Una aproximación molecular al estudio de las especies del género Apiomerus Hahn (Hemiptera: Reduviidae) en Colombia
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Resumen
La familia Reduviidae incluye un grupo diverso de insectos conocidos como chinches depredadoras neotropicales cuya delimitación taxonómica ha sido históricamente compleja debido a la alta variabilidad morfológica de estos insectos.
En esta tesis se abordó el estudio de insectos de uno de sus géneros: Apiomerus Hahn (Hemiptera: Reduviidae), desde una perspectiva molecular obteniendo genomas mitocondriales completos como un insumo de estudio para la sistemática del género. La utilidad de estos datos para estimar la variabilidad genética y como información de base para la sistemática del grupo, motivaron el estudio, considerando además que este género tiene un comportamiento depredador relacionado con las abejas y es particular por la variación morfológica que genera dificultades de identificación por métodos clásicos.
El objetivo planteado para la tesis fue evaluar la variabilidad genética del género en Colombia, con énfasis en datos mitocondriales (mitogenomas), integrando aproximaciones genómicas y museómicas al incluir especímenes de colecta reciente y otros provenientes de colecciones biológicas, lo cual significó en sí mismo un reto, dada la ausencia de datos metagenómicos provenientes de insectos de museos en el país.
Como resultado se logró ensamblar los primeros genomas mitocondriales completos del género Apiomerus para especímenes de Colombia, correspondientes a 4 especies A. ochropterus, A. luctuosus, A. nitidicollis y Apiomerus sp. Los mitogenomas presentaron longitudes entre 15,1 y 15,7 kb, un contenido A+T entre 77 y 78 %, y una organización génica conservada de 37 genes, características típicas de la familia Reduviidae según datos previamente publicados en géneros como Agriosphodrus de China. Los datos metagenómicos completos y su análisis en términos de diversidad del grupo indican una alta similitud entre las especies con ligeras variaciones en la composición nucleotídica. En el análisis filogenético se evidenció una separación de las especies secuenciadas de otras incluidas en la tribu Apiomerini. Además, al interior del género Apiomerus la especie A. nitodicolis se ubicó como grupo externo y apareció claramente diferenciada del grupo hirtipes.
De acuerdo con la nueva normativa de los programas de posgrado del Área curricular en Ciencias Naturales, la tesis se presenta en forma de capítulos cada uno de los cuales a su vez está escrito como un artículo cumpliendo los requisitos de formato y escritura de una revista a la cual debería haberse sometido o estar en proceso de sometimiento.
El ensamblaje de la tesis consistió en realizar una introducción general, incluir los objetivos, una metodología general breve ya que la detallada se encuentra según la temática en cada artículo y después de compilar los artículos en el formato de la revista se resaltan los hallazgos relevantes y las recomendaciones. Es de aclarar que los resultados detallados y las respectivas discusiones temáticas se encuentran en cada artículo.
En este caso la revisión de literatura o capítulo uno se escribió como artículo de revisión que fue sometido a la revista de la Academia Colombiana de Ciencias Exactas Físicas y Naturales y con base en la temática de la tesis se profundizó en los estudios y conocimientos derivados del uso de datos mitocondriales parciales (genes como el código de barras de ADN y otros) o de mitogenomas completos, en la familia a la pertenece el grupo de interés.
Del mismo modo en los capítulos 2 y 3 en formatos de artículo y siguiendo las normas de cada revista donde se someterán los artículos, se suministran procedimientos y resultados relacionados con la obtención de datos moleculares.
En conjunto, este trabajo constituye un aporte significativo al conocimiento genómico y evolutivo del género Apiomerus y la familia Reduviidae que lo incluye, al analizar el estado actual de conocimiento derivado del uso de datos genéticos mitocondriales tanto de secuencias parciales de genes como de mitogenomas completos. Al incluir los estudios y análisis sobre datos parciales mitocondriales que han sido más ampliamente usados, se precisa lo que hay en la actualidad, las limitaciones de los usos y las potencialidades de trabajar con mitogenomas, justificando la realización del presente estudio.
Asimismo, se provee información técnica para el uso de metodologías de laboratorio para la recuperación de información genética en insectos hemípteros tanto recién colectados como provenientes de museos o colecciones, donde el kit QIAGEN, DNeasy Blood & Tissue, con variaciones en los tiempos de digestión de 3 a 4 h (agitación cada 15 min), doble elución (25+25µl o en 100µl), y como tejido usado la pata y/o el músculo toráxico, fue el más exitoso, logrando la obtención de librerías para especímenes menores de 7 años. Esto contribuye a que sea más factible avanzar en la sistemática molecular de este grupo cuyo desarrollo en Colombia es muy incipiente. A la fecha de la realización del presente estudio no se contaba con datos moleculares del género de interés en el país. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
The family Reduviidae comprises a diverse group of insects commonly known as Neotropical assassin bugs, whose taxonomic delimitation has historically been challenging due to their high morphological variability.
This thesis addressed the study of one of its genera, *Apiomerus* Hahn (Hemiptera: Reduviidae), from a molecular perspective by obtaining complete mitochondrial genomes as a resource for the systematic study of the genus. The usefulness of these data for estimating genetic variability and providing baseline information for the systematics of the group motivated this research. Furthermore, *Apiomerus* species exhibit predatory behavior associated with bees and are characterized by considerable morphological variation, which complicates species identification using traditional taxonomic methods.
The main objective of this thesis was to evaluate the genetic variability of the genus in Colombia, with emphasis on mitochondrial genomic data (mitogenomes), integrating genomic and museomic approaches through the inclusion of both recently collected specimens and specimens preserved in biological collections. This represented a particular challenge because, prior to this study, no metagenomic data from museum insect specimens were available in Colombia.
As a result, the first complete mitochondrial genomes of the genus *Apiomerus* from Colombian specimens were assembled, corresponding to four species: *A. ochropterus*, *A. luctuosus*, *A. nitidicollis*, and *Apiomerus* sp. The mitogenomes ranged from 15.1 to 15.7 kb in length, exhibited an A+T content between 77% and 78%, and showed the conserved gene organization of 37 genes typically found in the family Reduviidae, consistent with previous reports for genera such as *Agriosphodrus* from China. Comparative analyses of the complete mitochondrial genomic data revealed high similarity among species, with slight differences in nucleotide composition. Phylogenetic analyses separated the sequenced species from other representatives of the tribe Apiomerini. Within the genus *Apiomerus*, *A. nitidicollis* was recovered as the sister lineage to the remaining species and was clearly differentiated from the *hirtipes* species group.
In accordance with the current regulations of the Graduate Programs of the Natural Sciences Curriculum Area, this thesis is presented as a compilation of chapters, each written in the format of a scientific article that meets the editorial and formatting requirements of a journal to which it has been submitted or is intended to be submitted.
The thesis consists of a general introduction, objectives, and a brief general methodology, while detailed methodologies are presented within each article according to its specific topic. After compiling the articles in the format required by their respective journals, the thesis highlights the principal findings and recommendations. Detailed results and topic-specific discussions are presented within each individual article.
The literature review, corresponding to Chapter 1, was prepared as a review article and submitted to the *Revista de la Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales*. Based on the central theme of the thesis, it provides an in-depth review of studies employing both partial mitochondrial markers (including DNA barcode genes and other mitochondrial loci) and complete mitochondrial genomes within the family that includes the target genus.
Likewise, Chapters 2 and 3, also prepared as scientific articles following the guidelines of their respective target journals, present methodologies and results related to the generation and analysis of molecular data.
Overall, this thesis represents a significant contribution to the genomic and evolutionary knowledge of the genus *Apiomerus* and the family Reduviidae by evaluating the current state of knowledge derived from both partial mitochondrial sequences and complete mitogenomes. By integrating previous studies based on partial mitochondrial markers with new analyses of complete mitogenomes, this work identifies current advances, limitations, and future opportunities for mitogenomic research, thereby providing a strong rationale for the present study.
Furthermore, this research provides technical recommendations for laboratory methodologies aimed at recovering genetic information from both recently collected hemipteran specimens and museum specimens. The QIAGEN DNeasy Blood & Tissue Kit, using modified digestion times of 3–4 hours (with agitation every 15 minutes), double elution (25 + 25 µL or 100 µL), and leg and/or thoracic muscle tissue, proved to be the most successful protocol, enabling library preparation from specimens preserved for less than seven years. These findings facilitate future advances in the molecular systematics of this group, whose development in Colombia remains at an early stage. At the time this study was conducted, no molecular data were available for the genus *Apiomerus* in the country.
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