Wing geometry of Culex coronator (Diptera: Culicidae) from South and Southeast Brazil

Abstract\ud \ud Background\ud The Coronator Group encompasses Culex coronator Dyar & Knab, Culex camposi Dyar, Culex covagarciai Forattini, Culex ousqua Dyar, Culex usquatissimus Dyar, Culex usquatus Dyar and Culex yojoae Strickman. Culex coronator has the largest geographic distribution, occurring in North, Central and South America. Moreover, it is a potential vector-borne mosquito species because females have been found naturally infected with several arboviruses, i.e., Saint Louis Encephalitis Virus, Venezuelan Equine Encephalitis Virus and West Nile Virus. Considering the epidemiological importance of Cx. coronator, we investigated the wing shape diversity of Cx. coronator from South and Southeast Brazil, a method to preliminarily estimate population diversity.\ud \ud \ud Methods\ud Field-collected immature stages of seven populations from a large geographical area in Brazil were maintained in the laboratory to obtain both females and males linked with pupal and/or larval exuviae. For each individual female, 18 landmarks of left wings were marked and digitalized. After Procrustes superimposition, discriminant analysis of shape was employed to quantify wing shape variation among populations. The isometric estimator centroid size was calculated to assess the overall wing size and allometry.\ud \ud \ud Results\ud Wing shape was polymorphic among populations of Cx. coronator. However, dissimilarities among populations were higher than those observed within each population, suggesting populational differentiation in Cx. coronator. Morphological distances between populations were not correlated to geographical distances, indicating that other factors may act on wing shape and thus, determining microevolutionary patterns in Cx. coronator. Despite the population differentiation, intrapopulational wing shape variability was equivalent among all seven populations.\ud \ud \ud Conclusion\ud The wing variability found in Cx. coronator populations brings to light a new biological problem to be investigated: the population genetics of Cx. coronator. Because of differences in the male genitalia, we also transferred Cx. yojoae to the Apicinus Subgroup.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São\ud Paulo (FAPESP No. 2010/02658-5 to BDS; FAPESP No. 2011/20397-7 to MAMS;\ud FAPESP No. 2006/02622-6 to LS), Conselho Nacional de Desenvolvimento\ud Científico e Tecnológico (CNPq, No. 301666/2011-3 to MAMS), CAPES\ud Research Grants# 23038.005274/2011-24 and 1275/201

Taxonomic relationships among neotropical species of genus Culex (Diptera: Culicidae) inferred from Cytochrome C Oxidase I mitochondrial gene sequences

Diversas espécies de mosquitos do gênero Culex Linnaeus são vetores de nematóides que causam filariose linfática (Wuchereria bancrofti) e de vários arbovírus, incluindo o Vírus do Nilo Ocidental (VNO) que causa encefelites em animais e humanos. Embora seja o maior gênero da família Culicidae, com 763 espécies conhecidas, pouco se sabe sobre a taxonomia e as relações filogenéticas do grupo. Considerando-se a grande diversidade de espécies do gênero Culex, as dificuldades para a identificação morfológica, devidas principalmente ao fato das fêmeas serem morfologicamente muito similares, o presente trabalho teve como objetivos: (1) Solucionar problemas relacionados à nomenclatura; (2) Estimar as relações filogenéticas entre espécies de diferentes subgêneros; (3) Examinar o monofiletismo de subgêneros da Região Neotropical; (4) Estimar as relações evolutivas entre subgêneros neotropicais; (5) Estimar a posição filogenética do gênero Lutzia em relação à Culex; (6) Discutir sobre a utilização do gene citocromo c oxidase da subunidade I (COI) para o gênero Culex. Foram analisadas sequências correspondentes a um fragmento de 478 pares de bases do gene COI de 36 indivíduos pertencentes a 16 espécies do gênero Culex. Foram avaliadas espécies de quatro subgêneros, Culex, Phenacomyia, Melanoconion e Microculex e uma espécie do gênero Lutzia. As sequências do gene COI foram comparadas através das análises de Máxima Parcimônia, Máxima Verossimilhança e Bayesiana. Os resultados das análises das sequências de COI, utilizando ao modelo de Kimura 2-parâmetros, de Culex dolosus, Culex mollis e Culex imitator, demonstram a presença de divergências intraespecíficas altas (3,1%, 2,3% e 3,5%, respectivamente). Os valores do modelo Kimura 2-parâmetros indicam que esses taxa podem representar complexos de espécies. As topologias de MV, MP e Bayesiana mostraram que tanto o gênero Culex como o subgênero Culex são parafiléticos, pois o primeiro não inclui o gênero Lutzia e o segundo exclui o Phenacomyia. Os resultados indicam que Lutzia é subgênero de Culex e Phenacomyia um grupo monofilético do subgênero Culex. O marcador molecular COI foi de fácil utilização e análise, provando ser ferramenta útil para estudos filogenéticos e para a taxonomia molecular de CulexSpecies of the genus Culex Linnaeus mosquitoes have been pointed out as the main vectors of lymphatic filariases. Furthermore, they are important vectors of encephalitis across the world, including the West Nile Virus. Although being the major genus in Culicidae family, with 763 valid species, Culex, in a taxonomic and phylogenetic sense, is one of the least known. Considering the great diversity of species of mosquitoes in this genus, and the fact that females of several species are vary similar morphologically, the present study aimed to: (1) Solve problems related to nomenclature (2) estimate the phylogenetic relationships of species used in the work; (3) examine the monophyly of subgenera of the Neotropical Region; (4) estimate the evolutionary relationships between neotropical subgenera; (5) estimate the phylogenetic position of the genus Lutzia in the Culex, (6) discuss the use of the gene cytochrome c oxidase subunit I (COI) to the genus Culex. We analyzed sequences corresponding to a fragment of 478 base pairs of the COI gene of 36 individuals belonging to 16 species of the genus Culex. Species were evaluated in four subgenera, Culex, Phenacomyia, Melanoconion and Microculex and one species of the genus Lutzia. The COI gene sequences were compared using analysis of Maximum Parsimony, Maximum Likelihood and Bayesian. The results of the analysis of the COI sequences, used the model of Kimura 2-parameters of Culex dolosus, Culex mollis and Culex imitator, demonstrate the presence of high intraspecific divergence (3.1%, 2.3% and 3.5% respectively). These values indicate that these taxa may represent complexes of species. The topologies of ML, MP and Bayesian showed that both genus Culex as subgenus Culex are paraphyletic because the first does not include the genus Lutzia and the second excludes the Phenacomyia subgenus. The results indicate that Lutzia is a subgenus of Culex and Phenacomyia is a monophyletic group of subgenus Culex. The molecular marker COI was easy to use and analyzing, proving to be useful tool for phylogenetic studies and the molecular taxonomy of Cule

Characterization of populations of Culex coronator (Diptera: Culicidae) and differentiation of adult females of Culex coronator and Culex usquatus using wing geometric morphometry and gene sequences.

Culex coronator Dyar & Knab e Culex usquatus Dyar são duas espécies irmãs, que fazem parte do Complexo Coronator, composto por mais quatro espécies (Culex usquatissimos Dyar, Culex ousqua Dyar, Culex camposi Dyar, Culex covagarciai Forattini). As fêmeas deste grupo são indistinguíveis por caracteres morfológicos, sendo a identificação possível somente através da distribuição e tamanho das cerdas apicais que ornamentam o gonocoxito da genitália masculina. Cx. coronator, é a espécie com maior distribuição geográfica, ocupando as Américas do Norte, Central e Sul. Já Cx. usquatus só foi registrado nas Américas Central e do Sul, ocorrendo em simpatria no Brasil com Cx. coronator. Apesar da semelhança morfológica das fêmeas das duas espécies, até o momento, somente Cx. coronator foi encontrado naturalmente infectado por diversas arboviroses. Considerando que estudos populacionais são importantes para compreender a evolução e a dinâmica de populações de pontencias vetores, e que a correta identificação de fêmeas é fundamental para estudos de competência vetorial, os objetivos deste trabalho foram: (1) distinguir fêmeas adultas de Cx. coronator de Cx. usquatus (2) obter conhecimento da estrutura populacional de Culex coronator nas regiões Sul e Sudeste (3) examinar a possível existência de outras espécies não descritas e/ou incorretamente identificadas sob o epíteto de Cx. coronator. Para tanto foram utilizadas duas ferramentas: uma morfológica (morfometria de asa), e outra genética (4 loci de microssatélites e sequenciamento do fragmento barcode do gene COI). As análises dos três marcadores mostraram que as populações do Sudeste são geneticamente e morfologicamente diversas, mas não apresentam estrutura populacional, enquanto as populações do Sul são mais homogêneas, e diferentes das do Sudeste. Assim, tanto os microssatélites como a morfometria geométrica, mostraram alguma estruturação populacional em relação às macrorregiões Sul e Sudeste. A análise da morfometria da asa distinguiu as espécies de Cx. coronator e Cx. usquatus, enquanto a análise do COI barcode apresentou uma politomia das duas espécies. Nenhum marcador indicou a existência de um complexo de espécies sob o espíteto Culex coronator.Culex coronator and Culex usquatus are sibling species belonging to Coronator Group, which comprises five other species (Culex usquatissimos Dyar, Culex ousqua Dyar, Culex camposi Dyar, Culex covagarciai Forattini). Except by Cx. yojae, the females of this group are indistinguishable, being the identification only possible by the analysis of the arrangement and number of appendicles on the apical lobe of the gonocoxite of the male genitalia. Cx. coronator is the most widely distributed species in the complex, occupying North, Central and South America, while Cx. usquatus was recorded only in Central and South America. Therefore, these species are sympatric in Brazil. Despite the morphological similarity of the females of both species, only Cx. coronator has epidemiological importance, being found infected with many arboviruses. Since studies focusing in population structure are important to understand the evolution and dynamics of potencial vectors and that the correct female identification is critical for development of vectorial competence studies, the aims of this study were to: (1) distinguish adult females of Cx. coronator from Cx. usquatus (2) obtain knowledge of the population structure of Culex coronator in Southern and Southeastern areas (3) examine the presence of undescribed and/or incorrectly identified species under Cx. coronator. Thereby, a survey was carried out using morphological (wing geometry) and genetic (4 microsatellite loci and barcode region of the Cytochrome c oxidase subunit I gene) markers. Results showed genetic and morphological diversity of southeastern populations, with low population structure, while southern populations were more homogenous but different from those of Southeast Brazil. Thus, analysis of microsatellite and wing morphometry showed some populational structure according to South and Southeast macro-regions. Only wing morphometric analysis distinguished Cx. coronator from Cx. usquatus, while the COI barcode analysis showed a polytomy of the two species. No marker indicated Cx. coronator s.s as a group of cryptic species