Delimitando espécies da ordem orthoptera : ferramentas e filogenia

Abstract

Orthoptera é uma das linhagens mais antigas dentro dos insetos, com cerca de 350 milhões de anos. Atualmente conta com cerca de 29.500 espécies válidas distribuídas pelo mundo. Recentemente tem sido classificado como o terceiro inseto domesticado para pesquisa científica devido a uma série de características que facilitam, principalmente, sua criação em laboratório e em larga escala. Entretanto, muitas questões taxonômicas ainda são obscuras em alguns grupos, o que leva a classificações e identificações errôneas. Para mitigar esses problemas e elucidar questões evolutivas, a taxonomia integrativa tem sido utilizada mais intensivamente nas pesquisas mais atuais, principalmente com dados moleculares e sonoros. Neste âmbito, os dois trabalhos realizados nesta tese estão diretamente relacionados com dados moleculares, com o segundo tendo associação com dados sonoros. No primeiro trabalho (Capítulo II) foi feita uma avaliação do gene citocromo c oxidase subunidade I (COI) para testar sua eficiência como DNA Barcode dentro da ordem Orthoptera. Para isso, utilizamos todas as sequências de COI depositadas no banco de dados Barcode of Life Data System (BOLD) e as submetemos a duas análises baseadas em distâncias intra e interespecíficas, barcode gap e probabilidade de identificação correta (PCI), além de estimarmos a riqueza de espécies através das ferramentas Automatic Barcode Gap Discovery (ABGD) e Assemble Species by Automatic Partitioning (ASAP). Nesse trabalho, foram utilizadas 11.605 sequências englobando 1.132 espécies de 226 gêneros. Baseado na quantidade de gêneros que apresentaram resultados de barcode gap aceitáveis, no valor geral da PCI e nas estimativas de riqueza de espécies, concluímos que o COI é efetivo como DNA Barcode em Orthoptera. No segundo trabalho (Capítulo III) foi realizada uma filogenia do gênero Gryllus utilizando sequências obtidas de espécimes previamente classificadas em sonotipos com o objetivo de esclarecer suas relações. Para isso, foi realizada estimativa de divergência genética, reconstrução filogenética por inferência bayesiana (IB) e máxima verossimilhança (MV) e teste de introgressão baseado em dados de 16S rRNA, COI e 12S rRNA. Foram analisados no total 32 espécimes (19 sequenciadas neste trabalho e 13 sequências baixadas do GenBank). A divergência genética deu indícios que o valor arbitrário de 3% para delimitação de espécies pode não ser o ideal para todas as espécies de Gryllus. As árvores consenso de IB e MV não mostraram diferenças significantes, porém serviram para confirmarmos as hipóteses de duas novas espécies, além de refutarmos uma possível espécie nova hipotética e a existência de espécies crípticas dentro de um sonotipo. Além disso, destacamos a possibilidade de zonas de hibridação no Brasil baseado em dados de teste de introgressão.

Orthoptera is one of the oldest lineages within insects, dating back approximately 350 million years. Currently, it comprises around 29.500 valid species distributed worldwide. Recently, it has been classified as the third insect species domesticated for scientific research, owing to a series of characteristics that primarily facilitate its breeding in laboratory and large-scale settings. Nevertheless, many taxonomic questions remain obscure in some groups, leading to erroneous classifications and identifications. To mitigate these issues and shed light on evolutionary questions, integrative taxonomy has been more intensively employed in recent research, especially using molecular and acoustic data. In this context, the two studies conducted in this thesis are directly related to molecular data, with the second one having an association with acoustic data. In the first study (Chapter II), an assessment of the cytochrome c oxidase subunit I (COI) gene was conducted to test its efficiency as a DNA Barcode within the Orthoptera order. For this purpose, all COI sequences deposited in the Barcode of Life Data System (BOLD) database were utilized, and they underwent two analyses based on intra- and interspecific distances, barcode gap, and the probability of correct identification (PCI). Additionally, species richness was estimated using the Automatic Barcode Gap Discovery (ABGD) and Assemble Species by Automatic Partitioning (ASAP) tools. In this work, 11.605 sequences encompassing 1.132 species from 226 genera were used. Based on the number of genera that exhibited acceptable barcode gap results, the overall PCI value, and species richness estimates, we concluded that COI is effective as a DNA Barcode in Orthoptera. In the second study (Chapter III), a phylogeny of the Gryllus genus was conducted using sequences obtained from specimens previously classified as sonotypes with the aim of clarifying their relationships. To achieve this, genetic divergence estimation, phylogenetic reconstruction through Bayesian inference (BI) and maximum likelihood (ML), and introgression testing based on 16S rRNA, COI, and 12S rRNA data were performed. In total, 32 specimens were analyzed (19 sequenced in this study and 13 sequences downloaded from GenBank). Genetic divergence indicated that the arbitrary 3% threshold for species delimitation might not be ideal for all Gryllus species. The BI and ML consensus trees did not show significant differences but helped confirm the hypotheses of two new species while refuting a hypothetical new species and the existence of cryptic species within a sonotype. Additionally, we highlighted the possibility of hybridization zones in Brazil based on introgression test data.