Comparative transcriptomics of hemimetabolan and holometabolan metamorphosis

Abstract

The evolutionary success of insects was particularly shaped by the innovation of the metamorphosis, especially by the transition from hemimetaboly to holometaboly. The mechanisms underlying this evolutionary transition represent an unsolved question, although different approaches have been used to study them. In the present thesis we followed a transcriptomic approach, comparing data on mRNA and miRNA expression in key developmental moments, comprising embryonic and postembryonic stages, in species representing the hemimetabolan and holometabolan modes. Most of the work has been carried out in the hemimetabolan species Blattella germanica, but we have used also other reference species for comparison, especially the holometabolan Drosophila melanogaster and Tribolium castaneum. The results show that there are not qualitative gene differences between holometabolan and hemimetabolan species, but differences in patterns of expression and potential networking of orthologous genes. Transcription factors, epigenetic modifiers, and miRNAs appear as important players in both developmental modes.

L'èxit evolutiu dels insectes ha estat mercat per la innovació de la metamorfosi i, en especial, per la transició de la metamorfosi hemimetàbola a holometàbola. Els mecanismes subjacents en aquesta transició evolutiva representen una qüestió no resolta. Per tal d'estudiar aquesta transició, en aquesta tesi hem utilitzat un enfocament transcriptomic comparant dades de mRNA i miRNA en estadis clau del desenvolupament, incloent-hi estadis embrionaris i post embrionaris en espècies representatives de metamorfosis hemimetàbola i holometàbola. La major part dels anàlisis s'han centrat en l'hemimetàbola Blattella germanica, tot i que s'han utilitzat dades d'altres espècies com a contrast, especialment dels holometàbols Drosophila melanogaster i Tribolium castaneum. Els resultats mostren que no hi ha diferències qualitatives en relació a gens dels hemimetàbols i holometàbols, en canvi les principals diferències consisteixen en els diferents perfils d'expressió de gens comuns i la seva xarxa de d'interacció. Els factors de transcripció, els modificadors epigenètics i els miRNAs emergeixen com a principals protagonistes dels mecanismes reguladors en ambdós models de desenvolupament.