The karyotypes and evolution of ZZ/ZW sex chromosomes in the genus Characidium (Characiformes, Crenuchidae)

Available data on cytotaxonomy of the genus Characidium Reinhardt, 1867, which contains the greatest number of species in the Characidiinae (Crenuchidae), with 64 species widely distributed throughout the Neotropical region, were summarized and reviewed. Most Characidium species have uniform diploid chromosome number (2n) = 50 and karyotype with 32 metacentric (m) and 18 submetacentric (sm) chromosomes. The maintenance of the 2n and karyotypic formula in Characidium implies that their genomes did not experience large chromosomal rearrangements during species diversification. In contrast, the internal chromosomal organization shows a dynamic differentiation among their genomes. Available data indicated the role of repeated DNA sequences in the chromosomal constitution of the Characidium species, particularly, in sex chromosome differentiation. Karyotypes of the most Characidium species exhibit a heteromorphic ZZ/ZW sex chromosome system. The W chromosome is characterized by high rates of repetitive DNA accumulation, including satellite, microsatellite, and transposable elements (TEs), with a varied degree of diversification among species. In the current review, the main Characidium cytogenetic data are presented, highlighting the major features of its karyotype and sex chromosome evolution. Despite the conserved karyotypic macrostructure with prevalent 2n = 50 chromosomes in Characidium, herein we grouped the main cytogenetic information which led to chromosomal diversification in this Neotropical fish group

DIVERSIFICAÇÃO E EVOLUÇÃO DOS CROMOSSOMOS SEXUAIS ZZ/ZW NO GÊNERO Characidium

The Characidium genus is the biggest and most diversified within the Characidiinae subfamily. Broadly distributed throughout Neotropical region, Characidium possesses 53 available species. These fishes mostly showed a karyotypic diploid number equal 50 chromosomes, with a karyotypic formula usually 32m+18sm. The genus is extremely interesting for genetic studies, due to the existence of several variations as the supernumerary or B chromosomes in some populations, the occurrence of natural triploidy, different positions and number of rDNA, sex chromosomes size and morphology variation, when they are present. In this work, the C. zebra, C. cf. zebra,C. aff. zebra, C. pterostictum, Characidium sp., C. heirmostigmata e C.gomesi species were karyotypically characterized. In addition, the C. gomesi W sex chromosome probe was obtained, through chromosome microdissection and afterward chromosome painting in other species. Simultaneously, 18S and 5S rDNA sites were located. The conventional species analysis proved the existence of the standard diploid number for the genus, 2n=50 chromosomes. Through C banding technique, it was verified the absence of the sex chromosome system ZZ/ZW, due to the lack of heterochromatic W chromosome, in the C. zebra, C. cf. zebra and C. aff. zebra populations. In C.pterostictum the sex chromosome system is in the beginning of the heterochromatinization process and in the Characidium sp., C. heirmostigmata and C.gomesi, the system is found totaly differentiated, showing the W chromosome completely heterochromatic. The comparative chromosome painting with the C.gomesi W- specific probe in the other species detected the sex chromosomes of C.pterostictum, Characidium sp., C. heirmostigmata and C. gomesi. With the W-specific probe the repetitive regions blocks were located in some chromosomes of all the analyzed species, showing a probable common origin of these repetitive regions and sex chromosome. The rDNA sites showed species-specific distribution, varying in amount and location. It has already been determined that the 45S rDNA was involved in the differentiation of the Characidium sex chromosome pair. The chromosomal evidences showed that the nucleolar organizing regions (NOR) carrier pair translocated with another autosome to form the proto sex chromosome pair of the genus. Afterward occurred an intense W chromosome heterochromatinization. In some species the NOR suffered a new transposition to another autosome pair, shared condition in species with extensive W chromosome heterochromatinization. Moreover, some species evidenced an increasing in the number of the 45S and 5S rDNA. Thus, the modifications associated to the differentiation of the sex chromosomes and number and position of the rDNA have been the main agents of the chromosomal evolution in Characidium. In this work, it was also possible verify that the biogreographic isolation, mainly in the rivers headwater and population differentiation are closely associated with the speciation in the group, afterward with sex chromosome system diversification and probable reproductive/chromosomal barrier arising among population/species.O gênero Characidium é o maior e mais diversificado dentro da subfamília Characidiinae. Amplamente distribuído por toda a região Neotropical, Characidium possui 53 espécies válidas. Estes peixes apresentam em sua maioria um número cariotípico diploide igual a 50 cromossomos, com uma fórmula cariotípica geralmente 32m+18sm. O gênero é de extremo interesse para estudos genéticos, devido à existência de inúmeras variações, a exemplo dos cromossomos supranumerários ou B em algumas populações, ocorrência de triploidia natural, diferentes posições e número dos sítios de rDNA e variação em tamanho e morfologia nos cromossomos sexuais, quando presentes. Neste trabalho, as populações/espécies Characidium zebra,Characidium cf. zebra, Characidium aff. zebra, Characidium pterostictum,Characidium sp., Characidium heirmostigmata e Characidim gomesi foram caracterizadas cariotipicamente. Em adição, foi obtida a sonda do cromossomo sexual W de C. gomesi, por microdissecção cromossômica e posterior pintura cromossômica nas outras espécies. Simultaneamente, foram localizados os sítios de rDNA 18S e 5S. A análise convencional das espécies comprovou a existência do número diploide padrão 50 cromossomos para o gênero. Por meio da técnica de bandamento C,verificou-se a ausência de sistema de cromossomos sexuais ZZ/ZW, devido à falta do cromossomo W heterocromático, nas populações de C. zebra, C. cf. zebra e C. aff.zebra. Em C. pterostictum o sistema de cromossomos sexuais está em início de heterocromatinização e em Characidium sp., C. heirmostigmata e C. gomesi o sistema encontra-se altamente diferenciado, apresentando o cromossomo W completamente heterocromático. A pintura cromossômica comparativa com a sonda W-específica de C. gomesi nas demais espécies detectou os cromossomos sexuais de C. pterostictum, Characidium sp., C. heirmostigmata e C. gomesi. Com a sonda W-específica foram localizados blocos de regiões repetitivas em alguns cromossomos de todas as espécies analisadas, demonstrando uma provável origem comum destas regiões repetitivas e dos cromossomos sexuais. Os sítios de rDNA apresentaram distribuição espécieespecífica,variando em quantidade e localização. Já foi determinado que o rDNA 45S esteve envolvido na diferenciação do par sexual de Characidium. As evidências cromossômicas mostraram que o par portador da RON translocou com outro autossomo para formar o par de proto cromossomo sexual do gênero. Posteriormente ocorreu uma intensa heterocromatinização do cromossomo W. Em algumas espécies a RON sofreu nova transposição para outro par autossomo, situação compartilhada em espécies onde o cromossomo W sofreu intensa heterocromatinização. Ainda, algumas espécies evidenciaram um aumento no número de sítios de rDNA 45S e 5S. Deste modo, as modificações associadas à diferenciação dos cromossomos sexuais, número e posição dos sítios de rDNA têm sido os principais agentes da evolução cromossômica em Characidium. Neste trabalho foi possível verificar ainda que o isolamento biogeográfico, principalmente em cabeceiras de rios e a diferenciação populacional estão intimamente associados à especiação no grupo, com posterior diversificação do sistema de cromossomos sexuais e provável surgimento de barreiras reprodutivas/cromossômicas entre as populações/espécies

Dispersion of transposable elements and multigene families: Microstructural variation in Characidium (Characiformes: Crenuchidae) genomes

<div><p>Abstract Eukaryotic genomes consist of several repetitive DNAs, including dispersed DNA sequences that move between chromosome sites, tandem repeats of DNA sequences, and multigene families. In this study, repeated sequences isolated from the genome of Characidium gomesi were analyzed and mapped to chromosomes in Characidium zebra and specimens from two populations of C. gomesi. The sequences were transposable elements (TEs) named retroelement of Xiphophorus (Rex); multigene families of U2 small nuclear RNA (U2 snRNA); and histones H1, H3, and H4. Sequence analyses revealed that U2 snRNA contains a major portion corresponding to the Tx1-type non-LTR retrotransposon Keno, the preferential insertion sites of which are U2 snRNA sequences. All histone sequences were found to be associated with TEs. In situ localization revealed that these DNA sequences are dispersed throughout the autosomes of the species, but they are not involved in differentiation of the specific region of the W sex chromosome in C. gomesi. We discuss mechanisms of TE invasion into multigene families that lead to microstructural variation in Characidium genomes.</p></div

Diversidade e sazonalidade de crisomelídeos (Coleoptera: Chrysomelidae) em pomar, no município de Ponta Grossa, Paraná, Brasil

Este trabalho teve como objetivo levantar informações sobre os padrões de composição faunística, estrutura da comunidade e sazonalidade de Chrysomelidae num pomar localizado na região dos Campos Gerais do Paraná. Durante cerca de dois anos de amostragem, foram coletados 3.661 coleópteros e, destes, 1.103 crisomelídeos, representando 30,1% dos besouros capturados. Eumolpinae e Galerucinae foram as duas subfamílias que apresentaram maior abundância e riqueza de espécies, sendo que as oito mais representativas no pomar foram: Eumolpinae sp. 7 e Eumolpinae sp. 15, Diabrotica speciosa, Iphimeis dives, Spintherophyta semiaurata, Colaspis sp. 1 e Colaspis sp. 2 e Syphrea sp. 1, representando 91,7% dos indivíduos coletados. Em relação às árvores frutíferas, observou-se que o maior número de insetos foi coletado em laranjeira e tangerineira; a laranjeira teve a maior riqueza de espécies, e o caquizeiro apresentou o maior índice de diversidade. A redução considerável de crisomelídeos no segundo ciclo anual demonstra que a família tem uma oscilação temporal acentuada. A primavera foi a estação de maior abundância nos dois anos de coleta, e os fatores meteorológicos não apresentaram correlação com a abundância de crisomelídeos

Population differentiation and speciation in the genus Characidium (Characiformes: Crenuchidae): effects of reproductive and chromosomal barriers

Both time and low gene flow are the key factors by which different biological species arise. The divergence process among lineages and the development of pre- or postzygotic isolation occur when gene flow events are lacking. The separation among species of the genus Characidium was analysed in relation to the geomorphological mechanisms in river courses, events of captured adjacent upland drainages in south-eastern Brazil, and sex chromosome differences. The ZZ/ZW sex chromosomes of Characidium vary in size, morphology, degree of heterochromatinization, and presence/absence of ribosomal DNA. The goal of this study was to understand the mechanism of sex chromosome differentiation, its close association with the geological history of cladogenetic events among drainages, and reproductive isolation leading to Characidium speciation. The W-specific probe from Characidium gomesi generated a highlighted signal on the entire W chromosome of C. gomesi, Characidium heirmostigmata, Characidium pterostictum, and Characidium sp., instead of karyotypes of three Characidium aff. zebra populations, which showed scattered signals. An evolutionary and biogeographic landscape arose by analysis of ribosomal DNA site location and differentiation of the sex chromosomes, which established mechanisms of reproductive isolation leading to meiotic barriers, keeping the biological unit distinct even if the contact among species was restored. (c) 2014 The Linnean Society of London, Biological Journal of the Linnean Society, 2014, 111, 541-553.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP