Sequência do genoma e seda da mariposa fusiforme do arminho, Yponomeuta cagnagella, representando a linhagem divergente inicial dos lepidópteros ditrysianos

Biologia das Comunicações, volume 5, número do artigo: 1281 (2022) Citar este artigo

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Muitas espécies de lepidópteros produzem seda, casulos, tubos de alimentação ou ninhos para proteção contra predadores e parasitas de lagartas e pupas. No entanto, o número de espécies de lepidópteros cuja composição da seda foi estudada detalhadamente é muito pequeno, porque os genes que codificam as principais proteínas estruturais da seda tendem a ser grandes e repetitivos, dificultando a sua montagem e análise de sequências. Aqui analisamos a seda de Yponomeuta cagnagella, que representa uma das primeiras linhagens divergentes dos ditrysian Lepidoptera, melhorando assim a cobertura da ordem. Para obter uma lista abrangente dos genes da seda de Y. cagnagella, sequenciamos e montamos um rascunho do genoma usando as tecnologias Oxford Nanopore e Illumina. Usamos um transcriptoma da glândula da seda e um proteoma da seda para identificar os principais componentes da seda e verificamos a especificidade tecidual da expressão de genes individuais. É fornecida uma anotação detalhada dos principais genes e seus supostos produtos, incluindo suas sequências completas e estruturas éxon-íntron. A morfologia das glândulas e fibras da seda também é mostrada. Este estudo preenche uma lacuna importante na nossa crescente compreensão da estrutura, evolução e função dos genes da seda e fornece recursos genômicos para estudos futuros da ecologia química das espécies de Yponomeuta.

Seda é um termo funcional usado para descrever fibras proteicas fiadas por diversas linhagens de artrópodes e abrange uma ampla gama de materiais diferentes1. A crescente aplicação de tecnologias ômicas para caracterizar as sequências de nucleotídeos e proteínas específicas dos componentes da seda está revelando uma variabilidade impressionante nas propriedades da seda entre os táxons de artrópodes . Foi levantada a hipótese de que sedas com diferentes estruturas proteicas dominantes têm diferentes origens evolutivas. Um número crescente de estudos em aranhas6, mariposas2,7, caddisflies8,9 e abelhas melíferas10,11 sugerem que a produção de seda evoluiu de forma independente em diferentes grupos. Os insetos usam diferentes tipos de glândulas para a secreção de seda e produzem uma variedade de secreções proteicas. Na verdade, a seda dos insetos pode ter evoluído independentemente em 23 linhagens1. No entanto, as larvas de Lepidoptera e Trichoptera (grupos irmãos que formam a supraordem Amphiesmenoptera) produzem fibras de seda contendo fibroínas L e H em suas glândulas labiais e suas principais proteínas da seda têm uma origem comum . Foi sugerido que a produção deste tipo de seda foi conservada há mais de 300 milhões de anos13.

A seda produzida pelas lagartas dos lepidópteros é secretada por um par de glândulas labiais (salivares) especializadas chamadas glândulas da seda (SG). Uma mistura de proteínas da seda é armazenada no lúmen da glândula da seda como uma solução espessa que solidifica após a fiação. Embora a estrutura geral da seda seja semelhante, as proteínas individuais podem variar muito em Lepidoptera. Dependendo da solubilidade, as proteínas da seda são tradicionalmente divididas em dois grupos: proteínas insolúveis de fibroína, que formam dois filamentos centrais e proteínas sericina solúveis em água quente, que formam um revestimento hidrofílico e selam os filamentos em uma fibra14,15. As fibroínas são produzidas pela parte posterior das glândulas da seda (PSG), enquanto as proteínas de revestimento são progressivamente adicionadas à seda armazenada nas glândulas da seda média (MSG). A parte anterior das glândulas da seda (ASG) aparentemente não produz nenhum componente da seda e serve como saída da glândula14. As proteínas de revestimento apresentam grande heterogeneidade entre as espécies, tanto no número de proteínas que contêm como nas sequências dos componentes individuais .

A análise detalhada dos componentes da seda foi realizada em vários representantes das famílias de mariposas Bombycidae17, Saturniidae18, Pyralidae19, Nolidae5, Tineidae7 e Psychidae20, com a maioria das espécies pertencentes à Ditrysia superior, que compreende mais de 98% da diversidade existente de lepidópteros . No entanto, a detecção de proteínas da seda em espécies recentemente estudadas é dificultada pela natureza repetitiva de suas sequências e pela baixa similaridade de sequências, mesmo entre espécies da mesma família. Perdas e duplicações genéticas combinadas com mudanças rápidas na sequência tornam bastante difícil a identificação de genes individuais que codificam proteínas de revestimento com base em semelhanças . Consequentemente, muitas vezes faltam sequências completas e arquitetura exon-íntron dos genes da seda.