Izaura Bezerra Francini1 e Gislene Almeida Carvalho-Zilse2*
1Programa de Pós-graduação em Genética, Conservação e Biologia Evolutiva, Instituto
Nacional de Pesquisas da Amazônia (INPA), Grupo de Pesquisas em Abelhas (GPA), Manaus, Amazonas, Brasil
2Instituto Nacional e Pesquisas da Amazônia (INPA), Grupo de Pesquisas em Abelhas
(GPA), Manaus, Amazonas, Brasil.
*Corresponding author: ibfrancini@yahoo.com.br
Av. André Araújo, 1032 Bloco B apto 203, Aleixo, Manaus, Amazônia, Brasil- CEP 69.060.000 – tel. 92 32133580.
Resumo
A abelha sem ferrão Melipona seminigra merrillae apresentou um novo
comportamento para espécie de Melipona sob Determinação Complementar do Sexo (CSD): as operárias não mataram a rainha em colônias com produção de macho diplóide e mesmo os machos. Em colônias com segregação 1macho:1fêmea, as rainhas mantiveram esta razão sexual apenas para o primeiro disco de cria. A razão sexual desviou em benefício das fêmeas no terceiro e mesmo no segundo disco de cria. M. seminigra merrillae apresenta 2n=22 enquanto o número diplóide de todas as outras espécies de Melipona conhecido até o presente era 2n=18. Propomos: M.seminigra merrillae apresenta poliandria; as operárias têm alta
contribuição na função de reprodução; é derivada em relação às outras espécies de
Melipona estudadas citogeneticamente; enfatizamos que muito provavelmente, M. seminigra merrillae não é uma subespécie de Melipona seminigra Friese, 1903.
Abstract
The Amazon stingless bee Melipona seminigra merrillae presents a novel behavior to
Melipona species under Complementry Sex Determination (CSD): the workers didn’t
kill the queen in colonies with diploid male production and even the males. In hives with sex segregation 1male:1female the queens maintained this ratio only for the first brood comb. The sex ratio bias in females benefit in the third and even in the second brood comb. M. seminigra merrillae presents 2n=22 while the diploid number for all other Melipona species available at the present were 2n=18. We propose:
M.seminigra merrillae presents polyandry; workers have a high contribution in
reproduction function; a more derivate status, in relationship to others Melipona species cytogenetically studied. We emphasize that most probably M. seminigra
merrillae isn’t a subspecies of Melipona seminigra Friese, 1903.
Introducão
A riqueza de abelhas sem ferrão (Apidae, Meliponini), em número de
indivíduos e de espécies, é proeminente na região Neotropical (Michener 2007). A coevolução de fanerógamas e polinizadores (Barth 1985) levou estas abelhas a desempenharem um papel fundamental na manutenção da extraordinária
biodiversidade, nas florestas tropicais e subtropicais, em todo o mundo (Michener 2007). O gênero com maior número de espécies é Melipona Illiger, 1806, a maioria com distribuição na Amazônia (Moure et al. 2007), onde muitas espécies e
subespécies sequer foram descritas (Silveira et al. 2002).
Na maioria das espécies de abelhas sem ferrão as colônias são dirigidas por uma rainha (monoginia), que frequentemente são fertilizadas por um macho
(monandria) (Kerr 1969; Kerr et al.1962). Poliginia foi registrada para Melipona
bicolor Lepeletier, 1836, cujas colônias são dirigidas por até cinco rainhas (Cepeda
Aponte 2003, Velthius et al. 2006). Paxton et al. (1999) encontraram poliandria em
Melipona beecheii Bennett, 1831, e Scaptotrigona postica, cujas rainhas são
fertilizadas por um a três machos e por um a seis machos, respectivamente. Poliandria também foi descrita para Melipona scutellaris, sendo as rainhas inseminadas por dois machos em 34.5% dos casos. A poliginia e a poliandria aumentam a variabilidade genética (Carvalho 2001), mas, não é a regra em
Melipona.
O conhecimento do mecanismo de determinação do sexo e de outros aspectos da biologia da reprodução das abelhas nativas é uma ferramenta indispensável ao manejo destas, tanto em meliponários, quanto em populações naturais (Castro et al. 2006). O polimorfismo do loco de determinação do sexo (SDL
– Sex Determination Locus), região do genoma que transporta genes relacionados com a determinação do sexo, como o csd (complementary sex determiner) e o fem (feminizer) (Hasselmann et al. 2008), é uma estratégia evolutiva de insetos
haplodiplóides que estão sob Determinação Complementar do Sexo (CSD) (Adams et al. 1977). Por este sistema, a heterozigosidade no SDL governa o
desenvolvimento de fêmeas, enquanto a homozigosidade produz machos que são efetivamente estéreis (Crozier 1977). Em Melipona, de acordo com estudos prévios, o CSD leva a perda de 50% dos indivíduos na colônia por geração (Camargo 1979; Kerr 1987; Carvalho 2001). Portanto, a riqueza de alelos csd evita a produção de machos diplóides (homozigotos) e os efeitos deletérios associados.
Melipona seminigra Friese, 1903 constitui um complexo de pelo menos sete
subespécies, quatro delas descritas, como: Melipona (Michmelia) seminigra abunensis
Cockerell, 1912; Melipona (Michmelia) seminigra merrillae Cockerell, 1919; Melipona
(Michmelia) seminigra pernigra Moure & Kerr, 1950; Melipona (Michmelia) seminigra
seminigra Friese, 1903. As outras não foram descritas (Camargo e Pedro 2008).
Melipona seminigra merrillae Cockerell, 1919, a jandaíra-da-Amazônia, tem
distribuição restrita ao estado do Amazônas, Brasil (Camargo e Pedro 2008). É uma das abelhas mais criadas na Amazônia Central (Nogueira-Neto 1997),
principalmente para produção de mel, cujo valor comercial é até 10 vezes maior do que o mel de Apis mellifera (Carvalho-Zilse 2006). O mel das abelhas sem ferrão é usado como alimento e remédio, pelas populações locais (Kerr et al.1996).
Amazônia possui o maior potencial do Planeta para a criação de abelhas sem ferrão (Oliveira e Kerr 2000), atendendo a objetivos múltiplos, tais como: produção de mel e pólen; desenvolvimento de programas de polinização; pesquisa em
diversas áreas do saber, como genética e biologia molecular, biotecnologia e sociobiologia, dentre outras.
Objetivamos conhecer o mecanismo de determinação do sexo de M.
seminigra merrillae e o comportamento associado a este, assim como, outros
aspectos da biologia da reprodução desta abelha. Em um futuro próximo, esperamos aumentar nosso conhecimento sobre esta espécie, estendendo nossas pesquisas a outras espécies nativas. Almejamos contribuir com o desenvolvimento e
conservação da Amazônia.
Material e Métodos
Estudamos o comportamento associado ao mecanismo de determinação do sexo de Melipona seminigra merrillae Cockerell, 1919 em colônias recém formadas (órfãs), em população urbana. Desenvolvemos o trabalho no meliponário do Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia/Grupo de Pesquisas em Abelhas (INPA/GPA) em Manaus, Amazônia, Brasil (3º 05.838’S 059º 59.103’W).
Marcamos as novas rainhas, no pronoto (Figura 1), com uma gota de corretivo escolar errorex, monitoramos a postura para quantificar a segregação de machos e de fêmeas da prole (Kerr 1987). Estimamos a postura de 13 ovos dia, em média, fazendo o registro fotográfico em dias consecutivos, para determinar o início da postura (Figura 2). Amostramos os três primeiros discos de cria nas colônias com segregação característica da produção de macho diplóide (1macho:1fêmea) no primeiro disco de cria (Tabela 1). Consideramos 35 dias após o início da postura para amostrar o primeiro disco, 45 e 55 dias para o segundo e terceiro,
para completar o desenvolvimento das pupas até o estádio de olho rosa a marrom (Carvalho 1996).
Observamos o comportamento intracolonial diariamente, em colônias com segregação 1:1 no primeiro disco de cria. Fizemos observação por períodos
contínuos de 30 minutos, pelo menos três vezes pela manhã e três à tarde (das 7 às 18 horas) e ao longo de um dia (das 7 às 17 horas), quando os machos estavam emergindo, para fotodocumentar o comportamento das operárias, em relação aos machos e à rainha fecundada e fisogástrica, nestas colônias (Camargo, 1979; Kerr, 1987; Carvalho et al., 1995, Carvalho, 2001).
Fizemos análise citogenética para confirmar a diploidia dos machos e para caracterização cariotípica de M. seminigra merrillae, até então desconhecida, tendo como base a técnica de Imai et al. (1988). Utilizamos gânglios cerebrais de pupa de olho rosa, dissecando-as sob estereomicroscópio (40x) em colchicina-citrato
0,005%. Colocamos os gânglios em cochicina hipotônica (0,005%) por 1 hora, dissociamos, fixamos e deixamos secar por quatro a doze horas. Coramos com Giemsa (5%) por 20 minutos. Observamos as metáfases mitóticas com microscópio (100x) e fotografamos com câmera digital Sony (DSC–W150).
Resultados e Discussão
Operárias de Melipona seminigra merrillae não mataram a rainha em colônias com segregação 1macho:1fêmea, característica da produção de macho diplóide. Além do mais, não vimos matarem os machos nestas colônias como predizemos, com base em estudos prévios (Camargo 1979; Mackensen 1951; Kerr 1987; Carvalho 2001) e nos resultados que obtivemos para Melipona interrupta
Amostramos e analisamos 2995 indivíduos em 32 colônias monitoradas. Os dados de segregação e a análise citogenética revelaram que M. seminigra merrillae está sob Determinação Complementar do Sexo (CSD) (Whiting 1943). Observamos um comportamento diferente do padrão conhecido para outras espécies de Melipona sob CSD, descrito acima. Este comportamento somado ao fato de termos
documentado citogeneticamente macho diplóide em colônias que apresentaram segregação 1macho:1fêmea, nos levaram a amostrar o segundo e o terceiro discos em colônias com segregação 1:1 no primeiro disco. De acordo com os resultados descritos na tabela 1 em M. seminigra merrillae a segregação 1macho:1fêmea, encontrada no primeiro disco de cria, não é mantida para todos os discos da mesma rainha. No terceiro, e mesmo no segundo disco, a razão sexual foi
acentuadamente desviada em benefício das fêmeas. Tais fatos indicam que a rainha foi inseminada por mais de um macho e que, provavelmente, ela intercala a
oviposição com espermatozóides de diferentes machos. Também verificamos desvio da segregação 1:1 em benefício dos machos, sinalizando postura de operárias.
Além do mais, para M. seminigra merrillae encontramos 2n=22 (fêmeas e machos diplóides) e n=11 (macho haplóide), enquanto para todas as espécies de
Melipona pesquisadas até presente, o número de cromossomos manteve-se
constante, sendo 2n=18 e n=9 (Rocha et al. 2007). Inclusive para Melipona
fuscupilosa Moure & Kerr, 1950 (Camargo e Pedro 2008) citogeneticamente
caracterizada por Rocha et al. (2002) como Melipona seminigra fuscopilosa.
Com base na observação de postura em colônias que não formaram rainhas, na segregação de 100% de machos nestas, no comportamento de policiamento das operárias e no desvio da razão sexual a favor dos machos, predizemos que estas
têm papel significativo na função de reprodução, o que corrobora os resultados obtidos por Paxton et al. (2003).
Considerando os resultados de segregação e a análise citogenética, propomos: M. seminigra merrillae é poliândrica; seu número diplóide reflete um status derivado, em relação a outras espécies de Melipona com 2n=18.
Especulamos o significado do aumento do número de cromossomos em uma abelha sem ferrão endêmica da Amazônia Central.
Enfatizamos que nossos resultados não corroboram o status taxonômico desta abelha como subespécie de Melipona seminigra Friese, 1903 (Camargo e Pedro 2008), salvo se as outras subespécies apresentarem o mesmo número de cromossomos, ainda desconhecido.
Estas são algumas das questões que esperamos responder com estudos futuros sobre M. seminigra merrillae e outras espécies de Melipona da Amazônia.
Agradecimentos
Agradecemos a Dra. E. Feldberg por ter fornecido a estrutura essencial no laboratório de citogenética e ao Dr. G.A.R Melo pela identificação taxonômica. Este trabalho foi financiado pela Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado da Amazônia (FAPEAM), pela Superintendência da Zona Franca de Manaus (SUFRAMA), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (INPA) e pelo Banco Real.
Legenda de figuras
Figura 1. Melipona seminigra merrillae: rainha marcada para monitoramento da prole. Figura 2. Melipona seminigra merrillae: primeiro disco no início da postura.
Referências Bibliográficas
Adams J, Rothman ED, Kerr WE, Paulino ZL, 1977. Estimation of the number of sex alleles and queen matings from diploid male frequencies in a population of
Apis mellifera. Genetics, 86: 583-596.
Bart FG, 1985. Insects and flowers biology of partnership. Princenton University Press, Princeton, New Jersey, USA, 297pp
Camargo CA, 1979. Sex determination in bees. XI. Production of diploid males and sex determination in Melipona quadrifasciata. Journal of Apicultural Research, 18(2): 77–84.
Camargo JMF and Pedro SRM, 2008. Meliponini Lepeletier, 1836. In: Moure JS, Urban D & Melo GAR (Orgs). Catalogue of Bees (Hymenoptera, Apoidea) in the Neotropical Region. Available at http://www.moure.cria.org.br/catalogue.
Accessed Nov/16/2008.
Carvalho GA, (1996). Monitoramento dos alelos sexuais xo em uma população finita de Melipona scutellaris (Apidae, Meliponini). Dissertação de Mestrado,
Universidade Federal de Uberlândia, Minas Gerais, 52 pp.
Carvalho GA, (2001). The Number of Sex Alleles (CSD) in a Bee Population and its Pratical Importance (Hymenoptera: Apidae). Journal of Hymenoptera Research, 10(1): 10-15.
Carvalho-Zilse GA, (2006) Meliponicultura na Amazônia. Anais do VII Encontro sobre
Abelhas (Ribeirão Preto-SP): em CD ROM.
Castro MS, Koedman D, Contrera FAL, Venturieri GC, Parra GN, Malagodi-Braga KS, Campos LO, Viana, M, Cortopassi-Laurino, Nogueira Neto P, Peruquetti RC, Imperatriz-Fonseca VL, (2006). Stingless bees. In: Imperatriz–Fonseca
VL, Saraiva AM, DeJong D (eds). Bees as pollinators in Brazil. Holos Editora. Ribeirão Preto, SP, 96 pp.
Cepeda Aponte OI, (2003). Poliginia e Monoginia em Melipona bicolor (Apidae, Meliponini): do coletivo para o individual. Tese de Doutorado, Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo, São Paulo, 211 pp.
Crozier RH, (1977). Evolutionary Genetics of the Hymenoptera. Annual Review of Entomology, 22: 263-288.
Hasselmann M, Gempe T, Schiott M, Nunes-Silva CG, Otte M & Beye M, (2008). Evidence for the evolutionary nascence of a novel sex determination pathway in honeybees. Nature, 454: 519-522.
Imai HT, Taylor RW, Crosland MWJ, Crozier RH, (1988). Modes of spontaneous chromosomal mutation and karyotype evolution in ants with reference to the minimum interaction hypothesis. Japanese Journal of genetics, 63(2): 159- 185.
Kerr WE, (1969). Some aspects of the evolution of the social bees. Evolution Biology, 3: 119-175.
Kerr WE, (1987). Sex determination in bees. XXI. Number of XO-heteroalleles in a natural population of Melipona compressipes fasciculata. Insects Sociaux, 34: 274–279.
Kerr WE, Zucchi R, Nakadaira JT, Butolo JE, (1962). Reproduction in the social bees (Hymenoptera: Apidae). Journal of the New York Entomological Society, 70: 265-276.
Kerr WE, Carvalho GA, Nascimento VA, (1996). Abelha Uruçu: Biologia, Manejo e Conservação. Fundação Acangaú, Paracatu, MG. 144 pp.
Mackensen O, (1951). Viability and sex determination in the honey bee (Apis mellifera). Genetics, 36: 500-509.
Michener CD, (2007). The Bees of the World, 2nd Ed. The Johns Hopins University Press, Baltimore, 953 pp.
Moure JS, Urban D, Melo GAR (org.), (2007). Catalogue of Bees (Hymenoptera, Apoidea) in the Neotropical Region. Sociedade Brasileira de Entomologia, Curitiba, XIV, 1058 pp.
Nogueira-Neto P, (1997). Vida e criação de abelhas indígenas sem ferrão. Editora Nogueirapis, São Paulo, SP, 446 pp.
Oliveira F, Kerr WE, (2000). Divisão de uma Colônia de Jupará (Melipona
compressipes manaosensis) usando-se a colméia e o método de Fernando Oliveira, INPA, MCT Manaus, AM. 10 pp.
Paxton R, Weibschuh N, Engels W, Hartfelder K, Quezada-Euan JG, (1999). Not only single mating in stingless bees. Naturwissenschaften, 86: 143–146.
Paxton RJ, Bego LR, Shah MM, Mateus S, (2003). Low mating frequency of queens in stingless bee Scaptotrigona postica and worker maternity of males. Behavioral Ecology and Sociobiology, 53: 174 – 181.
Rocha MP, Pompolo SG, Dergam JA, Fernandes A, Campos LAO, (2002) DNA characterization and karyotypic evolution in the bee genus Melipona (Hymenoptera, Meliponini). Hereditas 136: 19-27.
Rocha MP, Pompolo SG, Fernandes A, Campos LAO, (2007). Melipona – Seis décadas de citogenética. Bioscience Journal, Supplement 1: 111-117.
Silveira FA, Melo GAR, Almeida EAB, (2002). Abelhas brasileiras: sistemática e identificação. Ed. MMA e Fundação Araucária, Belo Horizonte, MG, 253 pp.
Velthius HHW, Vries H, Imperatriz-Fonseca VL, (2006). The polygeny of Melipona
bicolor scramble competition among queens. Apidologie, 37 (2): 222-239.
Whiting PW, (1943). Multiple alleles in complementary sex determination of Habrobracon. Genetics, 28: 365 – 382.
Tabela 1 Melipona seminigra merrillae: segregação de ♂ e ♀; razão sexual (RS) nos três
primeiros discos de cria de uma rainha, em colônias com segregação 1:1 no primeiro disco; em negrito assinalado o desvio da RS em benefício das fêmeas.
Colônia Amostra ♂ ♀ SR Teste G Hipótese nula
179-01-08 107(d1) 53 54 0,49 : 0,51 NS * 179-01-08 043(d2) 28 15 0,65 : 0,35 S * 179-01-08 118(d3) 19 99 0,16 : 0,84 S * 184-01-08 099(d1) 86 13 0,87 : 0,13 S * 184-01-08 140(d2) 98 42 0,70 : 0,30 S * 187-01-08 093(d1) 39 54 0,42 : 0,58 NS * 187-01-08 080(d2) 44 36 0,55 : 0,45 NS * 187-01-08 058(d3) 17 41 0,29 : 0,71 S * 189-01-08 058(d1) 26 32 0,45 : 0,55 NS * 189-01-08 098(d2) 33 65 0,34 : 0,66 S * 189-01-08 078(d3) 03 75 0,04 : 0,96 S *
Hipóteses nulas: *RS 0.5:0,5; valor crítico para o teste de G = 3,841 (1 gl., p=0,95, alfa 0,05); S = significativo; NS = não significativo; d1 – 1º disco de cria; d2 – 2º disco de cria; d3 –
Figura 1 Figura 2 Barbosa-Costa, K 2007 Barbosa-Costa, K 2007
Operárias
Rainha
Capítulo 4 (Artigo III)
(Normas: Heredity)