Análise da variabilidade cariotípica e do comportamento dos cromossomos na meiose de escorpiões do subgênero Tityus (Archaeotityus) (Buthidae)

Abstract

O subgênero Tityus (Archaeotityus) compreende escorpiões sedentários que vivem na serapilheira. Neste trabalho, seis espécies brasileiras de Archaeotityus (Tityus clathratus, Tityus maranhensis, Tityus mattogrossensis, Tityus paraguayensis, Tityus pusillus e Tityus silvestris) foram caracterizadas quanto ao número diploide e haploide, comportamento dos cromossomos durante a meiose, localização das regiões organizadoras nucleolares (NORs), sequências de DNA repetitivo, tais como de heterocromatina constitutiva, rDNA 28S e telomérica (TTAGG)n e marcadores epigenéticos (H3K9ac, H4K5ac, H3S10f, H3K4m2, H3K9m2, H3K9m3). Todas as espécies analisadas apresentaram cromossomos holocêntricos, meiose sináptica e aquiasmática e presença de cadeias cromossômicas na meiose I. Variação intraespecífica de número diploide e a presença de associações multivalentes formadas por um número variável de elementos foi visualizado dentro e entre as populações das cinco espécies. Metáfases espermatogoniais mostram: 2n=16, 2n=17 e 2n=18 em T. paraguayensis; 2n=16 e 2n=24 em T. silvestris; 2n=20 em T. maranhensis; 2n=19 e 2n=20 em T. clathratus, T. mattogrossensis e T. pusillus. Núcleos pós-paquitênicos revelaram uma alta variabilidade no número de bivalentes e/ou elementos envolvidos em associações multivalentes, dando destaque para T. clathratus, o qual mostrou 11 configurações meióticas distintas, e T. pusillus que exibiu células poliploides. Metáfases II indicaram que todos os cromossomos possuem disjunção regular e segregação balanceada. Metáfases mitóticas submetidas à impregnação por íon prata exibiram regiões organizadoras nucleolares localizadas na região terminal/subterminal de um par de cromossomos em todas as espécies. A heterocromatina constitutiva foi localizada na região terminal de um par de cromossomos. O emprego da técnica de FISH com sonda de rDNA 28S em células meióticas revelou cístrons ribossomais na região terminal de um bivalente em T. clathratus, T. maranhensis, T. mattogrossensis, T. paraguayensis e T. pusillus e em dois cromossomos envolvidos em uma associação multivalente em T. silvestris. Cromossomos submetidos à FISH com sonda (TTAGG)n exibiram sinais teloméricos típicos na maioria dos elementos e/ou pelo menos uma extremidade cromossômica. Levando-se em conta todos os dados obtidos com a investigação de células mitóticas e meióticas, foi possível determinar a variabilidade intraespecífica e intrapopulacional de número diploide das espécies pertencentes à Archaeotityus, a qual ocorreu como consequência de rearranjos cromossômicos do tipo fissão/fusão e translocação recíproca. Desta forma, indivíduos que apresentaram mesmo número diploide diferiram quanto à organização dos cromossomos nas associações multivalentes. As seis populações amostradas de T. mattogrossensis revelaram características cromossômicas semelhantes, mas mostraram diferenças quanto aos cromossomos envolvidos na associação quadrivalente, o que pode ser indício do baixo fluxo gênico entre as populações. Em escorpiões, o estudo de modificações epigenéticas nas histonas H4K5ac, H3K9ac, H3K9me2, H3K9me3 e H3S10f está sendo realizado pela primeira vez neste trabalho. Os resultados revelaram que todos os cromossomos aparecem igualmente fosforilados durante as fases da meiose e que a extremidade dos cromossomos é hipertrimelitada. Esta última modificação parece estar relacionada à segregação dos cromossomos na meiose, os quais apesar de serem holocêntricos, possuem atividade cinética apenas nas regiões terminais dos cromossomos.

The subgenus Tityus (Archaeotityus) comprises sedentary scorpions that live in the upper layers of the leaf litter. In this work, six Brazilian Archaeotityus species (Tityus clathratus, Tityus maranhensis, Tityus mattogrossensis, Tityus paraguayensis, Tityus pusillus and Tityus silvestris) were examined regarding to the diploid/haploid number, chromosome behavior during meiosis, repetitive DNA sequences (constitutive heterochromatin, 28S rDNA and telomeric (TTAGG)n), and epigenetic marks (H3K9ac, H4K5ac, H3S10f, H3K4m2, H3K9m2, H3K9m3). All analyzed species showed holocentric chromosomes, synaptic and achiasmatic meiosis, and chromosome chains in meiosis I. Intraespecific variation of diploid number and the presence of multivalent associations formed by a variable number of elements were visualized within and among populations of five species. Spermatogonial metaphase cells exhibited: 2n=16, 2n=17 and 2n=18 in T. paraguayensis; 2n=16 and 2n=24 in T. silvestris; 2n=20 in T. maranhensis, 2n=19 and 2n=20 in T. clathratus, T. mattogrossensis and T. pusillus. In postpachytene nuclei, a high variability in the number of bivalents and/or chromosomes involved in multivalent associations was verified. The most extreme variability occurred in T. clathratus, which showed 11 distinct chromosome configurations in meiosis, and T. pusillus, which exhibited polyploid cells. Metaphase II cells indicated that all chromosomes possess regular disjunction and balanced segregation. In all species, mitotic metaphase cells submitted to silver impregnation revealed two nucleolar organizer regions localized on terminal/subterminal chromosome sites. The constitutive heterochromatin was localized in the terminal region of the one chromosome pair. Meiotic cells submitted to FISH with 28S rDNA probe showed ribosomal cistrons in the terminal region of one bivalent-like element in T. clathratus, T. maranhensis, T. mattogrossensis, T. paraguayensis and T. pusillus, and in two chromosomes involved in a multivalent association in T. silvestris. FISH with (TTAGG)n probe exhibited typical telomeric signals in most chromosomes or at least in one chromosome ends. Taking into account all results obtained through the investigation of mitotic and meiotic cells, we determine the intraspecific and intrapopulational variability in species of Archaeotityus, which occurred due to fission/fusion and reciprocal translocation rearrangements. Thus, individuals with the same diploid number differed regarding to chromosomal structure organization, giving rise to distinct multivalent associations observed in meiotic cells. The six populations investigated of T. mattogrossensis revealed similar chromosome features, but showed differences related to the number of chromosomes involved in a quadrivalent association. This data may be an indicative of low gene flow among the populations. In scorpions, the study about epigenetic modifications is been accomplished for the first time here. The results revealed that all chromosomes were homogeneously phosphorylated during meiosis and with terminal regions hypertrimethylated. This later histone modification seems to be related to chromosome segregation during meiosis, and have function in anchorage of spindle microtubules.