Filogenesi ed ecologia trofica in coleotteri antofagi del genere Meligethes (Coleoptera, Nitidulidae)

Il sottogruppo di specie di Meligethes coracinus Sturm (Coleoptera: Nitidulidae), compreso nel vasto gruppo di M. aeneus, include tutte specie antofaghe associate per lo sviluppo larvale alla famiglia delle Brassicaceae. Le relazioni filogenetiche tra la maggior parte delle specie sinora descritte per questo sottogruppo (M. coracinus, M. longulus, M. matronalis, M. erysimicola, M. thalassophilus, M. arankae) e di queste con due possibili “forme” di incerto inquadramento sistematico (M. sp. cfr. coracinus, M. sp. 2 cfr. longulus) sono state analizzate mediante il confronto di sequenze nucleotidiche corrispondenti alla Regione di Controllo del DNA mitocondriale, un marcatore generalmente caratterizzato da alti tassi di evoluzione (e potenzialmente utile per analisi filogenetiche tra taxa di recente origine o per studi di genetica di popolazione), ma raramente utilizzato per studi evolutivi negli insetti a causa di difficoltà di tipo tecnico legate al suo isolamento e sequenziamento. Il frammento corrispondente all’intera Regione di Controllo è stato amplificato in vitro mediante PCR e completamente sequenziato (a meno di una relativamente limitata porzione centrale) per alcuni individui di Meligethes thalassophilus. Sulla base di un’analisi della variabilità nucleotidica lungo l’intera Regione di Controllo è stata selezionata e successivamente amplificata e sequenziata per tutti i campioni, una porzione di 798 paia di basi caratterizzata da un livello di variabilità genetica ritenuto adatto ai fini di una ricostruzione filogenetica. Le sequenze sono state quindi allineate, confrontate tra loro e sottoposte ad una serie di analisi statistiche per il calcolo di alcuni parametri di descrizione della variabilità genetica. Mediante l’uso di alcuni modelli evolutivi sono stati calcolati i valori di distanza intra- ed inter-specifica. Sono state quindi condotte sia ricostruzioni filogenetiche mediante quattro differenti metodi (Neighbor- Joining, Massima Parsimonia, Massima Verosimiglianza e Analisi Bayesiana), sia ricostruzioni delle relazioni evolutive tra alcuni aplotipi tramite network di Parsimonia Statistica. Sono stati infine operati alcuni confronti con i valori di distanza genetica e con i risultati delle ricostruzioni filogenetiche ottenute attraverso l’uso del gene mitocondriale della COI sulla base di dati già disponibili per questo marcatore. La Regione di Controllo nei Meligethes presenta una lunghezza variabile dalle 5500 alle 6000 paia di basi ed un tasso di sostituzione che sembra promettente per condurre studi evolutivi a vari livelli tassonomici. Alcune porzioni specifiche di questo marcatore mostrano infatti livelli di variabilità potenzialmente adatti persino per condurre studi di genetica di popolazione o di tipo filogeografico. Tuttavia, malgrado l'elevato tasso evolutivo rilevato per la porzione selezionata di Regione di Controllo (fino a tre volte superiore rispetto a quello della COI), i risultati delle ricostruzioni filogenetiche per il sottogruppo-coracinus ottenute attraverso l’uso di questo marcatore mettono di nuovo in luce le problematiche relative all’incongruenza tra le evidenze molecolari e morfologiche già rilevate da studi precedenti. I risultati mettono infatti in evidenza una condizione apparentemente “polifiletica” per gran parte delle specie esaminate, dal momento che spesso esemplari attribuibili con certezza su base morfologica ad una medesima specie non si riuniscono in uno stesso clade, ma prendono posto all’interno di raggruppamenti in cui possono invece risultare inclusi individui assegnati ad una o a più specie morfologicamente ben distinte. In particolare le topologie degli alberi filogenetici presentano due principali raggruppamenti: un “clade orientale”, comprendente la quasi la totalità dei campioni (ascritti anche a differenti specie) originari delle aree medio-orientali, e un “clade occidentale”, in cui sono invece compresi gran parte degli individui, una parte dei quali eterospecifici, provenienti principalmente da Italia e Spagna. L’evoluzione del sottogruppo di specie di Meligethes coracinus sembra essere il risultato di una sovrapposizione di molteplici fenomeni storici e microevolutivi più o meno correlati e interdipendenti tra loro che potrebbero fare riferimento alla presenza di polimorfismi genetici ancestrali ancora condivisi tra le specie esaminate, a fenomeni di ibridazione interspecifica, e a differenti velocità evolutive tra caratteri morfologici e molecolari. La condizione “polifiletica” rilevata per la gran parte delle specie e il raggruppamento di taxa di medesima origine geografica è molto probabilmente un risultato che riflette la complessa storia evolutiva delle popolazioni delle specie esaminate, per cui la condivisione di aplotipi a livello locale potrebbe, ad esempio, essere la conseguenza di una strutturazione genetica delle popolazioni legata ai cicli delle glaciazioni pleistoceniche. Le specie del sottogruppo-coracinus sarebbero andate incontro a fenomeni di speciazione in tempi molto recenti a seguito, presumibilmente, di una rapida radiazione adattativa promossa da meccanismi di host shift: in effetti il sottogruppo-coracinus, da ritenere tuttora in piena evoluzione e differenziamento, probabilmente si è originato alla fine del Pliocene, a seguito di processi di specializzazione e generalizzazione trofica, in associazione con diversi generi di Brassicaceae, in Europa centro-meridionale e nelle aree anatolico-caucasiche. Al momento non è tuttavia possibile assegnare una posizione filogenetica definitiva per buona parte delle specie esaminate, né tanto meno chiarire definitivamente le apparenti contraddizioni nelle possibili interpretazioni tassonomiche derivanti dall’uso di diversi insiemi di caratteri (morfologici, ecologici e molecolari) sinora utilizzati. Il quadro tassonomico e filogenetico del sottogruppo dovrà senz’altro essere studiato e approfondito in chiave filogeografica, nel tentativo di ricostruire la storia filogenetica degli aplotipi presenti nel pool genico delle specie del sottogruppo di M. coracinus sull’intera estensione del loro complessivo areale geografico

Filogenesi ed ecologia trofica in coleotteri antofagi del genere Meligethes (Coleoptera, Nitidulidae)

Il sottogruppo di specie di Meligethes coracinus Sturm (Coleoptera: Nitidulidae), compreso nel vasto gruppo di M. aeneus, include tutte specie antofaghe associate per lo sviluppo larvale alla famiglia delle Brassicaceae. Le relazioni filogenetiche tra la maggior parte delle specie sinora descritte per questo sottogruppo (M. coracinus, M. longulus, M. matronalis, M. erysimicola, M. thalassophilus, M. arankae) e di queste con due possibili “forme” di incerto inquadramento sistematico (M. sp. cfr. coracinus, M. sp. 2 cfr. longulus) sono state analizzate mediante il confronto di sequenze nucleotidiche corrispondenti alla Regione di Controllo del DNA mitocondriale, un marcatore generalmente caratterizzato da alti tassi di evoluzione (e potenzialmente utile per analisi filogenetiche tra taxa di recente origine o per studi di genetica di popolazione), ma raramente utilizzato per studi evolutivi negli insetti a causa di difficoltà di tipo tecnico legate al suo isolamento e sequenziamento. Il frammento corrispondente all’intera Regione di Controllo è stato amplificato in vitro mediante PCR e completamente sequenziato (a meno di una relativamente limitata porzione centrale) per alcuni individui di Meligethes thalassophilus. Sulla base di un’analisi della variabilità nucleotidica lungo l’intera Regione di Controllo è stata selezionata e successivamente amplificata e sequenziata per tutti i campioni, una porzione di 798 paia di basi caratterizzata da un livello di variabilità genetica ritenuto adatto ai fini di una ricostruzione filogenetica. Le sequenze sono state quindi allineate, confrontate tra loro e sottoposte ad una serie di analisi statistiche per il calcolo di alcuni parametri di descrizione della variabilità genetica. Mediante l’uso di alcuni modelli evolutivi sono stati calcolati i valori di distanza intra- ed inter-specifica. Sono state quindi condotte sia ricostruzioni filogenetiche mediante quattro differenti metodi (Neighbor- Joining, Massima Parsimonia, Massima Verosimiglianza e Analisi Bayesiana), sia ricostruzioni delle relazioni evolutive tra alcuni aplotipi tramite network di Parsimonia Statistica. Sono stati infine operati alcuni confronti con i valori di distanza genetica e con i risultati delle ricostruzioni filogenetiche ottenute attraverso l’uso del gene mitocondriale della COI sulla base di dati già disponibili per questo marcatore. La Regione di Controllo nei Meligethes presenta una lunghezza variabile dalle 5500 alle 6000 paia di basi ed un tasso di sostituzione che sembra promettente per condurre studi evolutivi a vari livelli tassonomici. Alcune porzioni specifiche di questo marcatore mostrano infatti livelli di variabilità potenzialmente adatti persino per condurre studi di genetica di popolazione o di tipo filogeografico. Tuttavia, malgrado l'elevato tasso evolutivo rilevato per la porzione selezionata di Regione di Controllo (fino a tre volte superiore rispetto a quello della COI), i risultati delle ricostruzioni filogenetiche per il sottogruppo-coracinus ottenute attraverso l’uso di questo marcatore mettono di nuovo in luce le problematiche relative all’incongruenza tra le evidenze molecolari e morfologiche già rilevate da studi precedenti. I risultati mettono infatti in evidenza una condizione apparentemente “polifiletica” per gran parte delle specie esaminate, dal momento che spesso esemplari attribuibili con certezza su base morfologica ad una medesima specie non si riuniscono in uno stesso clade, ma prendono posto all’interno di raggruppamenti in cui possono invece risultare inclusi individui assegnati ad una o a più specie morfologicamente ben distinte. In particolare le topologie degli alberi filogenetici presentano due principali raggruppamenti: un “clade orientale”, comprendente la quasi la totalità dei campioni (ascritti anche a differenti specie) originari delle aree medio-orientali, e un “clade occidentale”, in cui sono invece compresi gran parte degli individui, una parte dei quali eterospecifici, provenienti principalmente da Italia e Spagna. L’evoluzione del sottogruppo di specie di Meligethes coracinus sembra essere il risultato di una sovrapposizione di molteplici fenomeni storici e microevolutivi più o meno correlati e interdipendenti tra loro che potrebbero fare riferimento alla presenza di polimorfismi genetici ancestrali ancora condivisi tra le specie esaminate, a fenomeni di ibridazione interspecifica, e a differenti velocità evolutive tra caratteri morfologici e molecolari. La condizione “polifiletica” rilevata per la gran parte delle specie e il raggruppamento di taxa di medesima origine geografica è molto probabilmente un risultato che riflette la complessa storia evolutiva delle popolazioni delle specie esaminate, per cui la condivisione di aplotipi a livello locale potrebbe, ad esempio, essere la conseguenza di una strutturazione genetica delle popolazioni legata ai cicli delle glaciazioni pleistoceniche. Le specie del sottogruppo-coracinus sarebbero andate incontro a fenomeni di speciazione in tempi molto recenti a seguito, presumibilmente, di una rapida radiazione adattativa promossa da meccanismi di host shift: in effetti il sottogruppo-coracinus, da ritenere tuttora in piena evoluzione e differenziamento, probabilmente si è originato alla fine del Pliocene, a seguito di processi di specializzazione e generalizzazione trofica, in associazione con diversi generi di Brassicaceae, in Europa centro-meridionale e nelle aree anatolico-caucasiche. Al momento non è tuttavia possibile assegnare una posizione filogenetica definitiva per buona parte delle specie esaminate, né tanto meno chiarire definitivamente le apparenti contraddizioni nelle possibili interpretazioni tassonomiche derivanti dall’uso di diversi insiemi di caratteri (morfologici, ecologici e molecolari) sinora utilizzati. Il quadro tassonomico e filogenetico del sottogruppo dovrà senz’altro essere studiato e approfondito in chiave filogeografica, nel tentativo di ricostruire la storia filogenetica degli aplotipi presenti nel pool genico delle specie del sottogruppo di M. coracinus sull’intera estensione del loro complessivo areale geografico

Sharing Cultural Heritage: the Clavius on the Web Project

In the last few years the amount of manuscripts digitized and made available on the Web has been constantly increasing. However, there is still a considarable lack of results concerning both the explicitation of their content and the tools developed to make it available. The objective of the Clavius on the Web project is to develop a Web platform exposing a selection of Christophorus Clavius letters along with three different levels of analysis: linguistic, lexical and semantic. The multilayered annotation of the corpus involves a XML-TEI encoding followed by a tokenization step where each token is univocally identified through a CTS urn notation and then associated to a part-of-speech and a lemma. The text is lexically and semantically annotated on the basis of a lexicon and a domain ontology, the former structuring the most relevant terms occurring in the text and the latter representing the domain entities of interest (e.g. people, places, etc.). Moreover, each entity is connected to linked and non linked resources, including DBpedia and VIAF. Finally, the results of the three layers of analysis are gathered and shown through interactive visualization and storytelling techniques. A demo version of the integrated architecture was developed

The cranial apparatus glands of the canthariphilous Pyrochroa coccinea (Coleoptera: Pyrochroidae: Pyrochroinae), and their implications in sexual behaviour

Some Pyrochroidae species are known as "canthariphilous" for their attraction to cantharidin (CTD), a toxic terpene with anti-predatory effects, produced in nature by only two beetle families (Meloidae and Oedemeridae). It has been demonstrated that males of Neopyrochroa flabellata ingesting CTD are positively selected by females. Indeed, the compound is re-emitted from a glandular cranial apparatus as secretions that are licked up by females during courtship behaviour, inducing copulation. Herein, we provide the first description of the glands associated to the cranial apparatus of male Pyrochroinae using the European species Pyrochroa coccinea as a model. Morphological analyses show that the cranial apparatus consists of a concave pit lined with short setae retaining secretions emitted through numerous glandular pores. Ultrastructural investigations reveal the presence of two different class 3 glands (Gl.A and Gl.B), intermixed at the level of the pit but exhibiting distinct features. Gl.A are mainly characterised by short conducting canals, rounded nuclei and electrondense vesicles while Gl.B are characterised by long conducting canals, irregular nuclei, vesicles containing a particulate substance and a multifolded plasma membrane. Observations of sexual behaviour are also reported for P. coccinea and compared to N. flabellata, confirming the involvement of cranial apparatus secretions in courtship behaviour

Multiplication of the orbital angular momentum of phonon polaritons via sublinear dispersion

Optical vortices (OVs) promise to greatly enhance optical information capacity via orbital angular momentum (OAM) multiplexing. The need for on-chip integration of OAM technologies has prompted research into subwavelength-confined polaritonic OVs. However, the topological order imprinted by the structure used for the transduction from free-space beams to surface polaritons is inherently fixed after fabrication. Here, we overcome this limitation via dispersion-driven topological charge multiplication. We switch the OV topological charge within a small $\sim 3 \%$ frequency range by leveraging the strong sublinear dispersion of low-loss surface phonon polaritons (SPhP) on silicon carbide membranes. Applying the Huygens principle we quantitatively evaluate the topological order of the experimental OVs detected by near-field imaging. We further explore the deuterogenic effect, which predicts the coexistence of multiple topological charges in higher-order polaritonic OVs. Our work demonstrates a viable method to manipulate the topological charge of polaritonic OVs, paving the way for the exploration of novel OAM-enabled light-matter interactions at mid-infrared frequencies

Insertion polymorphisms of SINE200 retrotransposons within speciation islands of Anopheles gambiae molecular forms

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>SINEs (Short INterspersed Elements) are homoplasy-free and co-dominant genetic markers which are considered to represent useful tools for population genetic studies, and could help clarifying the speciation processes ongoing within the major malaria vector in Africa, <it>Anopheles gambiae </it>s.s. Here, we report the results of the analysis of the insertion polymorphism of a nearly 200 bp-long SINE (<it>SINE200</it>) within genome areas of high differentiation (i.e. "speciation islands") of M and S <it>A. gambiae </it>molecular forms.</p> <p>Methods</p> <p>A <it>SINE</it>-PCR approach was carried out on thirteen <it>SINE200 </it>insertions in M and S females collected along the whole range of distribution of <it>A. gambiae </it>s.s. in sub-Saharan Africa. Ten specimens each for <it>Anopheles arabiensis</it>, <it>Anopheles melas, Anopheles quadriannulatus </it>A and 15 M/S hybrids from laboratory crosses were also analysed.</p> <p>Results</p> <p>Eight loci were successfully amplified and were found to be specific for <it>A. gambiae </it>s.s.: 5 on 2L chromosome and one on X chromosome resulted monomorphic, while two loci positioned respectively on 2R (i.e. <it>S200 </it>2R12D) and X (i.e. <it>S200 </it>X6.1) chromosomes were found to be polymorphic. <it>S200 </it>2R12D was homozygote for the insertion in most S-form samples, while intermediate levels of polymorphism were shown in M-form, resulting in an overall high degree of genetic differentiation between molecular forms (Fst = 0.46 p < 0.001) and within M-form (Fst = 0.46 p < 0.001). The insertion of <it>S200 </it>X6.1 was found to be fixed in all M- and absent in all S-specimens. This led to develop a novel easy-to-use PCR approach to straightforwardly identify <it>A. gambiae </it>molecular forms. This novel approach allows to overcome the constraints associated with markers on the rDNA region commonly used for M and S identification. In fact, it is based on a single copy and irreversible <it>SINE200 </it>insertion and, thus, is not subjected to peculiar evolutionary patterns affecting rDNA markers, e.g. incomplete homogenization of the arrays through concerted evolution and/or mixtures of M and S IGS-sequences among the arrays of single chromatids.</p> <p>Conclusion</p> <p>The approach utilized allowed to develop new easy-to-use co-dominant markers for the analysis of genetic differentiation between M and S-forms and opens new perspectives in the study of the speciation process ongoing within <it>A. gambiae</it>.</p

Adaptive potential of hybridization among malaria vectors: Introgression at the immune locus TEP1 between Anopheles coluzzii and A. gambiae in 'Far-West' Africa

“Far-West” Africa is known to be a secondary contact zone between the two major malaria vectors Anopheles coluzzii and A. gambiae.We investigated gene-flow and potentially adaptive introgression between these species along a west-to-east transect in Guinea Bissau, the putative core of this hybrid zone. To evaluate the extent and direction of gene flow, we genotyped site 702 in Intron-1 of the para Voltage-Gated SodiumChannel gene, a species-diagnostic nucleotide position throughout most of A. coluzzii and A. gambiae sympatric range. We also analyzed polymorphismin the thioester-binding domain (TED) of the innate immunity-linked thioester-containing protein 1 (TEP1) to investigate whether elevated hybridization might facilitate the exchange of variants linked to adaptive immunity and Plasmodium refractoriness. Our results confirm asymmetric introgression of genetic material from A. coluzzii to A. gambiae and disruption of linkage between the centromeric "genomic islands" of inter-specific divergence. We report that A. gambiae from the Guinean hybrid zone possesses an introgressed TEP1 resistant allelic class, found exclusively in A. coluzzii elsewhere and apparently swept to fixation inWest Africa (i.e. Mali and Burkina Faso). However, no detectable fixation of this allele was found in Guinea Bissau, which may suggest that ecological pressures driving segregation between the two species in larval habitats in this region may be different from those experienced in northern and more arid parts of the species’ range. Finally, our results also suggest a genetic subdivision between coastal and inland A. gambiae Guinean populations and provide clues on the importance of ecological factors in intra-specific differentiation processes

A Simulation Framework to Investigate in vitro Viral Infection Dynamics

AbstractVirus infection is a complex biological phenomenon for which in vitro experiments provide a uniquely concise view where data is often obtained from a single population of cells, under controlled environmental conditions. Nonetheless, data interpretation and real understanding of viral dynamics is still hampered by the sheer complexity of the various intertwined spatio-temporal processes. In this paper we present a tool to address these issues: a cellular automata model describing critical aspects of in vitro viral infections taking into account spatial characteristics of virus spreading within a culture well. The aim of the model is to understand the key mechanisms of SARS-CoV infection dynamics during the first 24hours post infection. We interrogate the model using a Latin Hypercube sensitivity analysis to identify which mechanisms are critical to the observed infection of host cells and the release of measured virus particles

Highly confined incident-angle-robust surface phonon polariton bound states in the continuum metasurfaces

Squeezing light into subwavelength dimensions is vital for on-chip integration of photonic technologies. One approach to overcome the diffraction limit is coupling light to material excitations, leading to polariton states. Here, we showcase how low-loss mid-infrared surface phonon polaritons enable metasurfaces supporting quasi-bound states in the continuum (qBICs) with deeply subwavelength unit cells. Utilizing 100 nm thick free-standing silicon carbide membranes, we achieve highly confined qBIC states with a unit cell volume ~ 10^4 times smaller than the diffraction limit. This results in remarkable robustness of the platform against the incident angle that is unique among qBIC systems. We also demonstrate vibrational strong coupling with a thin layer of spin-coated molecules, leveraging the small mode volume. This work introduces phononic qBICs as a novel ultra-confined nanophotonic platform, paving a way for the miniaturization of mid-infrared devices for molecular sensing and thermal radiation engineering