Especiação em Anopheles (Kerteszia) cruzii e Anopheles (Kerteszia) bellator, os principais vetores de malária na Mata Atlântica brasileira

Abstract

Introdução: A malária é uma doença tropical causada pelo protozoário Plasmodium, que afeta milhões de pessoas anualmente. Embora no Brasil a maioria dos casos ocorra na Amazônia, ainda há transmissão fora dessa região, como na Mata Atlântica, onde o principal vetor é o Anopheles (Kerteszia) cruzii. Dados de citogenética, isoenzimas e marcadores moleculares sugeriram que An. cruzii é um complexo de espécies crípticas. Aqui usamos uma abordagem genômica para confirmar a existência de espécies crípticas e investigar as relações evolutivas dentro deste complexo e sua relação com outros Kerteszia. Metodologia: Para realizar análises de diferenciação genética e inferências filogenômicas, sequenciamos 38 genomas completos de diferentes An. cruzii senso lato e espécies relacionadas de Kerteszia, usando as tecnologias Illumina e Nanopore. Resultados: Relatamos os primeiros drafts de genoma de várias espécies de Kerteszia. As análises filogenômicas e FST indicam que An. cruzii s.l. é composta por pelo menos quatro espécies crípticas: (i) Sul/Sudeste do Brasil, aqui representado por Florianópolis-SC e Guapimirim-RJ (região costeira da Serra do Mar); (ii) Grupo Bocaina 1; (iii) Grupo Bocaina 2 (região continental da Serra do Mar, no Sudeste do Brasil) e Itatiaia - RJ (Serra da Mantiqueira, Sudeste do Brasil); (iv) Santa Teresa - ES (Sudeste do Brasil). A evidência de especiação críptica é particularmente convincente nos dois grupos encontrados na Bocaina: apesar da simpatria, esses grupos mostram um FST muito alto e falta de heterozigotos entre os grupos, indicando isolamento reprodutivo completo ou quase completo. Por outro lado, as populações de Florianópolis e Guapimirim, distantes aproximadamente 1000 km, não apresentaram separação genética clara e podem ser consideradas uma única espécie. Também descobrimos uma nova espécie de Santa Teresa - ES, que é geneticamente e morfologicamente distinguível dos outros quatro grupos. Conclusões: Este trabalho demonstra inequivocamente a existência de espécies crípticas em An. cruzii s.l., e estimou a diferenciação genética entre as populações utilizando o maior número de genes até o momento.

Abstract: Background: Malaria is a tropical disease caused by Plasmodium protozoans, that affects millions of people annually. Although in Brazil most cases occur in the Amazon, there is still transmission outside this region, as in the Atlantic Forest where the main vector is Anopheles (Kerteszia) cruzii. Data from cytogenetics, isoenzymes, and molecular markers suggested that An. cruzii is a complex of cryptic species. Here we used a genomic approach to confirm the existence of cryptic species, and investigate the evolutionary relationships within this complex, and their relationship with other Kerteszia. Methodology: In order to perform genetic differentiation analysis and phylogenomic inferences, we sequenced 38 complete genomes from different An. cruzii senso lato groups and related Kerteszia species, using Illumina and Nanopore technologies. Results: We report the first genome drafts for several species of Kerteszia. The phylogenomic and FST analyses indicates that An. cruzii s.l. is composed of at least four cryptic species: (i) South/Southeast Brazil, represented here by Florianópolis-SC and Guapimirim-RJ (Serra do Mar coastal region); (ii) Bocaina Group 1; (iii) Bocaina Group 2 (Serra do Mar continental region, in Southeast Brazil) and Itatiaia - RJ (Serra da Mantiqueira, Southeast Brazil); (iv) Santa Teresa - ES (Southeast Brazil). The evidence of cryptic speciation is particularly compelling in the two Bocaina groups: despite sympatry, these groups show a very high FST and lack of inter-group heterozygotes, indicating complete or nearly complete reproductive isolation. On the other hand, the Florianópolis and Guapimirim populations, which are ~1000 km apart, showed no clear genetic separation and could be considered a single species. We also uncovered a new species from Santa Teresa - ES, which is genetically and morphologically distinguishable from the other four groups. Conclusions: This work unequivocally demonstrates the existence of cryptic species in An. cruzii s.l., and estimated genetic differentiation between populations using the largest number of genes to date.