Chromosome evolution and phylogeny in Ronderosia (Orthoptera, Acrididae, Melanoplinae): clues of survivors to the challenge of sympatry?

Abstract

In an attempt to unveil the origin of neo-sex chromosomes in Ronderosia Cigliano grasshoppers, we performed a combined phylogenetic analysis based on morphological (external morphology and male genitalia) and molecular data (COI, COII, 16S and ITS2) to explore the chromosome evolution within the genus. We also analysed the distributional patterns of the various Ronderosia species and considered the possible role of chromosome rearrangements (CRs) in speciation processes within the genus in the light of 'suppressed-recombination' models. We mapped the states of three chromosomal characters on the combined tree topology. The combined evidence supported Ronderosia as a monophyletic group. The cytogenetic analyses of the genus demonstrated the importance of rearranged karyotypes with single, complex and multiples neo-sex chromosome determination systems in all species. The chromosome character optimisation suggests X-autosome centric fusion as the mechanism responsible for neo-sex chromosome formation in most Ronderosia species, except in R. dubia and R. bergii. Similar autosomes were involved in fusions with the ancestral X chromosome in Ronderosia, supporting previous hypotheses on the unique origin of X-autosome fusion for the sex chromosome in the genus. As a source of chromosome variation, autosome-autosome centric fusion played a secondary role in Ronderosia compared with other Dichroplini. Given the homogeneity in the morphological features, the sympatric distribution of closely related species and the intrinsic property of centric fusion as suppressors of the crossing over, we suggest that CRs may have played a key role during the speciation process within Ronderosia.

Genome Size of 17 Species From Caelifera (Orthoptera) and Determination of Internal Standards With Very Large Genome Size in Insecta

“…Karyotypic analyses reveal that species in the subfamilies Calliptaminae, Eyprepocnemidinae, Melanoplinae, Oedipodinae, Gomphocerinae, Acridinae, Thrinchinae, and Pyrgomorphinae normally exhibit the X0/XX karyotype (Hewitt, 1979), which may explain the difference in genome size between the sexes. Moreover, the analyses of genome size in evolutionary lineages with neo-sex chromosomes (Mesa et al, 1982;Castillo et al, 2010Castillo et al, , 2019Jetybayev et al, 2017) could help to understand several issues about genome size evolution in Caelifera. However, it is too early to explain the subtle divergences in nuclear DNA content between males and females of Caelifera.…”

The highly rearranged karyotype of the hangingfly Bittacus sinicus (Mecoptera, Bittacidae): the lowest chromosome number in the order

“…Such scenarios may explain the elimination of centromeres and heterochromatin toward the B. sinicus karyotype, and has been suggested for many monocentric organisms, such as the plant Arabidopsis thaliana (Linnaeus, 1758) ( Lysak et al 2006 ), the flatworm Aspidogaster limacoides Diesing, 1834 ( Bombarová et al 2015 ), the pangolin Manis javanica (Desmarest, 1822) ( Nie et al 2009 ), the mouse Akodon Meyen, 1833 ( Ventura et al 2009 ), the grasshopper Ronderosia Cigliano, 1997 ( Orthoptera , Acrididae ) ( Castillo et al 2019 ), the beetle Dichotomius Hope, 1838 ( Coleoptera , Scarabaeidae ) ( Cabral-de-Mello et al 2011 ), and the ants Myrmicinae ( Cardoso et al 2014 ). Based on the phylogeny of the Chinese Bittacidae (YM, unpublished data), we speculate that the cytogenetic features observed in B.…”

Diversificación ecológica y evolutiva en la tribu Dichroplini (Acrididae: Melanoplinae) y su correspondencia con patrones de distribución

“…Así, por ejemplo, Dichromatos presenta un mecanismo de determinación del sexo exclusivo para el género (Carbonell & Mesa, 2006). Especies de los géneros Scotussa y Leiotettix presentan una alta variabilidad de re-arreglos, pudiendo encontrarse diversos mecanismos de determinación, así como cromosomas neo-sexuales (Mesa et al, 1982), mientras que las especies de Atrachelacris no presentan re-arreglos cromosómicos característicos (Mesa et al, 1982;Castillo et al, 2018). Estudios recientes realizados en el género Ronderosia muestran que sus especies presentan reordenamientos cromosómicos, diversos sistemas de determinación de cromosomas neo-sexuales y en menor medida, fusión central Autosoma-Autosoma (Castillo et al, 2010 a, b;.…”

“…Sin embargo estos resultados no son concluyentes y es necesario realizar nuevos estudios sobre la validez de estas especies, ya que son morfológicamente muy similares (Cigliano & Lange, 2001), no se recupera la monofilia específica en el análisis filogenético (Fig. 17) y no se ha encontrado diferencias en sus re-arreglos cromosómicos, característica muchas veces diagnóstica en otras especies del grupo (Castillo et al, 2018).…”

“…En función a estos resultados se considera que la diversificación del género habría ocurrido en la misma región que su ancestro, encontrándose una mayor diversificación en la región Paranenese del BTSE, habiendo sido la especiación simpátrica la predominante en el grupo. Este resultado es consistente con trabajos recientes donde se postula que los re-arreglos cromosómicos habrían desempeñado un papel clave en el proceso de especiación del género Ronderosia (Castillo et al, 2018).…”