Maria Cristina Arias.

Algumas de abelhas sem ferrão (Apidae, Meliponini) apresentam estratégias sazonais que as
permitem sobreviver a estações extremas. Dessa maneira, espécies da região subtropical do
Brasil, como a Plebeia remota e a Melipona marginata, são capazes de suportar baixas
temperaturas durante o inverno (RIBEIRO et al., 2003; FERREIRA-CALIMAN et al., 2017),
enquanto espécies do semiárido brasileiro, como a Melipona subnitida, são capazes de resistir
ao clima quente e seco (ZANELLLA, 2000). As espécies P. remota e M. marginata
apresentam o comportamento adaptativo conhecido como diapausa reprodutiva, caracterizado
como uma pausa programada no processo de aprovisionamento e oviposição (DOS SANTOS
et al., 2014). Já a espécie M. subnitida apresenta o comportamento de estivação (quiescência),
caracterizado nesta espécie como uma redução no processo de aprovisionamento e
oviposição, e no forrageamento nos meses quentes e secos (MAIA-SILVA et al., 2015;
HRNCIR et al., 2019). Apesar do avanço na descrição destes comportamentos, as questões
moleculares subjacentes aos mesmos ainda persistem. Diante disso, o objetivo deste trabalho
é prospectar genes diferencialmente expressos relacionados à diapausa reprodutiva em P.
remota e M. marginata e à estivação em M. subnitida.

Pollinators play unquestionable ecological services for native flora maintenance and for crops productivity increasing. During the last decades several reports have been warning for the pollinators decline all over the world. The genus Bombus, an important pollinator in temperate climate, has gained attention for the high rate of species extinction. Among those, here in South America, B. dahlbomii is the most critical example. Originally the species presented geographic distribution ranging from Central to South Chile and Argentina. After the introduction of the exotic species Bombus terrestris, together with its patogens, B. dahlbomii has shifted or even disappeared from all most its original distribution. Thus we aim to perform a genetic study by screening molecular markers (mitochondrial DNA sequencing and microsatellites loci) to evaluate the genetic diversity of museum samples collected before and after the arrival of B. terrestris, map the former and current species distribution, and perform analysis of ecological interactions, also by using telemetry. Altogether these data will shed light on the general genetic health and the species risk of extinction. Therefore the results will contribute to the management of the remaining populations, breeding programs and drive polices for conservation of B. dahlbomii.

As abelhas compreendem um grupo altamente especioso. São reconhecidas atualmente 20.452 espécies em todo o mundo. Os serviços ecossistêmicos prestados por elas, como a polinização de plantas nativas e de interesse comercial, são imprescindíveis para a espécie humana e o meio ambiente. Estudos sobre a biologia geral das abelhas têm sido conduzidos há séculos, pois além dos aspectos ecológicos e do grande valor comercial, as abelhas apresentam características comportamentais intrigantes, como a eussocialidade. Devido à grande diversidade biológica nesse grupo, as lacunas de conhecimento são também proporcionais. Ainda contribuindo, a vasta maioria dos estudos se concentra em algumas poucas espécies, como Apis mellifera e as do gênero Bombus. O advento de novas metodologias, que permitem a geração de dados genômicos em grande escala, e que possibilitam sua aplicação a espécies não-modelo, tem sido um incentivo à revisitação de questões comportamentais e evolutivas complexas, como a eussocialidade, castas, tolerância, ou não, a mais de uma rainha na colônia (poliginia e monoginia, respectivamente), relação parasita hospedeiro, diapausa, entre outras. Recentemente, nosso grupo de pesquisa tem feito contribuições para o entendimento da evolução do comportamento social e da diapausa utilizando dados genômicos e espécies não-modelo. No presente projeto, pretendemos continuar nossos estudos sobre o entendimento molecular de comportamentos complexos, agora focando no cleptoparasitismo e cleptobiose (subprojeto 1), monoginia e poliginia (subprojeto 2) e diapausa reprodutiva (subprojeto 3). Os modelos biológicos serão em sua maioria abelhas nativas brasileiras, ou com distribuição predominantemente brasileira, como Lestrimelitta limao (altamente eussocial e cleptobiótica parasita de outras abelhas altamente eussociais), Melipona bicolor (apresenta colônias monogínicas e poligínicas) e Plebeia remota (apresenta diapausa reprodutiva). O cleptoparasitismo terá como modelos espécies de gêneros de ampla distribuição nas Américas (Tetrapedia diversipes e Coelioxiodes waltheriae) ou mesmo cosmopolitas como Megachile e Coelioxys. O objetivo principal é entender comportamentos complexos em abelhas utilizando métodos de sequenciamento em larga escala e assim identificar genes, seus níveis de expressão e redes gênicas subjacentes a esses comportamentos. A nossa equipe de pesquisa é composta por vários alunos de iniciação científica, de pós-graduação e uma pesquisadora colaboradora, ex-aluna de nosso laboratório e que está atualmente realizando seu Pós-Doc na Université Libre de Buxelles, Bélgica.

Os polinizadores, especialmente as abelhas, são de extrema importância para a manutenção das comunidades vegetais naturais, além da grande relevância na produção agrícola. Infelizmente, nas últimas décadas várias evidencias apontam para um quadro mundial de declínio desses polinizadores. As abelhas do gênero Bombus apresentam uma ampla distribuição, e constituem um dos grupos mais importantes para a polinização, nas regiões temperadas. No entanto, muitas espécies nativas desse gênero vêm apresentando um declínio significativo em relação a sua distribuição original. Esse é o caso da espécie B. dahlbomii, uma das 25 espécies de Bombus nativas da América do Sul; sua distribuição original abrangia desde a região central do Chile e da Argentina até o sul de ambos os países. A introdução de espécies exóticas de Bombus acarretou no desaparecimento de B. dahlbomii de grande parte de sua distribuição. Hoje, essa espécie ocorre somente no extremo sul da América do Sul. Esse projeto pretende avaliar se ocorreram alterações a nível de diversidade e estruturação genética na espécie B. dahlbomii após a introdução das espécies de Bombus exóticas. Para tanto, serão analisadas sequências de DNA mitocondrial e locos de microssatélites para acessar e comparar os níveis de diversidade genética e a estruturação populacional entre amostras de B. dahlbomii coletadas antes da introdução das espécies de Bombus exóticas, e amostras contemporâneas. Assim este trabalho pretende identificar se a situação atual da diversidade genética de B. dahlbomii é desfavorável para a viabilidade dessa espécie, e servir de orientação para possíveis projetos de conservação desse importante polinizador.

O cleptoparasitismo é um comportamento presente em abelhas, onde uma espécie parasita deposita seus ovos em ninhos construídos e aprovisionados pela espécie hospedeira (MICHENER, 2007). Esse comportamento é observado em espécies das principais famílias de abelhas, e provavelmente surgiu de forma independente várias vezes ao longo da evolução desse grupo (ROZEN, 2001). Apesar disso, as espécies cleptoparasitas apresentam convergências morfológicas que as diferenciam das demais abelhas (MICHENER, 2007). Ainda, existem diferenças quanto à identificação de sinais olfativos (GALVANI et al., 2017), extremamente importante para a detecção dos ninhos hospedeiros (CANE, 1983; DOTTERL, 2008). O presente projeto irá gerar transcriptomas para três pares de espécies cleptoparasita-hospedeira: Coelioxoides waltheriae e Tetrapedia diversipes, cujos dados de RNA-Seq já foram gerados e estão sendo analisados; e espécies das tribos Euglossini (Exaerete sp. e Eulaema sp. [ou Eufriesia sp.]) e Megachilini (Coelioxys sp. e Megachile sp.), que ainda serão coletadas. Esses transcriptomas serão utilizados para a identificação dos genes diferencialmente expressos entre esses pares. Com esta abordagem buscamos testar se há sobreposição de mecanismos moleculares relacionados ao comportamento cleptoparasita entre as diferentes linhagens.

organizados dentro de duas linhas de pesquisa principais nas quais estamos atuando mais fortemente: (1) GENÔMICA e (2) GENÔMICA FUNCIONAL. Na linha GENÔMICA, o projeto 1 tem como objetivo entender a evolução e implicações práticas da presença de numts e heteroplasmia. Muitos estudos utilizam o DNA mitocondrial como marcador para estudos filogenéticos, filogeográficos e populacionais. A presença dessas sequências pode levar a conclusões errôneas nesses estudos. No entanto, não só em abelhas, a presença dessas sequências tem sido negligenciada. A espécie Bombus morio será investigada quanto à presença de heteroplasmia e 24 espécies para numts. O genoma mitocondrial para cada uma dessas espécies será obtido. O projeto 2 apresenta uma proposta de montagem de genoma para duas espécies de abelhas, uma solitária Tetrapedia diversipes, para a qual já geramos dados de transcriptoma, e uma eussocial, Melipona bicolor. Os genomas serão caracterizados quanto ao conteúdo e organização numa abordagem evolutiva. Esses dados também serão importantes para estudos evolutivos do comportamento social. Além disso, temos questões específicas para cada uma dessas duas espécies. Para Tetrapedia diversipes pretendemos melhorar a anotação de genes diferencialmente expressos (dados já obtidos) entre larvas em diapausa e não diapausa. Para Melipona bicolor pretendemos lançar os primeiros insights genômicos sobre a poliginia, comportamento estudado nesse nível somente na formiga Solenopsis invicta. Esses dois últimos projetos fazem parte de uma iniciativa brasileira, liderada por pesquisadores da USP/Ribeirão Preto, que visa a obtenção do genoma de abelhas nativas. Na linha GENÔMICA FUNCIONAL, o projeto 1 tem por objetivo comparar o perfil de expressão gênica entre as subcastas nutriz e forrageira de uma abelha eussocial, Tetragonisca angustula, e uma primitivamente eussocial, Bombus terrestris. Em abelhas eussociais as subcastas são determinadas principalmente pela idade, abelhas jovens são nutrizes e as mais velhas forrageiras, e não há diferenças morfológicas entre os grupos. Em abelhas primitivamente eussociais há diferença de tamanho entre as subcastas, no geral abelhas maiores são forrageiras e as menores são nutrizes, no entanto, não é padrão. Serão gerados os transcriptomas e posterior análise de expressão diferencial entre as subcastas de cada espécie e entre as espécies. Desta forma pretende-se identificar genes que estão envolvidos nestes comportamentos e avaliar o quão conservada é a expressão. O projeto 2 é uma extensão de um projeto de Doutorado em andamento, no qual a evolução do comportamento social está sendo investigada. Genes candidatos, que apresentaram expressão diferencial, serão testados em 10 espécies de abelhas de tribos diferentes, escolhidas com base em suas posições filogenéticas. A validação da expressão desses genes será um indicativo da existência de um toolkit gênico relacionado ao comportamento social. Os projetos envolvem vários alunos de iniciação científica, pós-graduação e uma pós-doc.

As abelhas são importantes agentes para a polinização e consequente reprodução das plantas. Sabe-se que o maior número de espécies de abelhas existentes apresenta comportamento solitário (Batra 1984; Michener 2000; Alves-dos-Santos 2002). A espécie selecionada para esse estudo é a abelha solitária Xylocopa frontalis (Olivier 1789), pertencente à tribo Xylocopini (família Apidae) (Roig-Alsina & Michener 1993), a qual é composta por espécies grandes e avantajadas e que habitam regiões tropicais e temperadas (Minckley 1998). As espécies do gênero Xylocopa (Hurd & Moure 1963) são comumente conhecidas como mamangavas ou abelhas carpinteiras, sendo encontradas mais de 700 espécies desse gênero no mundo, sendo 50 só no Brasil. Embora não existam dados que apontem que X. frontalis seja uma espécie ameaçada de extinção, a diminuição global de abelhas tem chamado a atenção de pesquisadores e da sociedade (Potts el al. 2016). O fato de esta espécie apresentar uma grande distribuição geográfica, incluindo a América do Sul, a América Central e o México (América do Norte) (Figura 1), pode ser um indício de estarmos diante de um complexo de espécies. Somente conhecendo as relações filogeográficas de suas populações é que poderemos inferir sobre a sua diversidade e assim contribuir para possíveis demandas de conservação.

A diapausa, fenômeno amplamente presente entre os artrópodes, permite que os organismos sobrevivam às condições adversas, como estações frias e secas e escassez de recursos. Ela é considerada um fator evolutivo importante para o sucesso da Classe Insecta. Seu início e progressão são mediados por mecanismos moleculares como: diferença na expressão de genes, eventos pós-transcricionais, modificações pós-traducionais das proteínas e localização de proteínas em regiões específicas dentro das células. Identificar se estes mecanimos são conservados entre os organismos é uma questão central nos estudos evolutivos sobre diapausa. Tetrapedia diversipes é uma espécie com grande potencial para se estudar este fenômeno. Essa espécie apresenta duas gerações por ano: em uma o desenvolvimento ocorre sem interrupção; e na outra, os indivíduos entram em diapausa na fase larval durante o inverno. Dados de transcriptomas já foram gerados, por nosso grupo de pesquisa, com o objetivo de identificar o perfil da expressão gênica das larvas de T. diversipes em diapausa, no entanto, a falta de um genoma de referência de um organismo próximo limitou a anotação dos transcritos e uma análise mais aprofundada dos resultados. Para avançarmos nesse estudo pretendemos obter o genoma completo dessa espécie. Os dados de análise genômica serão integrados aos resultados de transcriptoma para o aprimoramento da anotação dos genes diferencialmente expressos e relacionados à diapausa. Adicionalmente, o genoma de T. diversipes será comparado aos genomas de outros insetos, especialmente de Hymenoptera, para a obtenção de informações sobre a sua organização e conteúdo.

É um projeto de Pós-doc sob a responsabilidade da Dra. Elaine Françoso. Numts são cópias não funcionais de genes de origem mitocondrial presentes no genoma nuclear. Essas regiões têm sido acidentalmente reconhecidas em diversos organismos pela presença de indels e stop códons em suas sequências. Em Meliponini, numts foram descritos em três espécies, e nossos resultados preliminares comprovaram a presença desses pseudogenes em outras três. O objetivo principal desse projeto é estudar os numts dentro de um contexto evolutivo. Pretende-se testar a hipótese de que os numts encontrados até agora em Meliponini são exclusivos dessa tribo, ou alternativamente, se a origem é mais basal dentro do grupo das abelhas corbiculadas. Para isso, espécies de Meliponini que representem toda a tribo e espécies de abelhas corbiculadas serão analisadas. Os genomas nuclear e mitocondrial serão isolados e utilizando-se de sondas dos genes mitocondriais, será possível isolar as cópias mitocondriais presentes no núcleo. Assim, os genes mitocondriais e seus respectivos numts serão caracterizados para entender onde e quando, num contexto evolutivo, os eventos de formação dos numts ocorreram. Numts podem ser ao mesmo tempo um obstáculo e uma nova ferramenta para análises evolutivas. Entender a origem e evolução desses pseudogenes será importante não só para o grupo econômica e ecologicamente importante das abelhas corbiculadas, mas também para diversos estudos que usam genes mitocondriais como principais marcadores moleculares, como em análises filogenéticas, filogeográficas, genética de população e identificação molecular de espécies por DNA barcode.

O mtDNA é muito utilizado como marcador molecular em estudos evolutivos devido a características intrínsecas como: grande quantidade de cópias; rápida evolução; facilidade de extração; herança uniparental; e ausência de recombinação. No entanto, um fator de extrema relevância que pode interferir na interpretação dos dados desse marcador é a ocorrência de heteroplasmia. A heteroplasmia é um estado onde um indivíduo apresenta moléculas de mtDNA variantes, e normalmente é atribuída a mutações, embora na literatura também é sugerido que pode ser originada por herança biparental das mitocôndrias, eventos de duplicação de genomas, e rearranjos mitocondriais. A heteroplasmia também é amplamente descrita na literatura como um estado provisório, desaparecendo em poucas gerações, devido a um evento de gargalo no número de mitocôndrias durante a embriogênese. Por outro lado, ainda são poucas as informações sobre organismos não modelos, como as abelhas, onde a heteroplasmia é negligenciada. Este trabalho visa caracterizar a heteroplasmia para uma abelha da espécie Bombus morio, tendo como ponto de partida um trabalho realizado dentro do grupo de pesquisa do Laboratório de Genética e Evolução de Abelhas, onde foi sugerida a ocorrência de heteroplasmia para essa espécie. Esse trabalho também pretende servir como modelo para a investigação da heteroplasmia em outros grupos, além de avaliar os impactos que a heteroplasmia pode gerar na utilização de sequências do mtDNA como marcadores moleculares em estudos evolutivos.

Esse projeto é constituído por 4 subprojetos:
SUBPROJETO 1: Filogeografia de Bombus morio e Bombus pauloensis (Hymenoptera: Apidae) 
As espécies B. morio e B. pauloensis, bons modelos para o estudo da história biogeográfica, pois possuem ampla e bem documentada distribuição no Brasil. Esse projeto visa estudar a estrutura filogeográfica dessas espécies e associar a fenômenos históricos que possam ter modelado suas distribuições, verificar a estabilidade das populações e realizar projeções de distribuição pretéritas e futuras em diferentes cenários com vistas à conservação dessas espécies.
SUBPROJETO 2: Estudos de genes candidatos relacionados ao comportamento social em abelhas. 
A evolução da eussocialidade tem sido amplamente estudada, no entanto as mudanças genéticas envolvidas no processo não são completamente conhecidas. As novas tecnologias de sequenciamento de DNA permitem o monitoramento de alterações nos padrões de expressão dos genes. Esse projeto tem por objetivo a análise de transcriptomas de abelhas solitária, primitivamente eussocial e altamente eussocial em diferentes fases do desenvolvimento. Os resultados auxiliarão na compreensão da evolução do comportamento social e da rede de interações gênicas envolvidas. 
SUBPROJETO 3: Análise da expressão gênica em larvas de Tetrapedia diversipes (Hymenoptera: Apidae) em estados de diapausa e não diapausa
A diapausa é um fenômeno amplamente presente nos artrópodes, e parece ter sido fundamental para o sucesso da Classe Insecta. Tetrapedia diversipes é uma espécie de abelha solitária, coletora de óleo e bivoltina. Os indivíduos da primeira geração não entram em diapausa, no entanto os da segunda geração sim. O objetivo desse projeto é traçar o perfil de expressão gênica de larvas de T. diversipes em diapausa e não diapausa e identificar novos genes que estejam relacionados diretamente com este processo através da análise de transcriptomas.
SUBPROJETO 4: Construção e triagem de bibliotecas genômicas enriquecidas para microssatélites em abelhas (Hymenoptera: Apidae). Esse projeto visa a geração de bibliotecas genômicas enriquecidas de loci de microssatélites. Esses marcadores serão posteriormente utilizados em estudos populacionais. 

O nosso laboratório sempre teve por objetivo entender as relações filogenéticas, a estrutura populacional e filogeográfica das abelhas da subfamília Apinae. Atualmente, com o advento das técnicas de genômica em larga escala, nossos objetivos foram ampliados para a detecção de genes envolvidos em processos comportamentais e evolutivos.

O comportamento social inclui atividades de interações intraespecíficas como a escolha da fêmea, reconhecimento da espécie, comportamento altruísta e organização da sociedade animal. Entre as espécies de animais mais sintonizadas com seu ambiente social estão os insetos sociais que, em algumas espécies como as abelhas da tribo Apini e Meliponini, apresentam um padrão complexo conhecido como eussocial. As espécies altamente eussociais formam as maiores colônias e as sociedades mais complexas. As abelhas são um grupo ideal para o estudo das bases da evolução da eussocialidade, pois há uma grande diversidade de estilos de vida social. Embora a evolução da eussocialidade tenha sido motivo de muitos estudos, as mudanças genéticas envolvidas no processo não são completamente conhecidas. Os resultados obtidos em estudos realizados até o momento fornecem um ponto de partida para a ligação entre alterações gênicas específicas e a evolução da eussocialidade, mas as questões fundamentais na evolução do comportamento social ainda precisam ser respondidas. Novas tecnologias de sequenciamento e o monitoramento de alterações nos padrões de expressão de transcritos permitem visualizar o cenário global no meio de interações e redes complexas. Análises deste tipo são promissoras para o estudo de características comportamentais. Neste contexto, o presente projeto de pesquisa permitirá a geração de dados importantes para a compreensão da evolução do comportamento social e da rede de interações gênicas envolvidas. Diferentes espécies de abelhas, assim como diferentes fases do desenvolvimento, terão o padrão de expressão de genes candidatos analisado.

A diapausa é um fenômeno amplamente presente nos artrópodes, e parece ter sido fundamental para o sucesso da Classe Insecta. A diapausa permite que os organismos sobrevivam a condições adversas, como estações frias e secas. Os traços da diapausa incluem a parada no desenvolvimento ativo, dormência reprodutiva, taxa de metabolismo reduzida ou a combinação destes traços. Nosso entendimento dos mecanismos moleculares envolvidos no início, manutenção e interrupção da diapausa é ainda fragmentado, sabe-se que envolve o silenciamento de muitos genes e alguns são unicamente expressos nesta fase. Embora existam evidências de que o processo de diapausa tenha se mantido conservado durante a evolução das espécies, ainda não é claro até que ponto os padrões metabólicos estão conservados. Tetrapedia diversipes é uma espécie de abelha solitária, coletora de óleo e bivoltina. Indivíduos que nascem na primeira geração, não entram em diapausa e têm o desenvolvimento mais rápido em relação aos indivíduos da segunda geração, que entram em diapausa. Sendo assim, o tempo de desenvolvimento varia de 21 dias a 366. Os recentes avanços na tecnologia de sequenciamento de nova geração (NGS) estão ampliando as oportunidades de esclarecer as bases moleculares de fenótipos e processos complexos. RNA-Seq é um novo método capaz de gerar uma visão global de mudanças transcricionais em organismos não modelo, permitindo identificar padrões únicos ou compartilhados de expressão de genes entre taxa. O objetivo deste trabalho é traçar o perfil de expressão gênica de larvas de T. diversipes em diapausa e identificar novos genes que estejam relacionados diretamente com este processo através da análise de transcriptomas.

Auxílio Pró-Reitoria de Pesquisa na modalidade de Núcleo de Apoia à Pesquisa, USP. Projeto que incluiu vário sub-projetos visando desenvolver pesquisas na interface Biodiversidade-Computação. Eu participo de três sub-projetos O projeto está sob a coordenação do Prof. Dr. Antonio Mauro Saraiva, da Escola Politécnica, USP, São Paulo, SP. Valor total R$ 2.000.000,00.

projeto de mestrado

Auxílio à pesquisa - FAPESP

Projeto da rede nacional de Barcode, sob coordenadação da Dra. Ana Maria Azeredo Espin, UNICAMP. Participo como sub-coordenadora, juntamente com o Dr. Fabrício dos Santos,UFMG, do Subprojeto:? Rede de barcodes de Hymenoptera?, responsáveis Dra. Maria Cristina Arias e . Valor total da rede barcode de Insetos R$ 600.000,00.

projeto de mestrado

projeto de doutorado

projeto de doutorado

dissertação de mestrado

Projeto temático tendo como coordenadora a profa. Vera Lúcia Imperatriz Fonseca e pesquisadores principais: prof. Antonio Mauro Saraiva, Lionel Segui Gonçalves e Maria Cristina Arias. Meu laboratório ficou responsável pelo subprojeto "Caracterização genética de populações de abelhas nativas sociais e solitárias", juntamente com os laboratórios coordenados pelos professores Marco Antonio Del Lama (UFSCAR) e Ademilson Espencer Egea Soares (FMRP-USP)
Valor obtido de aproximadamente R$ 1.800.000,00