Morfologia do testículo e espermatogênese em Dione juno (Cramer, 1779) e Agraulis vanillae (Linnaeus, 1758) (Lepidoptera : Nymphalidae)

Abstract

RESUMO: O Brasil é atualmente o maior produtor e consumidor mundial de maracujá com uma produção de quase 700.000 toneladas por ano. No estado do Paraná, em 2015, a receita gerada com a produção do fruto ultrapassou 40 milhões de reais. A produtividade alcançada, no entanto, ainda é considerada baixa, e isso pode ser atribuído a diversos fatores, dentre eles, às pragas, em sua grande maioria representadas pelas lagartas desfolhadoras da ordem Lepidoptera. Esta constitui a segunda maior ordem de insetos, porém, é considerada a primeira em importância econômica, já que muitos de seus representantes constituem pragas-chave nas principais culturas agrícolas. Lepidoptera agrupa os insetos conhecidos popularmente como borboletas e mariposas, porém é na fase imatura do ciclo de vida, quando são chamadas de lagartas, que estes indivíduos são daninhos às culturas. Heliconiinae é uma das subfamílias dessa ordem, reuni borboletas tropicais e de cores brilhantes, com asas anteriores estreitas e alongadas e primeiro par de pernas atrofiadas, os indivíduos ainda possuem sabor desagradável para os predadores característica que lhes confere proteção. Dione juno e Agraulis vanillae destacam-se entre os heliconíneos por apresentarem o potencial de provocar perdas de até 100% da cultura, sendo dessa forma, consideradas as principais espécies desfolhadoras do maracujá no Brasil. D. juno apresenta hábitos gregários, do ponto de vista ecológico a agregação é considerada uma estratégia, pois auxilia na defesa contra a predação, na termorregulação e facilita a alimentação. No entanto, do ponto de vista econômico o comportamento gregário é a principal característica que torna essa espécie uma das pragas-chave da cultura de maracujá, já que um maior número de indivíduos causam desfolhamentos mais severos. A. vanillae não apresenta este comportamento, porém as fêmeas desta espécie mantém um alto nível de postura o que acarreta em altos níveis de infestação. Polimorfismos relacionados à morfologia e função dos espermatozoides em Lepidoptera têm sido relatados para diferentes espécies, geralmente este envolve a produção de gametas eupirenes (nucleados) e apirenes (anucleados). O conhecimento sobre a morfologia do aparelho reprodutor dos insetos, principalmente os do sexo masculino, bem como, dos mecanismos reguladores e maturação dos gametas são de extrema importância para o desenvolvimento de estratégias de controle que não utilizem defensivos químicos, tendo em vista os prejuízos que estes causam à natureza e aos organismos não-alvo. Sendo assim, no presente estudo foram realizadas, pela primeira vez em D. juno e A. vanillae, a caracterização morfológica dos testículos e das células germinativas dos machos em diferentes estágios de desenvolvimento, utilizando microscopia de luz, e microscopia eletrônica de varredura e transmissão. As análises dos resultados demonstraram que larvas em terceiro instar de ambas as espécies apresentam um par de testículos com formato reniforme e coloração marrom-clara, estes são delimitados externamente por células epiteliais, as quais também dividem o órgão internamente em quatro folículos ou lóbulos. Dentro dos folículos encontram-se as primeiras células da linhagem germinativa, as espermatôgonias, que iniciam o processo de diferenciação originando os espermatócitos por meio de sucessivas divisões mitóticas. Em larvas de quinto instar a espermatogênese já está completa, pois é possível identificar a presença de espermatozoides, formados a partir do processo conhecido como espermiogênese, no qual as espermátides provenientes das divisões meióticas sofridas pelos espermatócitos, se diferenciam em espermatozoides maduros. Quando adentram a fase de pupa os testículos iniciam um processo de fusão, o qual está totalmente completo quando o inseto emerge como adulto onde apresenta-se como órgão esférico dividido em oito folículos, apresentando todas células da linhagem germinativa. As espermatogônias e os espermatócitos são as células menos diferenciadas e estão dispostas na periferia do testículo, enquanto que as espermátides e os espermatozoides representam as células mais diferenciadas, e localizam-se no centro do órgão. Nas duas espécies é possível observar dimorfismo espermático, onde dois tipos de espermatozoides são formados, os eupirenes (nucleados) e os apirenes (anucleados), os quais também diferem quanto à função. Nos espermatozoides apirenes a região anterior é composta por uma capa densa, já os eupirenes apresentam o núcleo, acrossomo, e os apêndices reticular e lacinato. Ambos os tipos de espermatozoides apresentam flagelos cujo axonema exibe configuração 9+9+2 e dois derivados mitocondriais, originados a partir da divisão de uma estrutura grande e única denominada nebenkern, formada a partir da fusão das mitocôndrias durante a maturação dos gametas. Este é o primeiro estudo a abordar a morfologia dos testículos e a espermatogênese em D. juno e A. vanillae. Além de contribuir com a pesquisa cientifica básica relacionada à biologia reprodutiva de insetos, o presente estudo fornece importantes dados que podem auxiliar em pesquisas relacionadas à fisiologia, sistemática e controle dessas espécies

ABSTRACT: Brazil is currently the world's largest producer and consumer of passion fruit with a production of almost 700,000 tons per year. The revenue generated from the production of the fruit exceeded 40 million reais, in Paraná state in 2015. The productivity achieved, however, is still considered low, and this can be attributed to several factors, among them, the pests, most of them represented by the leafhopper caterpillars of the order Lepidoptera. This is the second largest order of insects, but is considered the first in economic importance, since many of its representatives are key pests in the main agricultural crops. Lepidoptera groups the insects popularly known as butterflies and moths, but it is in the immature stage of the life cycle, when they are called caterpillars, that these individuals are harmful to crops. Heliconiinae is one of the subfamilies of this order, gather tropical butterflies and bright colors, with narrow and elongated anterior wings and first pair of atrophied legs, individuals still possess unpleasant taste for predators characteristic that gives them protection. Dione juno and Agraulis vanillae stand out among the heliconíneos because they present the potential to cause losses of up to 100% of the culture, being considered, therefore, the main leafhopper species of passion fruit in Brazil. D. juno have gregarious habits, from the ecological point of view, aggregation is considered a strategy, as it assists in defense against predation, in thermoregulation and facilitates feeding. However, from the economic point of view the gregarious behavior is the main characteristic that makes this species one of the key pests of the passion fruit culture, since a greater number of individuals cause more severe defoliation. A. vanillae do not display a gregarious habit, but they maintain high infestation levels high levels of infestation. Polymorphisms related to the morphology and function of spermatozoa in Lepidoptera have been reported for different species, usually involving the production of gametes eupyrenes (nucleated) and apyrenes (anucleate). The knowledge on the morphology of the reproductive tract of insects, especially males, as well as on the regulatory mechanisms and maturation of gametes are of extreme importance for the development of control strategies that do not use chemical pesticides, considering the damage they cause to nature and non-target organisms. Thus, the present study was carried out for the first time in D. juno and A. vanillae, the morphological characterization of the testis and germ cells of males at different stages of development using light microscopy and scanning and transmission electron microscopy. Analysis of the results showed that third instar larvae of both species have a pair of reniform and brown-colored testes, which are externally delimited by epithelial cells, which also divide the organ internally into four follicles or lobes. Inside of the follicles are the first cells of the germ line, the spermatogonia, which initiate the differentiation process, originating the spermatocytes through successive mitotic divisions. In fifth instar larvae, spermatogenesis is already complete, as it is possible to identify spermatozoa, formed from the process known as spermiogenesis, in which the spermatids from the meiotic divisions suffered by spermatocytes differentiate into mature spermatozoa. When they enter the pupal stage, the testicles begin a fusion process, which is complete when the insect emerges as an adult where it presents as a spherical organ divided into eight follicles, presenting all cells of the germ lineage. Spermatogonia and spermatocytes are the least differentiated cells and are located in the periphery of the testis, whereas the spermatids and spermatozoa represent the most differentiated cells and are located in the center of the organ. In both species it is possible to observe a sperm dimorphism, where two types of spermatozoa are formed, eupyrene (nucleated) and apyrene (anucleate), which also differ in function. In apyrene spermatozoa the anterior region is composed of a dense cover, whereas the eupyrene present the nucleus, acrosome, and the reticular and lacinato appendices. Both types of sperm have flagella whose axonema exhibits 9 + 9 + 2 configuration and two mitochondrial derivatives, originated from the division of a large and unique structure called "nebenkern", formed from the fusion of the mitochondria during the maturation of gametes. This is the first study to approach the morphology of the testes and spermatogenesis in D. juno and A. vanillae. In addition to contributing to basic scientific research related to the reproductive biology of insects, the present study provides important data that may aid in research related to the physiology, systematics and control of these species