Differences in wing size and shape between Drosophila novamexicana and Drosophila americana

Abstract

The insect’s wing is essential to key processes such as feeding and reproduction. Diversity in Drosophila’s wing morphology is thus likely related to the different environmental conditions experienced by different species and may be shaped by natural selection. It is thus of interest to determine what is the molecular basis of wing morphology. It is also of interest to understand whether the molecular basis of wing size and shape is the same in distantly related species. Species of the virilis group have been diverging from the model species D. melanogaster for at least 40 million years and changes in wing size and shape are known to occur between D. americana and D. novamexicana (both from the virilis group). Therefore, we performed a detailed characterization of wing size and shape in D. americana, D. novamexicana, F1 hybrids, and in the backcross of F1 hybrids and D. novamexicana. The number of cells was identified has the main cause of those differences. Then, a genotype – phenotype association study was performed to identify the chromosomal regions harboring the genes that influence most the traits under study. Then we selected candidate genes from chromosome 5 and determined their expression levels in the parental strains. We noticed that Imaginal Disc Growth Factor 5 expression levels were highly correlated with the wing size. We also noticed that hippo and yorkie show different levels of expression in both parental strains, however when we extended the study to other strains of D. americana and D. novamexicana there were no differences. Thus, IDGF5 is a good candidate to explain the differences in wing size. Furthermore, hippo and yorkie could explain some of the variation in number of cells at least in the parental strains selected.

Nos insetos as asas são essenciais para processos chave como a reprodução e a alimentação. A diversidade na morfologia das asas em Drosophila está relacionada com as diferentes condições ambientais a que estão sujeitas e possivelmente foram selecionadas. Por isso é interessante perceber qual é a base molecular que regula a morfologia das asas. Vários trabalhos já foram realizados utilizando a espécie modelo D. melagonaster, contudo é necessário realizar estudos em espécies divergentes para perceber se os mecanismos são os mesmos. As espécies do grupo de D. virilis estão a divergir de D. melanogaster há pelo menos 40 milhões de anos e já foram identificadas diferenças no tamanho e forma da asa entre D. americana e D. novamexicana, duas espécies do grupo de virilis. Assim sendo, realizamos uma caracterização detalhada do tamanho e forma da asa de ambas as espécies, de híbridos resultantes do seu cruzamento e ainda de indivíduos resultantes do cruzamento dos híbridos com D. novamexicana (F2). Determinamos que a principal diferença no tamanha das asas era o número de células. Realizando um estudo de associação entre o fenótipo e o genótipo dos indivíduos F2 identificamos que o cromossoma 5 é o que está associado às diferenças previamente encontradas. No cromossoma 5 identificamos vários genes candidatos e desses, três mostraram ter alguma influencia no tamanho da asa. O Imaginal disc growth factor 5 (IDGF5) foi o que mostrou estar mais correlacionado com o tamanho das asas. O hippo e o yorkie apenas mostram diferentes níveis de expressão entre algumas estirpes de D. novamexicana e D. americana. Assim, o IDGF5 parece ser um bom candidato para explicar o tamanho das asas, enquanto que o hippo e yorkie podem explicar em parte o diferente número de células.