PROTOCOLOS CITOGENÉTICOS E PERSPECTIVAS BIOTECNOLÓGICAS VOLTADAS À PISCICULTURA MARINHA E CONSERVAÇÃO

Genetic methodologies have been increasingly utilized in fish breeding programs and conservation biology through classical and modern techniques, such as chromosomal manipulation and molecular markers. Among the different approaches have been identified a rapid growth of chromosomal information about species and populations. In this review are detailed the different applications and perspectives of cytogenetic studies and chromosome manipulation related to native or cultivated fishes. The scenario presented demonstrates its enormous importance in studies on the identification of biodiversity, although chromosome manipulation also will be routinely employed in several species. Despite the great marine biodiversity and of the economic value of their species, cytogenetic data is reduced and have been less applicable in the marine fish farming.Keywords: Fish cytogenetics; chromosomes; marine fish farming; chromosome manipulation.Abordagens genéticas passaram a contribuir crescentemente nos programas de criação de peixes e conservação biológica através do emprego de técnicas genéticas clássicas e modernas, envolvendo tanto a manipulação cromossômica, como marcadores moleculares. Entre as abordagens aportadas tem se identificado um crescimento vertiginoso das informações cromossômicas de espécies e populações. Na presente revisão são detalhadas diferentes aplicações e perspectivas dos estudos citogenéticos e da manipulação cromossômica relacionadas à ictiofauna nativa ou cultivada. O cenário apresentado demonstra sua enorme relevância em estudos relacionados à identificação da biodiversidade, embora, em menor grau, a manipulação cromossômica venha sendo corriqueiramente empregada em várias espécies. Apesar da grande biodiversidade marinha e do valor econômico de suas espécies, as informações citogenéticas ainda são significativamente menores e de menor aplicabilidade para a piscicultura marinha.Palavras-chave: citogenética de peixes, cromossomos, piscicultura marinha, manipulação cromossômica

MARCADA DIFERENCIAÇÃO CARIOTÍPICA ENTRE AS “MANJUBAS” Atherinella blackburni E A. brasiliensis (ATHERINIFORMES).

Atheriniformes is represented by only three species in the Brazilian coast. Species and populations identifications in some small fishes, useful in biological conservation are restricted, due markedly to the absence of conspicuous morphological features. Generally small coastal fish are included at common sense in an indistinct polyphyletic group that depending on the geographic region may receive several popular designations. Among these often are included the Brazilians atheriniforms, whose cytogenetic data are still very limited. Aiming to identify the mechanisms of karyotypic diversification in this group, were analyzed cytogenetically Atherinella blackburni and A. brasiliensis by Giemsa staining, Ag-NOR, C-banding and base-specific fluorochrome CMA3/DAPI. Both species have 2n=48 chromosomes, but distinct karyotypes. So, Atherinella blackburni has 38m (metacentric) + 6sm (submetacentric) + 4a (acrocentric) (NF=92), while A. brasiliensis 4m +14 sm +18 st +12 a (NF=84). Ag-NORs sites (regions CG+) were present in the terminal portions of the short arms of pair 1 (m) in A. blackburni and pair 3 (sm) in A. brasiliensis. The high heterochromatin content in both species is distributed in centromeric and pericentromeric regions, occupying much of the short arms in the most two-armed chromosomes. Much of the heterochromatin of chromosomes of A. blackburni is GC-rich. The striking structural chromosomal diversity between the species was apparently mediated by pericentric inversions and differential heterochromatinization process.Keywords: fish names; fish cytogenetics; heterochromatinization; taxonomic cytomarker.Atheriniformes é representada por apenas três espécies na costa brasileira. A identificação de espécies e populações em alguns grupos de peixes de pequeno porte, útil na conservação biológica é restrita e decorrente em grande parte da ausência de características morfológicas conspícuas. Em geral peixes costeiros de pequeno porte são incluídos pelo senso comum em indistinto grupo polifilético que dependendo da região geográfica pode receber várias denominações populares. Entre estes muitas vezes são incluídos os atheriniformes brasileiros, cujos dados citogenéticos são ainda muito restritos. Visando contribuir para a identificação dos mecanismos de diversificação cariotípica na Ordem, foram analisadas citogeneticamente as espécies do gênero Atherinella, A. blackburni e A. brasiliensis através de coloração com Giemsa, Ag-RONs, bandamento C e fluorocromos base-específicos CMA3/DAPI. Ambas as espécies apresentam 2n=48 cromossomos, mas fórmulas cariotípicas distintas. Atherinella blackburni, possui um cariótipo formado por 38m (metacêntricos) + 6sm (submetacêntricos) + 4a (acrocêntricos) (NF=92; i.e. número de braços cromossômicos), enquanto que o cariótipo de A. brasiliensis é formado por 4m+14sm+18st+12a (NF=84). Sítios Ag-RONs (regiões GC+) estavam presentes no 1o par (m) em posição telomérica, em A. blackburni e na porção terminal do braço curto do 3o par (sm), em A. brasiliensis. O elevado conteúdo heterocromático, em ambas as espécies, está distribuído em regiões centroméricas e pericentroméricas, ocupando grande parte dos braços curtos na maioria dos cromossomos bibraquiais. Grande parte das heterocromatinas dos cromossomos de A. blackburni é rica em bases GC. A marcante diversificação cromossômica estrutural, entre as espécies aparentemente foi mediada por processos de inversões pericêntricas e heterocromatinização diferenciais.Palavras-chave:nomes de peixes, citogenética de peixes, heterocromatinização, citomarcadores taxonômicos

CITÓTIPO EXCLUSIVO PARA Parauchenipterus galeatus (SILURIFORMES, AUCHENIPTERIDAE) NA BACIA DO ATLÂNTICO NE ORIENTAL DO BRASIL: INDICAÇÕES DE UM COMPLEXO DE ESPÉCIES.

Endemisms among the ichthyofauna of the hydrographic Brazilian basins has been showed frequent, mainly due to vicariance or dispersal processes. Several species constitute genuinely complexes of cryptic species, in clear process of differentiation. Cytogenetic analysis performed in the catfish, Parauchenipterus galeatus, in the basin of the Eastern North-east Atlantic basin of Brazil revealed a karyotype with 2n = 58 (24m+16sm+10st+8a; NF=108), with unique NORs sites located in the distal region of a submetacentric chromosome pair and with reduced heterochromatic regions. This standard karyotype shown differentiated from other already described for species of others basins. The distribution of heterochromatin associated with structural variations of karyotype represent important evidences of cytogenetic differentiation of P. galeatus among the different Brazilian basins. Considering the time of divergence between large basins, it is possible that the cytogenetic differences found may represent in some cases effective post-zygotic reproductive barriers. The diversity of the species karyotype supports the existence of a species complex.Keywords: Cangati; cryptic species; fish cytogenetics; allopatric speciation.Endemismos entre as ictiofaunas das bacias hidrográficas brasileiras vêm se mostrando frequentes, principalmente decorrentes de vicariância ou dispersão. Diversas espécies constituem verdadeiramente complexos de espécies crípticas, em franco processo de diferenciação. Análises citogenéticas realizadas no bagre, Parauchenipterus galeatus, da bacia hidrográfica do NE Oriental do Brasil revelaram um cariótipo com 2n=58 (24m+16sm+10st+8a; NF=108), com RONs simples localizadas em região distal de um par cromossômico submetacêntrico, com regiões heterocromáticas reduzidas. Este padrão cariotípico se mostra diferenciado de outros já descritos para a espécie de outras bacias hidrográficas. A distribuição da heterocromatina, associada às variações estruturais do cariótipo representam importantes indícios de diferenciação citogenética de P. galeatus em diferentes bacias brasileiras. Considerando o tempo de divergência entre as grandes bacias, é possível que as diferenças citogenéticas encontradas possam representar em alguns casos efetivas barreiras reprodutivas pós-zigóticas. A diversidade cariotípica para a espécie apoia a existência de um complexo de espécies.Palavras-chave: cangati, espécies crípticas, citogenética de peixes, especiação alopátrica

BANDAMENTOS CROMOSSÔMICOS EM CRUSTACEA. I. CARIÓTIPO, Ag-RONs, BANDAMENTO-C E TRATAMENTO COM ENDONUCLEASES DE RESTRIÇÃO EcoRI, PstI E KpnI EM Artemia franciscana

Karyotypic characteristics of the microcrustacean Artemia franciscana Kellog 1906, introduced to the salt lakes on the northeastern coast of Brazil in the 1970s, were investigated by conventional staining, C banding, restriction endonucleases (EcoRI, PstI and KpnI) and Ag-NORs. The karyotype consisted of 42 chromosomes and secondary constrictions were observed on some pairs. Large heterochromatic blocks were found distributed in the telomere portion of most of the chromosomes. Digestion with PstI and KpnI showed a similar pattern to that obtained by C banding. Preparations treated with EcoRI revealed intense action in the heterochromatic regions indicating the presence of restriction sites. Multiple Ag-NORs were shown associated to heterochromatic blocks. These data presented here no identified modifications that might have occurred after the geographic isolation of this stock and examine the evolutionary modifications in the karyotype of this group.Keywords: Chromosome banding; brine shrimp; crustacean cytogenetics.Características cariotípicas do microcrustáceo Artemia franciscana Kellog, 1906, introduzida nas salinas do litoral nordeste do Brasil, na década de 70, foram investigadas através de coloração convencional, bandamento C, endonucleases de restrição (EcoRI, PstI e KpnI) e Ag-NORs. O cariótipo consiste de 42 cromossomos, onde se individualiza sobre alguns pares a presença de constrições secundárias. Grandes blocos heterocromáticos encontram-se distribuídos nas porções teloméricas da maioria dos cromossomos. A digestão com PstI e KpnI revelou um padrão similar ao obtido pelo bandamento C. Preparações tratadas com EcoRI apresentam digestão das regiões heterocromáticas indicando a presença de sítios de restrição nestas regiões. Ag-NORs múltiplas estão associadas a blocos heterocromáticos. Os dados apresentados representam passo inicial para identificação de possíveis modificações ocorridas após o isolamento geográfico desta amostra, assim como no entendimento das modificações evolutivas ocorridas no cariótipo deste grupo.Palavras-chave: bandamento cromossômico, camarão de água salgada, citogenética de crustáceos

CONSERVAÇÃO GENÉTICA DE POPULAÇÕES NATURAIS: UMA REVISÃO PARA ORCHIDACEAE

This review shows the importance of genetic conservation for developing appropriate conservation strategies to the spatial distribution of genetic diversity, and presents contextualized examples of studies of population genetics and phylogeography in the Orchidaceae. The main focus of conservation biology is the understanding and maintenance of genetic diversity, since it provides the adaptive and evolutionary potential of a species. Therefore, knowledge of the genetic diversity of a species is essential for the conservation and management actions. Levels of genetic variability may be determined by the population structure of a species as the result of reproductive and demographic characteristics, caused by the interaction and action a number of evolutionary and ecological mechanisms. The evaluation of the population structure of the species allows discovering the Evolutionarily Significant Units (ESUs) that must be explicitly defined features which enhance the potential for the survival of the species. Therefore, there must be a focus on preservation of functional diversity. Genetic techniques are essential because they provide estimates of gene flow between populations and thereby guide the efforts to sustain the levels and genetic exchange between populations. Phylogenetic and phylogeographic contribute to answer various questions in conservation biology. As which sites are priorities for conservation, which conserve species, which conservation efforts are needed. And, finally, how to save the most amount of genetic diversity to maintain the evolutionary potential of a species or population.Keywords: Molecular ecology; endangered species; conservation strategies; genetic diversity; evolutionarily significant units.Esta revisão apresenta a importância da conservação genética para a elaboração de estratégias conservacionistas adequadas à distribuição espacial da diversidade genética, sendo apresentados e contextualizados exemplos de estudos de genética de populações e filogeografia na família Orchidaceae. O principal foco da biologia da conservação é a compreensão e a manutenção da diversidade genética, já que ela fornece o potencial adaptativo e evolutivo de uma espécie. Deste modo, o conhecimento da diversidade genética de uma espécie é primordial para as ações de conservação e manejo. Os níveis de variabilidade genética podem ser determinados pela estrutura populacional de uma espécie, sendo o resultado de características reprodutivas e demográficas, ocasionadas pela interação e ação uma série de mecanismos evolutivos e ecológicos. A avaliação da estrutura populacional das espécies permite descobrir as Unidades Evolutivas Significativas (UES), que devem ser explicitamente definidas em características que realcem o potencial para a sobrevivência da espécie. Por conseguinte, é necessário que haja um foco na preservação da diversidade funcional. Técnicas genéticas são essenciais, pois fornecem estimativas de fluxo gênico entre as populações e, assim, norteiam os esforços para sustentar os níveis genéticos e intercâmbio entre as populações. Os métodos filogenéticos e filogeográficos contribuem para responder diversas questões em biologia da conservação, como quais são os locais prioritários para a conservação, quais espécies conservar e quais são os esforços conservacionistas necessários. E, finalmente, delineiam as estratégias que devem ser tomadas para conservar a maior quantidade de diversidade genética, visando manter o potencial evolutivo de uma espécie ou população.Palavras-chave: ecologia molecular, espécie ameaçada, estratégias de conservação, diversidade genética, unidades evolutivas significativas

PADRÕES CITOGENÉTICOS DE DUAS ESPÉCIES DE CICLÍDEOS DE BACIAS DO SEMI-ÁRIDO DO BRASIL: Crenicichla menezesi E Cichlasoma orientale

A família Cichlidae é considerada um modelo para estudos de radiação adaptativa entre vertebrados. Contudo, dados citogenéticos com vistas ao entendimento da evolução cariotípica dessa família ainda são incipientes, sobretudo para espécies da região semi-árida do nordeste do Brasil. O presente estudo traz as primeiras informações cariotípicas das espécies neotropicais Crenicichla menezesi e Cichlasoma orientale, a partir de técnicas de coloração convencional, bandamento-C, impregnação argêntea e coloração com fluorocromos base-específicos. Ambas as espécies apresentam 2n=48 cromossomos, com distinções em relação ao cariótipo, onde C. menezesi exibe 4m+44st/a (NF=52) e C. orientale6sm+10st+32a (N=54). Os sítios ribossomais são simples localizados nos braços curtos do primeiro par (m) em C. menezesi e no terceiro (sm) em C. orientale. Em ambas as espécies os blocos heterocromáticos concentraram-se as regiões centroméricas e pericentroméricas e de forma conspícua em colocalização com as RONs (CMA+/DAPI-). Entre os ciclídeos, o clado Neotropical revela um conservadorismo cromossômico numérico (2n=48), mas que contempla um variado dinamismo evolutivo quanto aos padrões estruturais do cariótipo. As duas espécies analisadas, Crenicichla menezesi e Cichlasoma orientale, típicas de regiões semi-áridas, reforçam esta condição.Palavras-chave: diversidade cariotípica, evolução cromossômica, citogenética de peixes.The family Cichlidae is considered a model for studies of adaptive radiation among vertebrates. However, cytogenetic data focusing to understanding the karyotype evolution of this family are still incipient, particularly for species of semi-arid region of northeastern of Brazil. This study presents the first karyotypic information of neotropical species Crenicichla menezesi and Cichlasoma orientale, by use of conventional staining, C-banding, silver staining and staining with base-specific fluorochromes. Both species have 2n=48 chromosomes, with some distinctions in relation to karyotype, once C. menezesi displays 4m+44 st/a (NF=52) and C. orientale 6sm+10st+32 (N=54). Ribosomal sites are unique, located on the short arms of the first pair (m) in C. menezesi and on third pair (sm) in C. orientale. In both species the heterochromatic blocks are concentrated in the centromeric and pericentromeric regions and conspicuously in colocalization with NORs (CMA+/DAPI-). Among cichlids, the Neotropical clade reveals a numerical chromosomal conservatism (2n=48), but that includes a varied evolutionary dynamics as the structural patterns of the karyotype. The two species analyzed, Crenicichla menezesi and Cichlasoma orientale, typical species of semi-arid regions reinforce this condition.Keywords: Karyotype diversity; chromosomal evolution; fish cytogenetic.

UM CASO RARO DE TRIPLOIDIA NATURAL NA MOSCA-DAS-FRUTAS Anastrepha obliqua

Triploidy due to meiotic nondisjunction is a rare event in Diptera. Cytogenetic analyses performed in a population of fruit flies Anastrepha obliqua from the state of Rio Grande do Norte, northeast of Brazil, identified the occurrence of one triployd individual. This is the first case of triploidy described in the Anastrepha genus.  Samples of A. obliqua larvae were obtained from Spondias purpurea (red mombin) fruits.  A. obliqua presents a diploid value of 2n=12 observed in 29 specimens, whereas a triploid individual presented 3n=18. The triploid specimen showed three AgNOR sites and a variation from one to three nucleoli in interphase nuclei, in contrast to the two sites in the diploids. In  Anastrepha, natural triploidy is proving to be a rare event and apparently holds no evolutionary significance to the species A. obliqua.Keywords: Tephritidae; insect cytogenetics; polyploidy; northeastern Brazil.Triploidia decorrente da não disjunção meiótica são eventos incomuns em Diptera. Análises citogenéticas desenvolvidas em uma população da mosca-das-frutas Anastrepha obliqua, oriunda do Estado do Rio Grande do Norte, nordeste do Brasil identificaram a ocorrência de um indivíduo triploide. Este é o primeiro caso descrito de triploidia no gênero Anastrepha. Larvas de A. obliqua foram obtidas a partir de frutos de Spondias purpurea (ciriguela). A. obliqua apresenta um valor diploide 2n=12, presente em 29 espécimes, enquanto o indivíduo triploide apresentou 3n=18. O espécime apresenta três sítios Ag-RONs e uma variação de um a três nucléolos em núcleos interfásicos, ao contrário dos dois sítios nos diploides. No gênero Anastrepha, triploidia natural demonstra ser um evento raro e aparentemente sem significado evolutivo para a espécie A. obliqua.Palavras-chave: Tephritidae, citogenética de insetos, poliploidia, nordeste do Brasi

Sequential Steps of Chromosomal Differentiation in Atlantic Surgeonfishes: Evolutionary Inferences

Surgeonfishes are a species-rich group and a major biomass on coral reefs. Three species are commonly found throughout South Atlantic, Acanthurus bahianus, A. chirurgus, and A. coeruleus. In this paper, we present the first cytogenetic data of these species, revealing a sequential chromosomal diversification. A. coeruleus was characterized by a relatively conserved karyotype evolved by pericentric inversions of some pairs (2n=48, 2sm + 4st + 42a). In contrast, the karyotypes of A. bahianus (2n=36) and A. chirurgus (2n=34) were highly differentiated by the presence of six large metacentric pairs in A. bahianus (12m + 2sm + 4st + 18a) and A. chirurgus (12m + 2sm + 4st +1 6a) probably derived by chromosomal fusions that corroborate their closer relationship. A discernible in tandem fusion represents an autapomorphic character to A. chirurgus. In spite of macrostructure variation, single nucleolar organizer regions (NORs) on short arms of a subtelocentric pair and similar distribution of C-bands were observed in the three species. Overlapping of chromosomal data with molecular phylogeny indicated pericentric inversions which took place nearly at 19 Ma while centric fusions are as recent as 5 Ma. A physical mapping of coding and noncoding sequences in Acanthurus could clarify the role of additional rearrangements during their chromosomal evolution

Chromosome Mapping of Repetitive Sequences in Rachycentron canadum (Perciformes: Rachycentridae): Implications for Karyotypic Evolution and Perspectives for Biotechnological Uses

The cobia, Rachycentron canadum, a species of marine fish, has been increasingly used in aquaculture worldwide. It is the only member of the family Rachycentridae (Perciformes) showing wide geographic distribution and phylogenetic patterns still not fully understood. In this study, the species was cytogenetically analyzed by different methodologies, including Ag-NOR and chromomycin A3 (CMA3)/DAPI staining, C-banding, early replication banding (RGB), and in situ fluorescent hybridization with probes for 18S and 5S ribosomal genes and for telomeric sequences (TTAGGG)n. The results obtained allow a detailed chromosomal characterization of the Atlantic population. The chromosome diversification found in the karyotype of the cobia is apparently related to pericentric inversions, the main mechanism associated to the karyotypic evolution of Perciformes. The differential heterochromatin replication patterns found were in part associated to functional genes. Despite maintaining conservative chromosomal characteristics in relation to the basal pattern established for Perciformes, some chromosome pairs in the analyzed population exhibit markers that may be important for cytotaxonomic, population, and biodiversity studies as well as for monitoring the species in question