Differences in wing melanization and pigmentation pattern in Drosophila buzzatii (Diptera: Drosophilidae) under chemical stress

Abstract

Recientemente, hemos avanzado en nuestra comprensión de las bases genéticas y los mecanismos subyacentes al proceso de melanización durante el desarrollo, lo que permite el estudio de los procesos evolutivos que gobiernan la variabilidad de pigmentación presente en la naturaleza. Sin embargo, los factores ambientales que contribuyen a dicha variabilidad han recibido poca atención, aún cuando pueden conllevar profundas consecuencias a nivel ecológico. En este trabajo, presentamos un método para analizar los patrones de melanización alar de drosofílidos, de forma cualitativa y cuantitativa. Ponemos a prueba esta metodología comparando las alas de Drosophila buzzatii Patterson & Wheeler, criadas en medio control y con el agregado de alcaloides. Los alcaloides fueron extraídos del huésped secundario de estas moscas, Echinopsis terscheckii (Parm. ex Pfeiff.) Friedrich & Rowley, los cuales, se sabe, presentan efectos negativos en el desarrollo de D. buzzatii. Las moscas criadas en un medio enriquecido con alcaloides mostraron una mayor melanización alar, junto con diferencias en la distribución espacial del pigmento. Planteamos modificaciones a nivel metabólico y de expresión génica para explicar los cambios que las condiciones de estrés inducen sobre el carácter. Proponemos la utilización de este procedimiento para el estudio de la dependencia ambiental de la melanización.

Recently, the genetic basis and developmental mechanisms underlying the process of melanization have become progressively elucidated, allowing us to study the evolutionary processes that govern the huge variability of pigmentation observed in nature. However, environmental factors contributing to such variability have received little attention, even though they might have profound ecological consequences. Here we describe a method for analyzing the wing melanization patterns of drosophilids in both qualitative and quantitative ways. We test this method on wings of Drosophila buzzatii Patterson & Wheeler individuals, reared in control and alkaloid-enriched mediums. The alkaloids were extracted from the secondary host of these flies, Echinopsis terscheckii (Parm. ex Pfeiff.) Friedrich & Rowley, and their effect on wing pigmentation is analyzed, bearing in mind the adverse effects that these compounds have on the development of D. buzzatii. Alkaloid-reared flies were shown to attain a higher degree of wing melanization, accompanied with differences in the spatial distribution of the pigment. Modifications at both metabolic and gene regulatory levels are proposed to explain the changes that chemical stressful conditions are shown to induce in this character. We propose the utilization of this procedure in studies of environmental dependence of pigmentation.