados los principales genes y rutas metabólicas cuantificaremos la
variación natural dentro y entre especies y analizaremos las tasas de evolución
de los genes candidatos con el fin de descubrir las regiones afectadas por
eventos de selección natural responsables de la tolerancia. También, cuantificaremos
las variantes producidas en moscas sometidas a selección para mayor tolerancia
a alcaloides (líneas de selección artificial), tanto dentro como entre especies
y estableceremos si las mismas muestran evidencia de evolución adaptativa.
Desde una punto de vista biomédico, nuestros resultados podrán proporcionar una
perspectiva original y novedosa, desde una vertiente básica, para el análisis
genético de rutas metabólicas asociadas a la detoxificación de compuestos
tóxicos en humanos y al estudio de las bases genéticas de las adicciones al uso
de alcaloides.
Genética poblacional
de Cactoblastis cactorum (Lepidoptera, Pyralidae) plaga de la
tuna (Opuntia ficus-indica) utilizando secuenciación de ADN de nueva
generación (NGS)
Dr. Esteban Hasson
El
objetivo general del proyecto en que se inscribe el presente plan de beca es
profundizar en el conocimiento básico de la polilla plaga de la tuna Cactoblastis
cactorum con el fin de desarrollar un programa de manejo integrado de
la plaga (MIP) que permita brindar soluciones a los problemas de los
productores. El objetivo general del plan de beca es establecer e identificar
cuántos biotipos conforman la especie en su área de
distribución, utilizando modernas metodologías de análisis genómico y
herramientas bioinformáticas. Este enfoque permitirá dilucidar la historia
evolutiva reciente y el estatus taxonómico de las poblaciones de C.
cactorum de Argentina y, de esta manera, avanzar hacia el desarrollo
de variedades de cultivares de tuna resistentes y estrategias de control efectivas
que tomen en cuenta la diversidad genética y ecológica de la plaga. Los
objetivos específicos son: 1) realizar un estudio filogeográfico basado en el
uso de la variación en la secuencia del gen mitocondrial Citocromo oxidasa I
(COI) de la plaga incluyendo poblaciones de todas las regiones en donde se ha
identificado su presencia y 2) realizar un estudio de estructuración
poblacional utilizando la metodología de análisis genómico conocida como
ddRadseq.
Nuestras hipótesis de
trabajo son: H1) C. cactorum es un colectivo de
poblaciones genéticamente diferenciadas o ecotipos, y H2) Hay flujo
génico en las zonas de contacto entre diferentes ecotipos.
La
vida en pausa: metabolismo y evolución de la diapausa reproductiva en Drosophila
Dr. Julián Mensch
La diapausa reproductiva es
uno de los ejemplos más claros de plasticidad fenotípica adaptativa mediante el
cual los organismos ectotérmicos reducen drásticamente su metabolismo
energético durante los períodos invernales. En este estado fisiológico
distintivo, se redirecciona la energía que generalmente está destinada a la
reproducción hacia la homeostasis y supervivencia del organismo. De esta
manera, si bien el metabolismo energético disminuye drásticamente, existen
funciones vitales que demandan energía y que resultan fundamentales para
atravesar los períodos de escasez de alimento y prolongado frío que impone el
invierno. El objetivo del presente plan es investigar nuevos mecanismos
adaptativos involucrados en la tolerancia frente a factores de estrés térmico
en especies relacionadas de Drosophila pero con distinto origen biogeográfico.
La posibilidad de entender las bases genéticas y fisiológicas que regulan y
mantienen la homeostasis a bajas temperaturas abrirá un conjunto de
posibilidades a la hora de entender no sólo la historia evolutiva de este grupo
de especies sino también identificar mecanismos relevantes de
crío-preservación.
Estudio del mapa
genotipo-fenotipo en caracteres adaptativos de Drosophila melanogaster
Dr.
Juan José Fanara
Uno
de los paradigmas en biología es identificar y comprender las relaciones
mecanísticas, funcionales y regulatorias asociadas a la interfase
genotipo-fenotipo y dilucidar las causas genéticas que contribuyen a la
diversidad biológicas. En este aspecto el
objetivo general del proyecto es estudiar la arquitectura genética de
caracteres adaptativos en Drosophila. Los objetivos específicos que nos
planteamos son:
- investigar la variabilidad fenotípica, plasticidad fenotípica y las interacciones genotipo-ambiente y genotipo-sexo cuando corresponda, que contribuyen a la variación de caracteres cuantitativos adaptativos. Se estimarán parámetros genéticos cuantitativos, variabilidad genética críptica y el porcentaje de la variación fenotípica total atribuibles a la interacción genotipo-ambiente (IGA) y la interacción genotipo-sexo (IGS) de un conjunto de caracteres de naturaleza adaptativa
- estudiar las bases genéticas de dicha variación mediante el análisis de polimorfísmos genéticos asociados a la variabilidad fenotípica que se detecte. Las hipótesis que planteamos son: a) los factores genéticos implicados en la variación fenotípica de los caracteres estudiados se distribuyen en forma aleatoria en el genoma, b) los genes y c) los nucleótidos responsables de la variación intra-poblacional son los mismos en las poblaciones naturales que estudiaremos.
- analizar los patrones de polimorfismo y divergencia a nivel de la secuencia de los genes candidatos. Este estudio permitirá comprender los procesos evolutivos que actúan sobre los genes asociados a la variabilidad fenotípica de los caracteres adaptativos tanto en el análisis de la variación intraespecífica como interespecífica. Las hipótesis que evaluaremos son: 1) los genes pleiotrópicos presentan mayores restricciones selectivas que se traducen en menores tasas de evolución respecto de genes menos pleiotrópicos y 2) el polimorfismo y la divergencia en las secuencias de los genes implicados en la expresión de caracteres adaptativos muestran huellas de selección positiva.
Para
este fin utilizaremos líneas homocigotas para todos los loci provenientes de
diferentes poblaciones naturales en las cuales se mediaran caracteres
cuantitativos complejos en diferentes condiciones ambientales. Los estudios de
asociación variabilidad genética - variabilidad fenotípica se realizará a
través de la identificación y caracterización de QTL. La metodología propuesta
nos permitirá determinar genes y polimorfismos nucleotídicos involucrados en la
variación de caracteres adaptativos. Nuestra investigación se enmarca en la
dilucidación del análisis de los factores genéticos y ambientales subyacentes a
la variabilidad fenotípica que es el sustrato para que opere la selección
natural generando evolución adaptativa.
Ecología y
genética de Drosophila suzukii
(Diptera: Drosophilidae) asociada a diferentes especies de fruta de alto valor
comercial, para el diseño de estrategias para su manejo y control
Dr. Juan
José Fanara
El
movimiento de especies y su introducción fuera de sus rangos de origen es una
de las amenazas más serias a la conservación de la biodiversidad y un creciente
riesgo de gran impacto económico para la agricultura en todo el mundo.
Recientemente se ha detectado en la Argentina una nueva especie invasora
asociada a frutos de alto valor comercial, Drosophila
suzukii, conocida como "Drosofila de alas manchadas", que reviste
una gran amenaza para éstos y otros frutales como cerezo, vid, durazno y
ciruelo. Los graves daños detectados en los países donde ya se ha introducido,
sumado a los observados en nuestra región, hacen necesario llevar adelante
investigaciones a fin de generar información sobre la plaga para el desarrollo
de un manejo integrado. El proyecto que se presenta será llevado adelante por
un grupo interdiscilinario con investigadores del Instituto de Ecología y
Desarrollo Sustentable (INEDES, CONICET-UNLu) y al Instituto de Ecología,
Genética y Evolución de Buenos Aires, (IEGEBA, (CONICET - UBA), y realizará
estudios sobre la variabilidad genética y la ecología de las poblaciones de
esta especie invasora en Argentina. El objetivo general se centra en
caracterizar aquellos factores ecológicos, genéticos y fisiológicos asociados a
la alta invasividad de Drosophila suzukii,
a fin de desarrollar estrategias de manejo integrado de esta especie. El
proyecto se llevará adelante en tres módulos complementarios:
A.
Caracterización y análisis de factores asociados a la invasividad de D. suzukii;
B. Estudio de la dinámica
poblacional, biogeografía y filogenia de D.
suzukii en poblaciones argentinas;
y C. Control integrado (controles
culturales, químicos, biológicos y competidores) de D. suzukii. Estas tres líneas complementarias perseguirán los
siguientes objetivos específicos: 1- Evaluar la preferencia de D. suzukii entre diferentes especies y
variedades de frutas de alto valor comercial, 2- Evaluar el desempeño de D. suzukii en las mismas, 3- Cuantificar
la dinámica poblacional de D. suzukii
asociada a distintas especies de plantas hospedadoras, 4- Cuantificar los
componentes genéticos y ambientales que contribuyen a la variación genotípica
total en distintas poblaciones de Argentina, 5- Determinar si hubo uno o varios
eventos de invasión en Argentina e identificar su procedencia, 6- Describir la
distribución geográfica de la especie en nuestro país, 7- Evaluar la eficacia y
residualidad de algunos insecticidas sobre D.
suzukii y 8- Determinar la presencia de especies de enemigos naturales que
puedan estar utilizando a D. suzukii como
recurso alimenticio.
Estos
estudios permitirán conocer la dinámica de de la especie y generar información
acerca de la preferencia alimentaria de la mosca entre especies y variedades
frutales de importancia en la región, detectar nuevas áreas y hospedadores
potenciales de esta plaga así como potenciales enemigos naturales. Se espera
así aportar herramientas para el manejo integrado de la especie.
En colaboración con el Laboratorio de Biología Integral de Sistemas Evolutivos (link)
Comunidades de artrópodos asociadas a cactus necrosados.
Dra. Valeria Carreira y Dr. Ignacio Soto
Los artrópodos constituyen el componente más diverso de los ecosistemas terrestres ocupando prácticamente cada nicho y microhábitat disponible. Constituyen a su vez un excelente grupo indicador ya que responden rápidamente a los cambios ambientales. La presente propuesta se centra en el estudio de la comunidad de artrópodos de la Reserva Natural de Valle Fértil en la Provincia de San Juan. La Reserva ha sido reconocida como un área de alta incidencia de endemismos. El objetivo del proyecto es caracterizar la comunidad de especies de artrópodos con énfasis en aquellas asociadas a los tejidos de cactus en descomposición. Con esto, nos proponemos realizar una primera aproximación al inventario de especies de la Reserva, lo cual permitirá:
- Evaluar la importancia de los cactus y la incidencia de sus tejidos necrosados en la biodiversidad de los ambientes xéricos.
- Establecer la existencia de sucesiones faunales durante el proceso de descomposición de las cactáceas.
- Relevar la biodiversidad en muchos aspectos desconocida de un ambiente muy sensible a las perturbaciones climáticas o antrópicas en una zona de alto nivel de endemismo.
- Proveerde información necesaria para el servicio de Parques Nacionales permitiéndole gestionar de manera más eficiente sus recursos al mismo tiempo que consigue listas actualizadas y estimaciones de abundancia de las especies presentes en la Reserva.
- Fomentar el conocimiento y responsabilidad con la preservación del ambiente de la comunidad local.
Metagenómica de agentes microbianos involucrados en modelos de coevolución plantas-artrópodos y su posible rol en el desarrollo de fitopatologías.
Dra. Valeria Carreira y Dr. Ignacio Soto
El modelo ecológico Drosophila-cactus es una herramienta poderosa para investigar la coevolución planta-insecto y estrategias antiherbivoría. Por décadas se ha acumulado conocimiento sobre las especies que explotan los cactus y la gran batería de metabolitos secundarios que estos últimos sintetizan afectando el fitness de los insectos fitófagos. En los ambientes desérticos los bolsillos necróticos de las cactáceas son uno de los microambientes de mayor diversidad de artrópodos por sus condiciones excepcionales de humedad, nutrientes disponibles y temperatura. Sin embargo, hay un tercer elemento crucial de este modelo y lo constituyen la comunidad de microorganismos que colonizan los tejidos necróticos, conducen descomposición y contribuyen a la fermentación de los mismos determinando muchas de las características químicas y nutricionales que serán aprovechadas por la comunidad de insectos. El presente proyecto busca identificar la composición y evolución temporal de la comunidad de microorganismos asociada a las necrosis de las cactáceas en territorio nacional. Buscamos contribuir con un valor fundamental que es conocer la biodiversidad presente en nuestras poblaciones naturales, especialmente aquella que es críptica para los estudios tradicionales que requieren cultivo
en el laboratorio. Por otro lado, y debido a que estamos estudiando un ambiente químicamente muy complejo, nuestra aproximación nos permitirá simultáneamente explorar aquellos organismos creciendo a pesar de la presencia de alcaloides u otras toxinas naturales y aquellos con posibles implicancias fitosanitarias: algunos poblaciones de cardones presentan alta incidencia de necrosis generalizadas con caída de ejemplares enteros y la tuna (Opuntia ficus-indica) es un cultivo importante de regiones áridas de nuestro país, no exenta de infecciones microbianas pero con casi nula información sobre diagnosis, sintomatología y control de enfermedades propias del cultivo.
Especialización ecológica y coevolución en el sistema Cactus-Levadura- Drosophila.
Dra. Valeria Carreira y Dr. Ignacio Soto
El presente proyecto busca sentar las bases que permitan establecer, de manera completa, el modelo cactus-levadura-Drosophila en la Argentina a partir de un enfoque integral de todos los componentes bióticos del sistema. Interesa contribuir a la elucidación de los componentes genéticos y ecológicos de la variación de caracteres vinculados al fitness, la aparición de especializaciones en insectos saprofitófagos y su evolución. En particular, buscamos aportar al conocimiento de los procesos evolutivos que han regido la evolución y diversificación del grupo de moscas cactófilas sudamericanas, modelos ecológico-evolutivos, incluidos los factores que han determinado los saltos de hospedador y eventos de especiación. Los cactus se destacan por ser potentes y diversas plantas alcaloidíferas. Las moscas cactófilas han evolucionado aprovechando este grupo de plantas que constituye todo un desafío para la mayoría de los grupos de insectos por los tipos y abundancia de defensas químicas desplegadas. El modelo ecológico Drosophila-cactus se presenta como una herramienta poderosa para desarrollar investigaciones acerca de la coevolución y las contradaptaciones planta-insecto con un alto potencial de generalización en relación con la problemática. Pero hay un tercer elemento crucial de este modelo y lo constituyen la comunidad de microorganismos, especialmente levaduras, que colonizan los tejidos necróticos en descomposición, contribuyen a la fermentación de los mismos determinando muchas de las características químicas y nutricionales que serán aprovechadas por las especies de Drosophila.
