Estratégias reprodutivas do cupim neotropical Nasutitermes aquilinus (Isoptera: Termitidae) - Silva, Iago Bueno da [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2019)
Estudos recentes têm sugerido um novo panorama para a reprodução dos cupins, embora existam muitas lacunas, principalmente em relação aos cupins neotropicais da família Termitidae. O aparecimento de reprodutores neotênicos em algumas espécies de Isoptera já está bem documentado, mas a contribuição para a dinâmica da colônia dos reprodutores neotênicos ergatoides, derivados de operários, permanece desconhecida. Nasutitermes aquilinus, espécie abordada na presente pesquisa, é um cupim Neotropical que comumente apresenta reprodutores neotênicos ergatoides. Contudo, os estudos disponíveis na literatura se limitam a descrições morfológicas destes reprodutores. Assim, a presente pesquisa teve por objetivo avaliar a estrutura reprodutiva e genética de N. aquilinus envolvendo reprodutores ergatoides, utilizando marcadores de microssatélites e mitocondriais. Além disso, análises morfológicas e histológicas foram utilizadas para avaliar as características imaginais, o grau de maturação do sistema reprodutor, tipo de corpo gorduroso e presença de espermatozoides nas espermatecas das fêmeas ergatoides amostradas nos ninhos. Cinco marcadores microssatélites foram utilizados para genotipar 258 indivíduos provenientes de 11 ninhos, incluindo 43 fêmeas ergatoides. O gene mitocondrial COI foi sequenciado em todas as fêmeas ergatoides para determinar a linhagem materna nas colônias onde estas fêmeas neotênicas estavam presentes. As fêmeas ergatoides apresentaram diferentes graus de fisogastria e algumas características imaginais. As análises histológicas do abdome destas fêmeas mostraram ovócitos em diferentes estágios de desenvolvimento, incluindo estágios vitelogênicos terminais, além de corpo gorduroso real e espermatozoides no lúmen da espermateca. De acordo com as análises moleculares, oito colônias de N. aquilinus foram classificadas como famílias simples, com quantidade de alelos e genótipos compatíveis com a monogamia. Os ninhos N2, N6 (ambos com presença de ergatoides) e N3 (com ausência de ergatoides) apresentaram genótipos inconsistentes para endogamia, possibilitando a ocorrência de famílias estendidas. Pelo fato de somente quatro alelos serem identificados por ninho, a ocorrência de famílias mistas, a qual inclui reprodutores não aparentados, foi suprimida para N. aquilinus. No entanto, a baixa diversidade de alelos pode ter mascarado a ocorrência destas famílias. Os índices de diversidade genética (FIS, FIT, FST) apontaram baixa endogamia e diversidade genética moderada, mesmo com a possível formação de famílias estendidas (N2, N3, N6), as quais tendem a perder diversidade genética em decorrência da reprodução entre aparentados. Sendo assim, fêmeas neotênicas ergatoides possivelmente estão atuando em ciclos simples de endogamia nestas colônias, de modo que a diversidade genética e taxa de endogamia não se iguala àquelas observadas normalmente em |6 famílias estendidas. Na colônia N11, mesmo com as fêmeas ergatoides apresentando espermatozoides na espermateca e ovócitos vitelogênicos terminais, os genótipos indicaram reprodução envolvendo somente um casal de reprodutores, sugerindo que estas fêmeas estão em estágios iniciais de oviposição ou que a amostragem de castas não contemplou os descendentes destas fêmeas.

Recent investigations have shown a new perspective concerning the termite reproduction, although many questions remain answered, principally in the Neotropical representatives of the family Termitidae. The development of neotenic reproductives in some species within Isoptera is well stablished, but the development and reproductive contribution of the ergatoid neteonics, which differentiate from workers, are still unknown. Nasutitermes aquilinus, a Neotropical species investigated in the present study, usually develops ergatoid reproductives after the death of the royal couple. However, previous investigations available for N. aquilinus are limited to morphological descriptions of these reproductives. Thus, the objective of the present study was to investigate the reproductive and genetic structure involving ergatoid reproductives in N. aquilinus, using microsatellite and mitochondrial markers. Additionally, morphological and histological analyses were performed to evaluate the presence of imaginal characteristics, maturation of the reproductive organs, type of fat body, and presence of spermatozoa inside the spermatheca of the ergatoid females. In total, 258 individuals from 11 nests, including 43 ergatoid females, were genotyped using five microsatellite loci. The mitochondrial gene COI was sequenced in all the ergatoid neotenics, aiming to identify the matrilines present in the colonies. The ergatoid females presented different physogastry rate and some imaginal traits. Histological sections of the abdomen of ergatoid females showed oocytes in different stages, including terminal vitellogenic oocytes, along with spherical and aflagellate spermatozoa inside the spermatheca. According to the molecular analyses, nine colonies of N. aquilinus were classified into simple families, with alleles and genotypes consistent with monogamy. The nests N2, N6 (both with sampled ergatoids) and N3 (with ergatoids absent) presented genotypes inconsistent with a single pair of reproductives, thus these colonies were classified as possible extended families. Mixed families, which present unrelated reproductives, were not identified for N. aquilinus, due the presence of no more than four alleles per nest. However, the low allele diversity may have obfuscated the occurrence of mixed families. The F-statistics (FIS, FIT, FST) pointed a low inbreeding rate and high genetic diversity, even in colonies classified as possible extended families (N2, N3 and N6), which generally suffer the loss of genetic diversity due a reproductive system involving related individuals. Therefore, it is possible that those colonies present simple cycles of inbreeding, and the genetic diversity and endogamy rate do not follow the values usually observed in extended families. In the colonies N11, the genotypes indicated a breeding system involving only a pair of reproductives, although ergatoide females from these nests presented spermatozoa in the spermatheca and terminal vitellogenic oocytes. In this case, it is suggested that the ergatoid females from this nest have just started their first oviposition cycle, or their offspring was not genotyped in our genetic analyses.
Reproductive strategies of the neotropical termite Nasutitermes aquilinus (Isoptera: Termitidae)
Keywords: Genotipagem; Marcadores de microssatélites; mtDNA; Maturação reprodutiva; Nasutitermitinae; Neotênicos ergatoides; Reprodução; Ovócitos; Genotyping; Microsatellite markers; Reproductive maturation; Ergatoid neotenics; Reproduction; Oocytes