Diversidade genética e fenotípica do vetor de malária Anopheles cruzii (Diptera: Culicidae) em São Paulo, Brasil / Genetic and phenotypic diversity in the malaria vector Anopheles cruzii (Diptera: Culicidae) in São Paulo, Brazil

Mudanças antropogênicas no ambiente podem ser um fator poderoso na evolução das espécies. A fragmentação de áreas naturais devido às interferências humanas é associada à diminuição na riqueza e aumento na abundância de espécies de mosquitos adaptadas a ambientes urbanos. A Mata Atlântica brasileira tem passado por um processo intenso de fragmentação e desmatamento devido às alterações antropogênicas no ambiente. Esse bioma é um importante local de transmissão de malária, no qual o principal vetor de patógenos que causam a malária humana e simiana é o Anopheles cruzii. Desse modo, é possível que alterações antropogênicas no meio ambiente possam modular o fenótipo e genótipo de An. cruzii. Neste estudo, foram usados a geometria alar e marcadores moleculares SNPs para acessar a estrutura micro-geográfica de populações de An. cruzii coletadas em uma área hipoendêmica de malária na cidade de São Paulo, Brasil. Nesta região, as modificações antropogênicas suprimem a Mata Atlântica a fragmentos, fazendo com que An. cruzii, Plasmodium e seres humanos vivam em simpatria. Diferentes hipóteses para ambos os marcadores foram usadas em um desenho de estudo transversal e longitudinal para acessar se estruturação simpátrica e processos microevolutivos estão modulando as populações de An. cruzii. No geral, as hipóteses testadas foram divididas em: há estrutura entre populações de An. cruzii de copa e solo, há estrutura entre populações de An. cruzii em áreas com diferentes níveis de modificações antropogênicas e há estrutura populacional em relação ao tempo em An. cruzii. Portanto, foram investigadas a variação alar e genética em populações de An. cruzii coletadas em áreas silvestre, periurbana e urbana durante um período de três anos. Os principais resultados da análise de geometria da asa mostraram que as populações de copa e solo do ambiente urbano são distintas de acordo com a análise de variáveis canônicas. Os resultados também mostraram uma sutil, mas significativa variação fenotípica nas populações das três áreas durante os três anos de estudo. As variações temporal e simpátrica do formato alar foram maiores no ambiente urbano, sugerindo que mudanças antropogênicas no ambiente podem modular a variação no formato alar de An. cruzii. Os resultados da análise de 1.235 SNPs considerados neutros e independentes mostraram baixa estruturação genética entre as populações de An. cruzii no geral. Porém, as análises sugeriram que as populações de copa e solo da área urbana são significativamente estruturadas. A população do solo da área urbana apresentou maior diversidade genética que a de copa, corroborando os resultados da morfometria alar. Esses resultados indicam que modificações antropogênicas no ambiente levando à fragmentação de áreas naturais podem estar modulando a acrodendrofilia de An. cruzii e mantendo estrutura e diversidade genética na população de solo da área urbana.

Anthropogenic changes in the environment can be a powerfull aspect in the evolution of the species. Fragmentation of natural areas due to human interference has been associated with the decrease of species richness and increase in the abundance of species that are adapted to these environments. The Brazilian Atlantic Forest has been undergoing an intense process of fragmentation and deforestation due to anthropogenic alterations in the environment. This biome is an important hotspot of malaria transmission, in which the main vector of simian and human malaria is the mosquito Anopheles cruzii. We hypothesized that anthropogenic alterations in the environment are an important driver for the phenotypic and genetic structure and diversity of An. cruzii. We tested five different hypotheses using both a cross-sectional and longitudinal design to assess the sympatric structure and microevolution process driving An. cruzii populations. We used both wing geometry and SNPs to assess the microgeographical genetic structure of An. cruzii populations in a malaria hypo-endemic area in the city of São Paulo, Brazil. In this region, anthropogenic modifications in the environment suppress the Atlantic Forest into fragments, resulting in mosquitoes An. cruzii, Plasmodium and humans living in simpatry. Our results show a slight but significant phenotypic variation in all three populations over the study period. Time was a more powerful driver for wing variation than geographic distance. Temporal wing-shape variation appears to be positively associated with urbanization, suggesting that anthropogenic changes in the environment may be a strong driver for wing-shape variation in An. cruzii. After filtering and removal of outlier loci, 1,235 SNPs were considered independent and neutral, and therefore, suitable to perform the analyses. The results showed an overall weak genetic structure among populations with a significant sympatric structure between ground and tree canopies populations from the urban area, with the population from ground level showing higher genetic diversity. Our findings indicate that anthropogenic modifications leading to habitat fragmentation could be driving the acrodendrophily of An. cruzii and maintaining genetic diversity and structure in populations from ground level.

Composition and diversity of mosquitoes (Diptera: Culicidae) in urban parks in the South region of the city of São Paulo, Brazil / Composição e diversidade de mosquitos (Diptera: Culicidae) em parques urbanos localizados na região Sul do município de São Paulo, Brasil

Abstract Many parks in the city of São Paulo contain remnants of Atlantic Forest. Of the 30 municipal parks in the South of the city, we investigated two in this study (Santo Dias Park and Shangrilá Park) in order to survey their mosquito fauna and investigate the presence of potential bioindicators of environmental conditions and vectors of human pathogens. Mosquitoes were collected monthly between March 2011 and February 2012 using aspirators, Shannon and CDC traps for adult mosquitoes and larval dippers and suction samplers for immature forms. Sampling effort was evaluated by plotting a species accumulation curve, and total richness was estimated using the first-order jackknife. To compare the diversity between the two parks Shannon and Simpson diversity indexes were calculated. Species similarity was compared by the Sorensen similarity index. In all, 8,850 specimens were sampled in both parks. Collections in Santo Dias Park yielded 1,577 adult mosquitoes and 658 immature individuals distributed in seven genera (Aedes, Anopheles, Culex, Limatus, Mansonia, Toxorhynchites and Wyeomyia) and 27 taxonomic units. Among the adult mosquitoes collected, Culex nigripalpus .and Aedes fluviatilis were the most abundant, while the most abundant immature forms were Cx. imitator, Wy. davisi, Wy. galvaoi and Ae. albopictus. Collections in Shangrilá Park yielded 4,952 adult specimens and 1,663 immature forms distributed in eight genera (Aedes, Anopheles, Culex, Limatus, Mansonia, Toxorhynchites, Uranotaenia and Wyeomyia) and 36 taxonomic units. Species accumulation curves in both parks were close to the asymptote, and the total richness estimate was close to the observed richness. Although the observed species richness was higher in the Shangrilá Park, there was no statistically significant difference between the diversity indexes measured. Regarding species composition, the two sites shared 16 species, including those of epidemiological importance such as Culex nigripalpus, Cx. quinquefasciatus, Aedes albopictus and Ae. aegypti. As some of the mosquito taxa found are bioindicators of environmental conditions and have epidemiological potential to carry pathogens, we recommend that urban parks should be included in official mosquito surveillance programs, and regular surveys carried out to detect circulating arboviruses.

Resumo Parques urbanos do município de São Paulo contêm remanescentes de Mata Atlântica. No sul da cidade há 30 parques municipais, sendo os parques Santo Dias e Shangrila alvos deste estudo. Este estudo teve a proposta de levantamento da fauna de culicídeos desses dois parques no sul da cidade de São Paulo e avaliar a presença de potenciais bioindicadores e espécies vetoras de patógenos aos seres humanos. Os mosquitos foram coletados mensalmente entre março de 2011 e fevereiro de 2012, com aspiradores, armadilhas de Shannon e CDCs para mosquitos adultos e conchas entomológicas e bombas manuais de sucção para os imaturos. O esforço amostral foi avaliado por traçar uma curva de acumulação de espécies, e a riqueza total foi estimada pelo método jackknife de primeira ordem. Para comparar a diversidade entre os dois parques, foram calculados os índices de diversidade de Shannon e de Simpson. A similaridade na composição de espécies foi comparada pelo índice de similaridade de Sorensen. Foram coletados um total de 8.850 espécimes de culicídeos em ambos os parques. Coletas no parque Santo Dias renderam 1.577 mosquitos adultos e 658 imaturos, distribuídos em sete gêneros (Aedes, Anopheles, Culex, Limatus, Mansonia, Toxorhynchites e Wyeomyia) e 27 unidades taxonômicas: Culex nigripalpus, e Aedes fluviatilis foram as mais abundantes unidades taxonômicas coletadas como adultos, enquanto em formas imaturas, as espécies mais abundantes coletadas foram Cx. imitator, Wy. davisi, Wy. galvaoi e Ae. albopictus. Coletas no parque Shangrilá renderam 4.952 espécimes como adultos e 1.663 formas imaturas, distribuídas em oito gêneros (Aedes, Anopheles, Culex, Limatus, Mansonia, Toxorhynchites, Uranotaenia e Wyeomyia) e 36 unidades taxonômicas.. As curvas de acúmulo de espécies em ambos os parques ficaram perto da assíntota, e as estimativas de riqueza total foram próximas às riquezas observadas. Apesar da riqueza observada ter sido maior no parque Shangrilá, não houve diferença estatisticamente significante entre os índices de diversidade mensurados. Em relação à composição de espécies os dois locais compartilharam 16 espécies, incluindo as de maior importância epidemiológica como Culex nigripalpus, Cx. quinquefasciatus, Aedes albopictus e Ae. aegypti. Alguns táxons de culicídeos são bioindicadores de condições ambientais nas áreas ou possuem potencial para veicular patógenos. Atenção deve ser dada a parques urbanos, com inclusão destes locais nos programas oficiais de vigilância entomológica e investigações periódicas na circulação de arbovírus.