PIBIC-UFU, CNPq & FAPEMIG Universidade Federal de Uberlândia Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação DIRETORIA DE PESQUISA ESTUDO CITOGENÉTICO DA POPULAÇÃO DE Leporinus friderici do RIO ARAGUARI ¹Naiara Ribeiro Vieira Instituto de Genética e Bioquímica; Universidade Federal de Uberlândia; Av: Amazonas,Uberlândia CEP:38400-902; [email protected] ²Sandra Morelli Instituto de Genética e Bioquímica; Universidade Federal de Uberlândia; Av: Amazonas,Uberlândia CEP:38400-902; [email protected] Resumo: Considerando a grande distribuição na maioria das bacias hidrográficas da América do Sul, a espécie Leporinus friderici é alvo da pescaria comercial e de subsistência, possui um grande potencial para criação, tornando-se economicamente interessante no Brasil. Devido ao alto grau de diversificação e a origem evolutiva antiga, os peixes são um dos melhores grupos para estudos citogenéticos, genéticos e evolutivos. A análise citogenética da espécie Leporinus friderici pode ser uma poderosa ferramenta para entender a filogenia dentro e entre os gêneros dos anastomídeos. A caracterização cariotípica das espécies possibilita a comparação de dados entre os diferentes grupos, auxiliando, assim, a compreensão das relações de parentesco e de processos evolutivos ocorrido nos cariótipos. O objetivo deste trabalho foi analisar a constituição cariotípica dos indivíduos da espécie Leporinus friderici coletados no Rio Araguari, na cidade de Uberlândia (MG). Para a realização do presente estudo utilizou-se das seguintes técnicas: suspensão celular com coloração Giemsa convencional, que demonstrou que a população apresenta número diplóide igual a 54 cromossomos e variações cariotípicas quanto ao número de cromossomos metacêntricos e submetacêntricos; Banda C que revelou grandes blocos heterocromáticos no primeiro par de cromossomos metacêntricos e também foram encontradas duas marcações cromossômicas distintas: bandas biteloméricas e pericentroméricas; e por fim a impregnação do material por nitrato de Prata evidenciou que as regiões organizadoras do nucléolo encontram-se nas regiões teloméricas ou intersticiais no primeiro par de cromossomos metacêntricos. Palavras-chave Leporinus friderici; cariótipo; Banda C; Nitrato de prata; NORs. 1. INTRODUÇÃO 1.1 Aspectos Gerais da Citogenética de Peixes Os peixes representam a maior classe de vertebrados. Das aproximadamente 50000 espécies conhecidas de vertebrados viventes, em torno de 900 são peixes cartilaginosos e 25000 são ósseos. Desse total, provavelmente, cerca de 5000 espécies pertencem à fauna de peixes de água doce da América do Sul (Bockmann, 2005), a mais rica e diversificada ictiofauna continental do planeta (Carvalho et al., 1998). Os peixes da fauna neotropical derivam de um grupo básico, representado principalmente por duas ordens dominantes: Characiformes e Siluriformes. Apesar disso, essa ictiofauna é muito rica, e no Brasil, apenas na região Amazônica, são encontradas de 2500 a 3000 espécies (Galetti Junior, 1998), em sua grande maioria, pertencentes à ordem Characiformes (Nakatany et al., 2001). A ordem Characiformes, é composta por nove famílias sendo que, destas, sete ocorrem na região neotropical (Nelson, 1984). 1- Acadêmico do curso Ciências Biológicas; 2 – Orientador Entre as famílias de Characiformes, Anostomidae é considerada como uma das mais abundantes famílias de peixes neotropicais (Vari, 1983), encontrando-se bem distribuída na região (Géry, 1977 apud Martins et al., 2003). Ela é composta por cerca de 12 gêneros (Greenwood et al., 1966 apud Koehler et al., 1997), dos quais, dez são endêmicos da América do Sul, com representantes em todas as bacias hidrográficas brasileiras (Géry, 1977 apud Albrecht; Caramaschi, 2003). As maiorias dos seus gêneros são monotípicos, entretanto, Leporinus possui mais de 70 espécies (Vari, 1983), caracterizando-se, dessa maneira, como o mais diversificado da família (Martins et al., 2003). Esses animais se distribuem desde a América Central até a América do Sul, e várias espécies, como L. macrocephalus, L. obtusidens e L. elongatus, representam um importante recurso pesqueiro para muitas comunidades sul-americanas (Martins et al., 2003). Entretanto, de todas as espécies do gênero Leporinus, L. friderici parece ser a espécie mais amplamente distribuída, ocorrendo em quase todas as principais bacias hidrográficas da América do Sul. Esta espécie é explorada na pescaria comercial e de subsistência ao longo de toda a região em que é encontrada. Além disso, ela é de grande interesse no Brasil devido ao seu potencial para criação, atividade econômica que se encontra em franca expansão no país (Albrecht; Caramaschi, 2003). Leporinus friderici é uma espécie onívora (Albrecht; Caramaschi, 2003), mas, apresenta uma tendência para a herbivoria, alimentando-se de resquícios de plantas, frutas, sementes, e algas filamentosas (Albrecht; Caramaschi, 2003). Em uma pesquisa realizada no alto rio Tocantins antes e após seu represamento pela Hidroelétrica Serra da Mesa, a composição da dieta dessa espécie variou de acordo com a região e o tipo de ambiente. Esses resultados demonstraram que Leporinus friderici tem um comportamento claramente oportunista, mudando sua dieta rapidamente para aproveitar a abundância de determinados itens alimentares. Esta versatilidade quanto à estratégia de forragemento, pode ser a explicação para o amplo campo de distribuição dessa espécie (Albrecht; Caramaschi, 2003), uma vez que, animais generalistas têm mais chances de conquistar novos ambientes em relação aos animais especialistas (Lowe-Mcconnel, 1987). 1.2 Caracterização da área de estudo Segundo Baccaro et al. (2004) o rio Araguari possui 475 km de extensão, nasce no Parque Nacional da Serra da Canastra, no município de São Roque de Minas, e é um dos principais tributários do rio Paranaíba, o qual forma junto com o rio Grande, a bacia do rio Paraná. Esta bacia é a décima em descarga no mundo e a quarta em área de drenagem (Agostinho et al., 1999). Aproximadamente 70% do fornecimento da energia hidroelétrica brasileira é produzida pelo poder das usinas instaladas na parte superior da bacia do Rio Paraná, com mais de 130 represas com altura superior a 10 m construídas nesta região (COMASE, 1994). Esta região tem sido ocupada desde a metade do século XIX, mas somente nas quatro últimas décadas do século XX a vegetação natural foi modificada pela agricultura e pela pastagem de animais domésticos, acelerando a transformação da paisagem. A bacia hidrográfica do Rio Araguari localiza-se na mesorregião do Triângulo/Alto Paranaíba, na porção oeste do Estado de Minas Gerais, entre as coordenadas geográficas de 18º 20’ e 20º 10’ de latitude Sul e 46º 00’ e 48º 50' de longitude Oeste de Greenwich, ocupando uma área de 20.186 km², que abrange parte de 20 municípios. (Brito; Rosa, 2003). Na região mais elevada do Rio Araguari encontra-se o reservatório da represa de Miranda, uma região caracterizada por um clima tropical, com um período de seca ocorrendo de abril a setembro e uma estação chuvosa de outubro a março, com 1700 mm/ano de precipitação (Nimer, 1989). O reservatório apresenta uma profundidade máxima de 80 m e uma área de superfície de aproximadamente 50,6 km2. 1.3 Estudos citogenéticos em Anastomidae 2 Os peixes foram os primeiros vertebrados a surgirem na Terra e constituíram a base da evolução dos anfíbios, répteis, aves e mamíferos, ocupando assim uma posição central na evolução desses animais (Toledo-Filho et al 1978). De acordo com essa posição, eles constituem um dos grupos mais favoráveis para estudos genéticos, citogenéticos e evolutivos, os quais têm crescido bastante ao longo do tempo. A região neotropical apresenta a ictiofauna de água doce mais rica e diversificada de todo o mundo. As duas ordens mais representativas em número de espécies conhecidas nesta região são os Characifromes e os Siluriformes, vulgarmente conhecidos como peixes de escama e de couro, respectivamente (Nelson, 1994). Nos últimos anos, a citogenética de peixes vem acumulando dados que permitem estabelecer tendências evolutivas entre as diferentes famílias destas ordens. A variabilidade no número cromossômico no grupo dos peixes é grande, com o número diplóide variando entre 12 a 250 cromossomos (Kirpichnikov, 1981 apud Feldberg, 1990). Além da variabilidade quanto ao número diplóde, também é observada grande diversificação quanto à distribuição de heterocromatina constitutiva, morfologia cromossômica, tamanho e quantidade das regiões organizadoras de nucléolos, e presença ou ausência de cromossomos supranumerários (Araujo, 2003). Estas variações são encontradas não só entre grupos taxonômicos básicos, mas também dentro de ordens, famílias, gêneros ou mesmo espécies (Oliveira et al., 1988). Ao contrário da maioria dos grupos de Characiformes, a família Anostomidae apresenta uma estrutura cariotípica bem conservada (Martins; Galetti Junior, 1998). Analogamente às famílias Parodontidae, Curimatidae e Prochilodontidae, a estrutura geral do cariótipo da família Anostomidae consiste em um número diplóide de 54 cromossomos, meta e submetacêntricos, o que parece ser bastante estável e altamente conservado na evolução desses animais (Koehler et al., 1997). Outra característica bem conservada nessas famílias é a quantidade de NORs que apresentam, pois todas possuem NOR simples (Galetti Junior et al., 1984; Moreira-Filho et al., 1984; Venere; Galetti Junior, 1989; Pauls; Bertollo, 1990; Feldberg et al., 1992). Entretanto, apesar da grande estabilidade cariotípica da família Anostomidae, já foram descritas, em várias espécies de Leporinus, o seu gênero mais amplamente estudado (Martins; Galetti Junior, 1998), variações quanto à localização de NORs (Galetti Junior et al., 1984, 1991b; Koehler et al., 1997), padrões de heterocromatina (Galetti Junior. et al., 1991a, b; Koehler et al., 1997; Artoni et al., 1999), e tipos de cromossomos sexuais (Galetti Junior et al., 1981; Koehler et al., 1997; Venere et al., 2004). Além disso, embora o número de NORs (apenas 1 par) pareça estar bem conservado dentro desse gênero (Koehler et al., 1997), já foram descritas duas ocorrências de NORs múltiplas em Leporinus friderici (Galetti Junior et al., 1991a; Galetti Junior et al., 1995). Os indivíduos desta espécie apresentam uma estrutura cariotípica bem conservada, de 54 cromossomos meta ou submetacêntricos, em plena concordância com o padrão observado na família (Koehler et al., 1997). Também, assim como os demais anostomídeos, geralmente, apresentam apenas um par de cromossomos corado pelo nitrato de Prata (Galetti Junior et al., 1984; Koehler et al., 1997), salvo as duas exceções já mencionadas. Sistemas de cromossomos sexuais diferenciados não foram encontrados nesta espécie (Koehler et al., 1997), entretanto, há relatos de ocorrência de cromosomos supranumerários acrocêntricos, e completamente heterocromáticos (Venere et al., 1999). A ictiocitogenética, assim, fornece subsídios para elucidar problemas evolutivos, se mostrando uma importante ferramenta na caracterização das mais diversas espécies de peixes, se tornando ainda mais forte quando associada às outras áreas de estudo, como por exemplo, a sistemática, apresentando valioso papel na identificação de espécies crípticas e taxonomicamente problemáticas (Garcia; Moreira Filho, 2005). Por meio de técnicas de bandeamento, é possível compreender melhor as alterações cromossômicas que se estabelecem em cada cariótipo, possibilitando também a observação detalhada das transformações que ocorrem em grupos de espécies próximas com cariótipos muito semelhantes (Guerra, 1988). O estudo da heterocromatina é importante devido à sua universalidade, sua diversidade, em relação às diferenças em termos de composição de bases de DNA e sua variabilidade. Guerra (op. 3 cit.), ainda ressalta que em algumas espécies o padrão de bandas C pode servir como um parâmetro que facilita a identificação e caracterização de certos cromossomos. A localização das Regiões Organizadoras de Nucléolos (NORs) fornece significativas informações sobre o cariótipo das espécies, contribui para o conhecimento da estrutura cromossômica, fornece informações sobre atividade gênica dessas regiões, além de ser importante marcador citotaxonômico. A maior aplicabilidade da citogenética de peixes, sem dúvida alguma, se refere aos estudos evolutivos, mas, ocorrem inúmeras associações desses estudos, com a taxonomia. A citotaxonomia tem constituído um dos objetivos da citogenética de peixes neotropicais, principalmente em grupos taxonomicamente problemáticos, podendo ser uma excelente ferramenta para ser utilizada em associação com dados de morfologia, biogeografia, comportamento e genética molecular, para se chegar mais próximo a uma real história evolutiva dos organismos. Nas últimas décadas a citogenética teve um impulso significativo no seu espectro de atuação. Assim, a citogenética mostra-se uma ciência dinâmica que se adapta às necessidades e às novas tecnologias, mantendo-se sempre como uma área em destaque na genética. Especialmente em peixes, nos quais são vários os problemas já levantados, juntamente com outros que surgem a todo o momento, há muito ainda a ser investigado no campo dos cromossomos. 2. OBJETIVOS O objetivo deste projeto é analisar a constituição cariotípica dos indivíduos da espécie Leporinus friderici (piau três pintas) coletados no rio Araguari (bacia do Alto Paraná), na cidade de Uberlândia (MG), utilizando as seguintes técnicas: de suspensão celular para obtenção de cromossomos mitóticos com coloração Giemsa convencional, para caracterizar o cariótipo da espécie; Banda C, para detectar as diferentes regiões de heterocromatina constitutiva; e a impregnação por nitrato de Prata, para identificar a Regiões Organizadoras de Nucléolos (NORs), quanto ao seu número, localização e os diferentes cromossomos portadores destas regiões. 3. MATERIAL E MÉTODOS 3.1 Material As espécies foram coletadas na represa de Miranda, no rio Araguari (18º47’1.36’’S / 48º11’57.76’’O), próximo à cidade de Uberlândia, MG. A captura das espécies se realizou através de pesca comum, sendo utilizado equipamento do tipo médio/pesado, montado com chumbo para manter a isca no fundo, utilizando-se de linhas de 17, 20 e 25 lb, e os anzóis variando do número 4 ao 8. Foram coletados 7 exemplares de Leporinus frederici do rio Araguari (6 machos e 1 fêmeas). As espécies foram numeradas de acordo com o livro de registro do Laboratório de Citogenética da Universidade Federal de Uberlândia e encontram-se depositadas em álcool 70%. 3.2 Métodos 3.2.1 Preparação dos cromossomos mitóticos. 1. 2. 3. 4. Foi usada a técnica descrita por Bertollo et al. (1978), para estudos de cromossomos de peixes, com modificações. Injetar, intraperitonialmente, colchicina a 0,025% na proporção de 1 ml/100g de peso do animal; Deixar o animal em aquário aerado por aproximadamente uma hora, sacrificando-o em seguida. Retirar os tecidos desejados; Lavar o material retirado em uma solução hipotônica de cloreto de potássio (KCl) a 0,075M; Transferir o material para uma pequena cuba de vidro contendo 8 a 10 mL de solução 4 hipotônica; 5. Fragmentar o material, com pinças de dissecção, completando este processo com auxílio de uma seringa hipodérmica desprovida de agulha; 6. Colocar a suspensão obtida em estufa a 36o C por 20 minutos; 7. Suspender cuidadosamente o material sedimentado com auxílio de pipeta Pasteur, transferindoo para um tubo de centrífuga. Nesta transferência, os pedaços de tecido não desfeitos devem ser descartados. Acrescentar 5 a 6 gotas de fixador (álcool metílico e ácido acético 3:1) recém preparado e suspender novamente o material sedimentado; 8. Centrifugar durante 10 minutos, entre 500 e 900 rpm, descartando o sobrenadante com auxílio de pipeta Pasteur; 9. Adicionar 5 a 6 mL de fixador; 10. Suspender o sedimento com auxílio de pipeta Pasteur; 11. Repetir os itens 8 a 10 por duas vezes. Após a última centrifugação e eliminação do sobrenadante, adicionar 1 a 2 mL de fixador, dependendo da quantidade de material e suspender bem o sedimento; 12. Pingar 3 a 4 gotas de suspensão celular, com uma pipeta Pasteur, sobre diferentes regiões de uma lâmina limpa mantida em água destilada na geladeira, ou sobre uma lâmina seca, aquecida suavemente (25o a 30o C) em chapa aquecedora, ou ainda sobre uma lâmina mantida em água destilada entre 65o e 70oC; 13. Escorrer o excesso de material, inclinando um pouco a lâmina sobre papel de filtro; 14. Secar diretamente ao ar. 3.2.2 Detecção das NORs pela impregnação com nitrato de Prata (Ag-NORs). 1. 2. 3. 4. 5. Foi usada a técnica descrita por Howell e Black (1980). Colocar uma gota de solução de gelatina a 2% acrescida de ácido fórmico, na proporção de uma parte para 100 de solução e 2 gotas de solução aquosa de nitrato de Prata a 50%, sobre lâmina preparada para cromossomos mitóticos; Misturar as duas soluções e cobrir com lamínula; Transferir para estufa a 70º C. Decorridos alguns minutos (5 a 6), a lâmina adquire uma coloração amarelada, passando para marrom dourada; Remover a lamínula com água e lavar bem a lâmina em água deionizada; Secar e examinar ao microscópio. 3.2.3 Detecção de heterocromatina constitutiva (Banda C) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. A técnica, apresentada a seguir, foi descrita por Sumner (1972), com pequenas modificações. Tratar o material preparado segundo a técnica descrita para cromossomos mitóticos, com HCl 0,2N em temperatura ambiente, por 10 a 15 minutos; Lavar em água deionizada, à temperatura ambiente e secar ao ar; Incubar, por 4 a 8 minutos, em solução filtrada recém-preparada de Ba(OH)2.8H2O, a 5%, a 60o C; Lavar rapidamente em HCl 0,2N e em água deionizada e secar ao ar; Incubar em solução de 2xSSC, a 60º C, por um período de 30 a 60 minutos; Lavar em água deionizada e secar ao ar; Corar com Giemsa, diluído a 2% em tampão fosfato, pH 6,8, por 15 a 20 minutos; Lavar em água deionizada e secar ao ar. 3.2.4 Montagem do cariótipo As melhores metáfases foram fotografadas em um microscópio óptico de luz ZEISS® em campo claro, utilizando a objetiva de imersão. O cariótipo foi montado com auxílio do software 5 Micro Measure versão 3.01 (Reeves; Tear, 1999), sendo a morfologia cromossômica determinada segundo os critérios propostos por Levan et al., (1964). 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO Foram analisados 19 indivíduos de Leporinus friderici . Através da técnica de preparação dos cromossomos mitóticos foram obtidos dados que mostram um cariótipo constituído por 2n=54 cromossomos (Figura 1e 2) para machos e fêmeas. O citótipo observado foi de 26m + 28sm, com NF =108. Figura 1- Cariótipo de um macho de Leporinus frederici do rio Araguari M e t á f a s e s 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1434 1417 1639 1718 50 51 52 53 54 55 nº de cromossomos Figura 2 – Gráfico das freqüências para os números diplóides de Leporinus friderici, coletadas no rio Araguari (os números da legenda referem-se ao número de registro dos animais no Laboratório de Citogenética da Universidade Federal de Uberlândia). O padrão simples de NOR é uma característica bastante conservada nessa família (Galetti Junior et al., 1984; Moreira-Filho et al., 1984; Venere; Galetti Junior, 1989; Pauls; Bertollo, 1990; Feldberg et al., 1992), as espécies de L. friderici analisadas mantém o padrão simples de NORs, ou seja, estas se localizam em um único par de cromossomos. Koehler et al. (1997), afirmam que constrições secundárias nas regiões teloméricas dos cromossomos do par 2, são particularmente visíveis em L. friderici e L. elongatus, e provavelmente indicam a posição das regiões organizadoras do nucléolo (NORs), o presente estudo confirma essas informações. A análise das regiões organizadoras de nucléolo (NOR) evidenciou uma marcação intersticial (figura 3) e uma telomérica (figura 4) no primeiro par de cromossomos metacêntricos em metáfases diferentes correspondendo ao segundo par do lote com relação ao tamanho. Esses padrões de marcação já foram descritos em duas ocorrências de NORs múltiplas em Leporinus friderici (Galetti Junior et al., 1991; Galetti Junior et al., 1995). Análises em Leporinus friderici, realizadas por hibridização in situ, nitrato de prata e coloração por fluorocromos, mostrou variações intra e inter-individuais sugerindo rearranjos pószigóticos nestas regiões (Galetti Jr. et al., 1995 apud Koehler et al., 1997). A técnica de banda C, no presente estudo, revelou que o lócus do gene ribossomal está associado aos segmentos heterocromáticos na espécie de L. frederici (Koehler et al., 1997). 6 As marcações de heterocromatina constitutiva evidenciadas pela técnica de banda C estão presentes na maioria dos cromossomos. Foram observadas marcações biteloméricas e pericentroméricas, além de um grande bloco heterocromático em um dos cromossomos do primeiro par de metacêntricos, o que corresponde com a região de constrição secundária marcada pela NOR (Figura 5). Analisando a distribuição da heterocromatina constitutiva em outros pares de cromossomos, pode-se observar que as regiões telomerícas, bem como as centroméricas ossuem banda C positiva em Leporinus friderici, L. obtusidens and L. elongatus, com algumas diferenças interespecíficas na intensidade da coloração (Koehler et al., 1997). Figura 3 – Cariótipo com marcação da NOR intersticial de Leporinus friderici do Rio Araguari. Figura 4 – Cariótipo com marcação da NOR telomérica de Leporinus friderici do Rio Araguari. Os dados obtidos com o presente estudo apresentam análises de grande importância para o estudo evolutivo desses vertebrados e mostram informações pouco vistas na literatura. Sendo assim a análise citogenética da espécie Leporinus friderici é uma poderosa ferramenta para entender a filogenia dentro e entre os gêneros dos anastomídeos, uma vez que os estudos citogenéticos em populações de peixes têm contribuído muito para a elucidação dos processos evolutivos das espécies neotropicais. Figura 5 – Cariótipo com Banda C de Leporinus friderici do rio Araguari. 7 5. AGRADECIMENTOS Agradeço a FAPEMIG e UFU que me deram apoio financeiro para realização desse trabalho. 6. REFERÊNCIAS Agostinho, A.A.; Miranda, L.E.; Bini, L.M.; Gomes, L.C.; Thomaz, S.M. E Suziki, H.I. “Patterns of colonization in neotropical reservoirs, and prognoses on aging”. In: Tundisi, J.G. & Straskraba, M. Theoretical reservoir ecology and its applications, Ed. International Institute of Ecology, Brazilian Academy of Science and Backhuys Publishers.p. 227-265, 1999. 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Due to the high diversification degree and the old evolutionary origin, the fish are one of the best groups for cytogenetic, genetic and evolutionary studies. The cytogenetic analysis of the species Leporinus friderici can be a powerful tool to understand the phylogeny inside and between the genus of the anastomideos. The karyotypic characterization of the species makes possible the comparison of data among the different groups, aiding, then, the understanding of the kinship relationships and of evolutionary processes happened in the karyotypes. The objective of this study was to analyze the Leporinus friderici individuals' karyotypic constitution collected in Araguari River, in the city of Uberlândia (MG). For the accomplishment of the present study were used the following techniques: cellular suspension with conventional Giemsa coloration, that demonstrated that the population presents diploid number same to 54 chromosomes and karyotypic variations with relationship to the number of metacentric and submetacentric chromosomes; Band C that revealed big heterochromatic blocks in the first pair's of metacentric chromosomes and there were also found two distinct chromosomic demarcations: bitelomeric and pericentromeric bands; and finally the impregnation of the material with silver nitrate evidenced that the nucleolar organizer regions are in the telometric or intersticials areas, in the first pair of metacentric chromosomes. Keywords: Leporinus friderici; karyotype; Band C; silver nitrate; NORs 10