Tracing the evolutionary history of the antophilic species Drosophila lutzii (Diptera: Drosophilidae) using next generation sequencing approach

Abstract

The use of decaying fruits as feeding and breeding by drosophilids is widely known, even that they can use a many other resources, such as, fungi, flowers, leaves, and so on. The species with peculiar niches were neglected for a while, and nowadays there is a great effort to increase the knowledge of their ecology, genetics and evolution. Regarding D. lutzii species group, a flower-breeding Drosophila that is capable of use toxic flowers as feeding and breeding site very little is known. The last phylogenetic study that sampled the group placed it within the Drosophila subgenus; however the scientific community has reservations regarding the proposed evolutionary relationships and nomenclature. In spite of the group of species use toxic flowers, the physiological mechanisms correlated to niche use were not study for this species group. Here, the first sequencing of the D. lutzii genome was carried out. From that, the evolutionary relationships were reconstructed by phylogenetic approach using eleven molecular markers. Also, the gene family cytochrome P450 (P450), which is correlated to detoxification, was characterized for the Drosophila lutzii. Regarding the phylogenetic, D. lutzii species group fall within the Drosophila subgenus, and are close related to the D. pallidipennis and D. tripunctata species groups. Considering de detoxification genes, 80 P450 genes were found within the D. lutzii genome, all of them under purifying selection. One pseudo-gene and 8 potential pseudo-genes were seen. Duplication process was noted to many P450 genes related to detoxification, however further analysis are needed to verify the effect of this duplications.

Apesar dos drosofilídeos serem muito conhecidos por utilizarem frutos em decomposição como fonte de alimentação e oviposição, muitos recursos podem ser utilizados por eles como flores, fungos, folhas, entre outros. Essas espécies com nichos peculiares foram pouco estudadas por muito tempo e atualmente há um grande esforço para aumentar o conhecimento de sua ecologia, genética e evolução. Com relação ao grupo de espécies da Drosophila lutzii, um grupo de espécies com ecologia restrita a flores, que pode inclusive utilizar flores tóxicas, não há muito conhecimento acumulado. O mais recente trabalho filogenético que amostrou o grupo o posicionou como um grupo de espécies pertencente ao subgênero Drosophila, contudo a comunidade científica apresenta ressalvas quanto a sua relação evolutiva e a nomenclatura sugerida. Apesar do grupo de espécies utilizarem flores tóxicas, os mecanismos fisiológicos por trás do uso de nicho ainda não foram estudados para o grupo de espécies. Aqui, foi realizado o primeiro sequenciamento do genoma de D. lutzii. A partir disso, as relações evolutivas da espécie foram inferidas por meio de onze marcados moleculares. Adicionalmente, foi caracterizada a família gênica citocromo P450 de D. lutzii, família muito associada à detoxificação de compostos. Os resultados mostram que D. lutzii se posiciona dentro do subgênero Drosophila e apresenta relação estreita com os grupos de espécies D. pallidipennis e D. tripunctata. Com relação à família gênica citocromo P450 verificou-se a presença de 80 genes sobre seleção purificadora, um pseudogene e oito potenciais pseudogenes. Verificou-se muitos eventos de duplicação de genes associados à detoxificação, contudo outras analises são necessárias para verificar os efeitos dessas duplicações.