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Acacia melanoxylon é uma espécie invasora dos campos de montanha da parte sudeste da província de Buenos Aires, Argentina. Os incêndios são um distúrbio natural, característico da área, e favorecem a germinação desta planta invasora. No entanto, são utilizados como primeira etapa em sistemas de manejo para a espécie Acacia. Além disso, o uso de formigas em programas de monitoramento é muito escasso na Argentina. Os objetivos deste trabalho são: 1) analisar a resposta e capacidade de resiliência de locais nativos e invadidos por A. melanoxylon após um incêndio para controlar esta espécie invasora; 2) detectar grupos de formigas considerados indicadores da fase de recuperação subsequente à queima; e 3) aplicar o conceito de grupos de distúrbios, proposto por Roig e Espadaler, como uma ferramenta eficaz de monitoramento. O desenho de amostragem consistiu em três réplicas de 10 armadilhas de queda para cada ambiente, nativo e invadido. As espécies de formigas foram agrupadas em grupos funcionais, guildas tróficas e grupos de distúrbios. O fogo não gerou mudanças significativas na riqueza e abundância de formigas no campo de montanha. No entanto, gerou um efeito positivo nos locais invadidos por Acacia durante o primeiro ano após o incêndio. Os grupos de especialistas mínimos de vegetação e os Dolichoderinae dominantes são considerados bons bioindicadores. Finalmente, os indicadores de distúrbio podem ser considerados ferramentas de manejo confiáveis se a biologia das espécies que o compõem for conhecida previamente. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Fire effects on the ant community in areas of native and exotic vegetation: Acacia melanoxylon is an invasive species of the mountain grassland of the southeastern part of the Buenos Aires province, Argentina. Fires are a natural disturbance, characteristic of the area, and favor the germination of this invasive plant. However, they are used as the first step in management systems for the Acacia species. Moreover, the use of ants in monitoring programs is very scarce for Argentina. The objectives of this work are: 1) to analyze the response and resilience capacity of native and invaded sites by A. melanoxylon after a fire for controlling this invasive species; 2) to detect groups of ants considered to be indicators of the recovery phase subsequent to the burning; and 3) to apply the concept of groups of disturbances, proposed by Roig and Espadaler, as an effective tool for monitoring. The sampling design consisted of three replicates of 10 pitfall traps for each environment, native and invaded. Ant species were grouped into functional groups, trophic guilds, and disturbance groups. The fire did not generate significant changes in the richness and abundance of ants in the mountain grassland. However, it generated a positive effect on the sites invaded by Acacia during the first year after the fire. The groups of minimum specialists of vegetation and the dominant Dolichoderinae are considered good bioindicators. Finally, the disturbance indicators can be considered reliable management tools if the biology of the species that compose it is known beforehand. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

O processo de urbanização de ambientes naturais aumentou drasticamente a incidência de insetos-praga. Para controlar esses organismos em ambientes urbanos, as últimas décadas foram marcadas por um aumento no uso de inseticidas sintéticos. No entanto, o uso intensivo e indiscriminado de inseticidas sintéticos provocou uma série de problemas ambientais e de saúde humana. Dessa forma, a preocupação e a busca por alternativas ambientalmente mais seguras para o controle de pragas urbanas está aumentando. No presente estudo, avaliamos os efeitos letais e subletais de óleos essenciais (OEs) de seis acessos de Varronia curassavica (Jacq.) (Cordiaceae) e seus constituintes (E)-cariofileno e α-humuleno sobre a formiga Dorymyrmex thoracicus Gallardo, 1916 (Formicidae: Dolichoderinae), uma espécie comumente encontrada em ambientes urbanos e que pode causar danos à saúde humana. Foram realizados bioensaios de toxicidade por fumigação e atividade locomotora em arenas parcialmente tratadas. As concentrações letais para matar 50% da população de D. thoracicus variaram de 0,69 a 2,48 μL/L para os OEs e de 3,75 a 1,49 μL/L para os compostos (E)-cariofileno e α-humuleno. A sobrevivência das formigas expostas à CL₉₅ dos tratamentos foi reduzida ao longo do tempo, variando de 4,2 a 35,6 h para matar 50% da população de D. thoracicus. Em geral, os OEs de V. curassavica causaram repelência e afetaram a atividade locomotora das formigas. Nossos resultados indicam que os OEs de V. curassavica são uma fonte promissora para o controle da formiga urbana D. thoracicus. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Essential oils from Varronia curassavica (Cordiaceae) accessions and their compounds (E)-caryophyllene and α-humulene as an alternative to control Dorymyrmex thoracius (Formicidae: Dolichoderinae): The process of urbanization of natural environments has dramatically increased the incidence of pest insects. To control these organisms in urban environments, the last decades have been marked by an increase in the use of synthetic insecticides. However, the intensive and indiscriminate use of synthetic insecticides has provoked a series of environmental problems and human health. In this way, the concern and the searching for environmentally safer alternatives for the control of urban pests is increasing. In the present study we evaluated the lethal and sublethal effects of essential oils (EOs) of six accessions of Varronia curassavica (Jacq.) (Cordiaceae) and their constituents (E)-caryophyllene and α-humulene on the ant Dorymyrmex thoracicus Gallardo, 1916 (Formicidae: Dolichoderinae), a species commonly found in urban environments and which can cause damage to human health. Bioassays of fumigation toxicity and locomotor activity in partially treated arenas were performed. The lethal concentrations to kill 50% of the D. thoracicus population ranged from 0.69 to 2.48 μL/L for EOs and from 3.75 to 1.49 μL/L for the (E)-caryophyllene and α-humulene compounds. The survival of the ants exposed to LC <inf>95</inf> of the treatments was reduced over time, ranging from 4.2 to 35.6 h to kill 50% of the D. thoracicus population. In general, EOs of V. curassavica caused repellency and affected the locomotor activity of the ants. Our results indicate that EOs of V. curassavica are a promising source for the control of the urban ant D. thoracicus. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

As formigas são insetos eussociais de ampla diversidade funcional e taxonômica, com distribuição mundial em vários ecossistemas terrestres (algumas introduzidas pelo homem), com exceção dos polos e dos picos montanhosos elevados. Cerca de 15.947 espécies foram descritas. No México, são conhecidas 973 dentro de 94 gêneros, e para o estado de Durango estão registradas 60 espécies dentro de 25 gêneros. No entanto, o conhecimento dos Formicidae no estado de Durango é limitado, pois tem recebido pouca atenção; isso se deve principalmente à falta de especialistas, bem como à extensão territorial do estado. Para conhecer a mirmecofauna do estado de Durango, foram realizadas coletas a cada 15 dias entre 1º de agosto de 2016 e 1º de agosto de 2017, em 56 locais de 19 municípios localizados em diferentes ecorregiões do estado. Quarenta (40) espécies pertencentes a 24 gêneros foram coletadas; a subfamília Myrmicinae foi a mais diversa com 21 espécies, seguida por Formicinae (12 spp.), Dolichoderinae (5 spp.) e Dorylinae e Ponerinae com uma espécie cada. Mais dez (10) espécies de formigas são registradas para o estado de Durango, aumentando a riqueza de 60 para 70 espécies e de 25 para 32 gêneros. Este estudo representa o primeiro esforço para conhecer a mirmecofauna do estado de Durango, México. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Ants (Hymenoptera: Formicidae) of Durango, Mexico: Ants are eusocial insects of wide functional and taxonomic diversity, with worldwide distribution in various terrestrial ecosystems (some introduced by man), with the exception of the poles and in the high mountain peaks. About 15,947 species have been described. In Mexico, 973 are known within 94 genera, and for the state of Durango 60 species are registered within 25 genera. However, the Formicidae knowledge in Durango State is limited as it has received little attention; this is mainly due to the lack of specialists, as well as the territorial extension of it. In order to know the myrmecofauna of the state of Durango, collections were made every 15 days between August 1, 2016 and August 1, 2017, in 56 sites in 19 municipalities located in different ecoregions of the State. Forty (40) species belonging to 24 genera were collected; the Myrmicinae subfamily was the most diverse with 21 species, followed by Formicinae (12 spp.), Dolichoderinae (5 spp.) and Dorylinae and Ponerinae with one species each. Ten (10) more ant species are registered for the state of Durango, the richness increasing from 60 to 70 species and from 25 to 32 genera. This study represents the first effort to know the myrmecofauna of the state of Durango, Mexico. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Determinamos o genoma mitocondrial de Dolichoderus sibiricus Emery 1889. O mitogenoma circular de D. sibiricus tinha 16.086 pb incluindo 13 genes codificadores de proteínas, dois genes de RNA ribossômico, 22 RNAs de transferência e uma única grande região não codificante de 622 pb. A composição de bases foi enviesada para AT (81,8%). A ordem dos genes de D. sibiricus é exatamente a mesma de Linepithema humile, embora as duas espécies pertençam a tribos diferentes. A árvore filogenética concorda com a posição filogenética atual de Dolichoderus em Dolichoderinae; enquanto contradiz as relações de três subfamílias, Dolichoderinae, Myrmicinae e Formicinae. O genoma mitocondrial de D. sibiricus será um bom recurso para análises futuras. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The complete mitochondrial genome of Siberian odorous ant, Dolichoderus sibiricus Emery, 1889 (Hymenoptera: Formicidae): We have determined the mitochondrial genome of Dolichoderus sibiricus Emery 1889. The circular mitogenome of D. sibiricus was 16,086 bp including 13 protein-coding genes (PGCs), two ribosomal RNA genes, 22 transfer RNAs, and a single large non-coding region of 622 bp. The base composition was AT-biased (81.8%). Gene order of D. sibiricus is exactly same to Linepithema humile even though the two species belong to different tribes. Phylogenetic tree agrees with current phylogenetic placement of Dolichoderus in Dolichoderinae; while contradicts on relations of three subfamilies, Dolichoderinae, Myrmicinae, and Formicinae. D. sibiricus mitochondrial genome will be a good resource for further analyses. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Tapinoma melanocephalum é uma espécie invasora ubíqua e amplamente distribuída em regiões subtropicais e tropicais ao redor do mundo. Aqui, sequenciamos e anotamos o genoma mitocondrial completo (mitogenoma) de T. melanocephalum. Este mitogenoma tinha 15.499 bp de comprimento e codificava 13 genes codificadores de proteínas (PCGs), 22 genes de RNA de transferência (tRNAs) e 2 genes unitários de RNA ribossômico (rRNAs). Comparado a outras espécies de Formicidae, a ordem dos genes de T. melanocephalum não foi conservada e um cluster de tRNA trnW-trnC-trnY foi convertido para trnW-trnY-trnC. O mitogenoma inteiro exibiu forte viés nucleotídico AT (79,5%). Todos os PCGs iniciaram com os códons ATN padrão. Exceto por cox1 e nad5 que terminam com o códon incompleto T−, todos os PCGs terminaram com o códon de parada TAA. A análise filogenética mostrou que T. melanocephalum agrupou-se com três espécies da mesma subfamília Dolichoderinae e uma espécie de Dorylinae, indicando a relação próxima entre Dolichoderinae e Dorylinae. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Complete mitochondrial genome sequence of Tapinoma melanocephalum (Hymenoptera: Formicidae): Tapinoma melanocephalum is a ubiquitous invasive species and widely distributed in subtropical and tropical regions around the world. Here, we sequenced and annotated the complete mitochondrial genome (mitogenome) of T. melanocephalum. This mitogenome was 15,499 bp long and encoded 13 protein-coding genes (PCGs), 22 transfer RNA genes (tRNAs), and 2 ribosomal RNA unit genes (rRNAs). Compared to other Formicidae species, gene order of T. melanocephalum was not conserved and one tRNA cluster trnW-trnC-trnY converted to trnW-trnY-trnC. The whole mitogenome exhibited heavy AT nucleotide bias (79.5%). All PCGs started with the standard ATN codons. Except for cox1 and nad5 end with the incomplete codon T−, all PCGs terminated with the stop codon TAA. Phylogenetic analysis showed that T. melanocephalum got together with three same subfamily Dolichoderinae species and one Dorylinae species, indicating the close relationship of Dolichoderinae and Dorylinae. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os superorganismos representam um nível único de organização biológica no qual o fenótipo da unidade reprodutiva, a colônia, resulta de características expressas no nível de operárias individuais. Como o dimensionamento do tamanho corporal tem consequências importantes para a diversidade celular e complexidade do sistema em organismos solitários, o tamanho da colônia é uma característica de particular interesse na evolução dos superorganismos. Em alguns casos, a divisão de trabalho e o polimorfismo das operárias escalam com o tamanho da colônia, mas em geral pouco se sabe sobre como o tamanho da colônia direciona diferenças no comportamento individual ou características neurais. As formigas representam a maior diversidade de superorganismos e fornecem uma forma de experimento natural para testar tendências na evolução de características através de múltiplas instâncias de expansão do tamanho da colônia. Neste estudo, controlamos diferenças ambientais e polimorfismo de tamanho das operárias para testar se o tamanho da colônia se correlaciona com medidas de comportamento de forrageio e tamanho cerebral em formigas dolichoderíneas. Apresentamos dados de 3 espécies classificadas por tamanho de colônia. Nossos resultados sugerem que o tamanho da colônia se correlaciona com medidas de comportamento exploratório e investimento cerebral, com formigas de colônias pequenas mostrando maior impulso exploratório e taxa de exploração mais rápida do que as espécies de colônia maior, e maior investimento relativo na principal região cerebral olfatória, o lobo antenal, do que as espécies de colônia maior. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Linking Colony Size with Foraging Behavior and Brain Investment in Odorous Ants (Formicidae: Dolichoderinae): Superorganisms represent a unique level of biological organization in which the phenotype of the reproductive unit, the colony, results from traits expressed at the level of individual workers. Because body size scaling has important consequences for cell diversity and system complexity in solitary organisms, colony size is a trait of particular interest in superorganism evolution. In some instances, division of labor and worker polymorphism scale with colony size, but in general little is known about how colony size drives differences in individual-level behavior or neural traits. Ants represent the greatest diversity of superorganisms and provide a manner of natural experiment to test trends in trait evolution across multiple instances of colony size expansion. In this study, we control for environmental differences and worker size polymorphism to test if colony size correlates with measures of foraging behavior and brain size in dolichoderine ants. We present data from 3 species ranked by colony size. Our results suggest colony size correlates with measures of exploratory behavior and brain investment, with small-colony ants showing higher exploratory drive and faster exploration rate than the larger colony species, and greater relative investment in the primary olfactory brain region, the antennal lobe, than the larger colony species. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A fim de contribuir para o conhecimento da fauna mirmecológica do maciço florestal de Guerrouche localizado no nordeste da Argélia. Um estudo foi conduzido em três carvalhais (Quercus suber, Q. canariensis e Q. afares). Um total de 60 parcelas foram pesquisadas usando quatro métodos de amostragem (captura manual, isca, armadilha de solo e Winkler). O inventário revelou 34 espécies de formigas pertencentes a 15 gêneros e 4 subfamílias; Dolichoderinae, Formicinae, Myrmicinae e Ponerinae. Distribuídas da seguinte forma, 22 espécies para o carvalho-português, 14 para o carvalho-argelino e 17 para o carvalho-afares. Myrmicinae domina no carvalho-português e no carvalho-argelino (82,83% e 81,23% respectivamente) enquanto no carvalho-afares, Formicinae está largamente na liderança (68,54%). Este estudo revelou uma espécie endêmica da Argélia (Aphaenogaster testaceo-pilosa ssp canescens), três espécies endêmicas da Argélia e Marrocos (Camponotus laurenti, Messor antennatus e Aphaenogaster foreli) e uma endêmica da Argélia e Tunísia (Bothriomyrmex decapitans). A comparação da eficácia dos quatro métodos de amostragem utilizados revela que foram a isca (80,7% do número total de espécies coletadas em todas as estações) e a captura manual (49,69% do número total de espécies coletadas em todas as estações), que permitiram a captura do maior número de espécies seguidas pelas armadilhas de solo (31,64% do número total de espécies coletadas em todas as estações). O Winkler foi muito menos eficaz (5,55% do número total de espécies coletadas em todas as estações). © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Ants' diversity (Hymenoptera: Formicidae) in the Algeria's humid forests, case of the Gerrouche forest massif (Taza National Park): In order to contribute to the myrmecological fauna knowledge of the Guerrouche forest massif based in northeastern Algeria. A study was conducted on three oak groves (Quercussuber, Q. canariensis and Q. afares). A total of 60 plots were surveyed by using four sampling methods (manual capture, bait, pitfall and Winkler). The inventory revealed 34 ants species belonging to 15 genus and 4 sub-families; Dolichoderinae, Formicinae, Myrmicinae and Ponerinae. Dispatche as follow, 22 species for Cork oak, 14 for Algerian oak and 17 for Afares oak. Myrmicinae dominate in Cork oakand in Algerian oak (82.83 and 81.23% respectively) while in the Afares oak, Formicinae are largely in the lead (68.54%). This study revealed an endemic species to Algeria (Aphaenogaster testaceo-pilosa ssp canescens), three endemic' species to Algeria and Morocco (Camponotus laurenti, Messor antennatus and Aphaenogaster foreli) and one endemic to Algeria and Tunisia (Bothriomyrmex decapitans). Comparison of the four sampling methods effectiveness, used reveals that it's the bait (80.7% of the species total number harvested in the all stations) and manual capture (49.69% of the species total number harvested in the all stations), which allowed the capture of the largest number of species followed by pitfalls traps (31.64% of the species total number harvested in the all stations). The Winkler was much less effective (5.55% of the species total number harvested in the all stations). © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Um estudo sobre a composição de espécies de formigas em uma área agrícola de alta montanha na Vila de Alahan Panjang, Distrito de Solok, Província de Sumatra Ocidental foi conduzido em 2016 utilizando métodos modificados do protocolo de quadrantes. Um total de 18 espécies de formigas pertencentes a quatro subfamílias, oito tribos e 15 gêneros foi coletado. Myrmicinae foi a mais numerosa em espécies (oito espécies) seguida por Formicinae (cinco espécies), Dolichoderinae (três espécies) e Ponerinae (duas espécies). Todas as espécies de formigas foram diferentes entre as duas plantações, exceto Monomorium florica (Jerdon, 1851) que foi coletada em ambas. Carebara cf. pygmaeus Emery, 1887 foi a mais numerosa em indivíduos, sendo encontrada no local de cultivo de trigo. Seis grupos funcionais de formigas foram detectados a partir de todas as espécies coletadas. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Ant Species Composition (Hymenoptera: Formicidae) at a Highland Agricultural Area for Wheat and Potato in Alahan Panjang, West Sumatera: A study about ant species composition in a highland of agricultural areas at Alahan Panjang Village, Solok District, West Sumatra Province was conducted in 2016 by using modified of quads protocol methods. A total of 18 ant species belonging to four subfamilies, eight tribes and 15 genera was collected. Myrmicinae was the highest in species number (eight species) followed by Formicinae (five species), Dolichoderinae (three species) and Ponerinae (two species). All ant species were different between two plantations except Monomorium florica (Jerdon, 1851) which was collected for both. Carebara cf. pygmaeus Emery, 1887 was the highest in the number of individuals which was found at Wheat site. Six functional group of ants were detected from all species collected. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

As invasões biológicas são uma das principais causas de perda de biodiversidade, especialmente em ilhas oceânicas. As formigas estão entre as pragas mais danosas do mundo. Após amostragem sistemática de mais de 1.000 localidades nas Ilhas Canárias, seis novas espécies de formigas exóticas são relatadas pela primeira vez: Pheidole bilimeki (Myrmicinae), Pheidole navigans (Myrmicinae), Strumigenys membranifera (Myrmicinae), Brachymyrmex cordemoyi (Formicinae), Tapinoma darioi (Dolichoderinae) e Technomyrmex pallipes (Dolichoderinae). Além disso, outras duas espécies relatadas recentemente foram confirmadas geneticamente. Dados morfológicos e genéticos foram analisados para confirmar a identidade dos novos registros. Para cada espécie, são fornecidas informações sobre identificação, distribuição, registros invasivos globais e possíveis impactos. A chegada dessas espécies pode colocar em perigo a biodiversidade local. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Six new non-native ants (Formicidae) in the Canary Islands and their possible impacts: Biological invasions are one of the main causes of biodiversity loss, especially on oceanic islands. Ants are among the most damaging pests in the world. After systematic sampling of more than 1,000 localities in the Canary Islands, six new exotic ant species are reported for the first time: Pheidole bilimeki (Myrmicinae), Pheidole navigans (Myrmicinae), Strumigenys membranifera (Myrmicinae), Brachymyrmex cordemoyi (Formicinae), Tapinoma darioi (Dolichoderinae) and Technomyrmex pallipes (Dolichoderinae). Moreover, another two recently reported species have been genetically confirmed. Morphological and genetic data were analysed to confirm the identity of the new records. For each species, information regarding identification, distribution, global invasive records and possible impacts is given. The arrival of these species may endanger local biodiversity. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

O presente estudo adiciona uma nova perspectiva sobre a fauna de formigas de Sumatra, fornecendo informações sobre sua diversidade ao longo de um gradiente altitudinal no Monte Talang, uma montanha na Província de Sumatra Ocidental. Um método de amostragem padronizado do Protocolo Quadra foi aplicado em três altitudes (1.500, 2.000 e 2.500 m de elevação). Um total de 408 indivíduos de formigas coletados no estudo foram identificados como pertencentes a 27 espécies em 19 gêneros de nove tribos e cinco subfamílias. Myrmicinae foi a subfamília com o maior número de espécies coletadas (14 espécies), seguida por Formicinae (seis espécies), Dolichoderinae e Ponerinae (três espécies em cada), e uma única espécie de formiga-de-correição da subfamília Dorylinae. O número de espécies de formigas diminui com o aumento da altitude; 19 espécies foram registradas a 1.500 m de elevação, dez a 2.000 m, e apenas três a 2.500 m. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Altitudinal gradients of ant species diversity (Hymenoptera: Formicidae) in Mount Talang, West Sumatra, Indonesia: The present study adds a novel perspective on Sumatran ant fauna by providing the information on its diversity across an altitudinal gradient in Mount Talang, a mountain in West Sumatra Province. A standardized sampling method of Quadra Protocol was applied at three altitudes (1,500, 2,000 and 2,500 m elevation). A total of 408 ant individuals collected in the study were identified to belong to 27 species in 19 genera of nine tribes and five subfamilies. Myrmicinae was the subfamily with the largest number of species collected (14 species), followed by Formicinae (six species), Dolichoderinae, and Ponerinae (three species in each), and a single species of an army ant from subfamily Dorylinae. The number of ant species decreases with altitude inclination; 19 species were recorded at 1,500 m elevation, ten at 2,000 m, and only three at 2,500 m. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Embora a Colômbia apresente altos níveis de riqueza de espécies de formigas na região Neotropical, esta riqueza continua a aumentar. São apresentados novos registros das subfamílias de formigas Amblyoponinae, Dolichoderinae, Dorylinae, Myrmicinae e Ponerinae. Duas espécies de Fulakora, duas espécies de Azteca, uma espécie de Cylindromyrmex, 25 espécies de Myrmicinae pertencentes a 12 gêneros (Acanthognathus, Basiceros, Daceton, Eurhopalothrix, Hylomyrma, Mycetomoellerius, Mycetophylax, Mycocepurus, Octostruma, Pheidole, Rogeria e Talaridris) e uma espécie de Leptogenys são registradas pela primeira vez para a Colômbia. Cinco espécies são novos registros para a América do Sul. Para cada espécie, é fornecida a distância geográfica do registro mais próximo da localidade colombiana. Vários fatores, como o acesso a áreas conservadas anteriormente inexploradas, técnicas de amostragem que abrangem microhabitats heterogêneos como serapilheira, e muitas mais pesquisas taxonômicas têm permitido que o conhecimento da fauna de formigas na Colômbia continue crescendo. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

New records of ants (Hymenoptera: Formicidae) for colombia: Even though Colombia has high levels of ant species richness in the Neotropical region, this richness continues to increase. New records of the ant subfamilies Amblyoponinae, Dolichoderinae, Dorylinae, Myrmicinae, and Ponerinae are presented. Two species of Fulakora, two species of Azteca, one species of Cylindromyrmex, 25 species of Myrmicinae belonging to 12 genera (Acanthognathus, Basiceros, Daceton, Eurhopalothrix, Hylomyrma, Mycetomoellerius, Mycetophylax, Mycocepurus, Octostruma, Pheidole, Rogeria, and Talaridris), and one species of Leptogenys are registered for the first time for Colombia. Five species are new records for South America. For each species, the geographical distance of the record closest to the Colombian locality is offered. Several factors, such as access to previously unexplored conserved areas, sampling techniques that cover heterogeneous microhabitats such as leaf litter, and many more taxonomic researches have allowed the knowledge of ant fauna in Colombia to continue growing. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Ochetellus glaber (Mayr, 1867) é uma formiga dolichoderina encontrada nas regiões quentes da Ásia e Austrália. Determinamos o genoma mitocondrial de O. glaber cujo comprimento é de 16.259 pb incluindo 13 genes codificadores de proteínas, 2 genes de RNA ribossômico, 22 RNAs de transferência e uma única grande região controle. A composição de bases foi enviesada para AT (a proporção GC é de 17,8%). A ordem dos genes de O. glaber é idêntica a outras espécies da subfamília Dolichoderinae. Árvores filogenéticas mostram que O. glaber está aninhado em outros genomas mitocondriais da tribo Leptomyrmecini, implicando que os gêneros neotropicais são ancestrais aos gêneros australianos como Ochetellus. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The complete mitochondrial genome of Ochetellus glaber (Mayr, 1862) (Hymenoptera:Formicidae): Ochetellus glaber (Mayr, 1867) is a dolichoderine ant found in the warm regions of Asia and Australia. We have determined the mitochondrial genome of O. glaber whose length is 16,259 bp including 13 protein-coding genes, 2 ribosomal RNA genes, 22 transfer RNAs, and a single large control region. The base composition was AT-biased (GC ratio is 17.8%). Gene order of O. glaber is identical to other species of the subfamily Dolichoderinae. Phylogenetic trees show that O. glaber is nested in other mitochondrial genomes of tribe Leptomyrmecini, implying the neotropical genera are ancestral to Australian genera such as Ochetellus. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Este artigo descreve a estrutura e composição das comunidades de formigas na estepe pré-saariana da Argélia. O estudo focou em três estações localizadas em duas regiões com diferentes climas: semiárido (Aflou) e árido (Laghouat). As formigas foram coletadas entre março de 2013 e fevereiro de 2014, utilizando amostragem com armadilhas de queda durante um período de quatro estações e técnicas de contagem em quadrantes. Um total de 20 espécies de formigas foram identificadas, pertencentes a 8 gêneros em três subfamílias: Dolichoderinae, Myrmicinae e Formicinae. Além disso, foi observado que as áreas de estudo, que podem ser caracterizadas por sua natureza florística, aspectos fisionômicos e até edáficos, influenciam diretamente a ecologia e distribuição das comunidades de formigas. Nós as classificamos em espécies euritópicas e estenotópicas. Também foi observado, usando uma Análise Fatorial de Correspondência (AFC), que a atividade das formigas é sazonal e frequentemente correlacionada com flutuações de temperatura e disponibilidade trófica. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Diversity, richness and composition of ant communities (Hymenoptera: Formicidae) in the Pre-Saharan steppe of Algeria: This paper describes the structure and composition of ant communities in the pre-Saharan steppe of Algeria. The study focused on three stations located in two regions with different climates: semi-arid (Aflou) and arid (Laghouat). Ants were collected between March 2013 and February 2014, using pitfall trap sampling over a four-season period and quadrat counting techniques. A total of 20 ant species have been identified, which belong to 8 genera in three subfamilies: Dolichoderinae, Myrmicinae and Formicinae. Moreover, it was noticed that the study areas, which can be characterized by their floristic nature, physiognomic and even edaphic aspects, directly influence the ant community ecology and distribution. We classified them in both eurytopic and stenotopic species. It was also observed, using a Correspondence Factorial Analysis (CFA), that the ants' activity is seasonal and often correlated with temperature fluctuation and trophic availability. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Taxonomicamente, as formigas são o grupo de insetos mais negligenciado para estudo no Paquistão. O presente estudo foi conduzido para coletar formigas de todos os três tehsils: Charsadda, Tangi e Shabqadar do distrito de Charsadda. As formigas foram coletadas aleatoriamente em locais internos (quartos, cozinha e banheiros) e externos (ruas, campos de cultivo, terreno baldio e cemitérios) usando aspirador bucal, armadilhas de queda e método de coleta manual. Um total de 19 espécies representando 11 gêneros e três subfamílias, nomeadamente Formicinae, Myrmicinae e Dolichoderinae, foram identificadas durante o presente estudo. Myrmicinae foi a subfamília mais diversa com cinco gêneros (Crematogaster, Meranoplus, Messor, Monomorium e Pheidole) e 11 espécies (Crematogaster subnuda, Meranoplus bicolor, Messor instabilis, Monomorium aberrans, Mo. dichroum, Mo. indicum, Pheidole binghami, Ph. fergusoni, Ph. indica, Ph. latinoda, Ph. sulcaticeps). Formicinae foi representada por sete espécies distribuídas em cinco gêneros: Camponotus com três espécies (C. compressus, C. oblongus e C. sericeus) e uma espécie cada de Cataglyphis (Ca. setipes), Lepisiota (L. frauenfeldi), Paratrechina (P. longicornis) e Polyrachis (Po. hauxwelli), enquanto a subfamília Dolichoderinae foi representada por uma única espécie, Tapinoma melanocephalum. O presente estudo relata uma subfamília (Dolichoderinae), sete gêneros (Cataglyphis, Crematogaster, Monomorium, Messor, Pheidole, Polyrachis e Tapinoma) com 13 espécies representando novos registros nacionais para o Paquistão. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The diversity of ants (Hymenoptera: Formicidae) in district Charsadda, Khyber Pakhtunkhwa: New reports from Pakistan: Taxonomically ants are the most neglected group of insects to be studied in Pakistan. The current study was conducted to collect ants from all three tehsils: Charsadda, Tangi and Shabqadar of district Charsadda. Ants were collected randomly from indoor (rooms, kitchen and washrooms) and outdoor (streets, crop fields, barren ground and grave yards) sites by using buccal aspirator, pitfall traps and hand pick method. A total of 19 species representing 11 genera and three subfamilies namely Formicinae, Myrmicinae and Dolichoderinae were identified during the present study. Myrmicinae was the most diverse subfamily with five genera (Crematogaster, Meranoplus, Messor, Monomorium and Pheidole) and 11 species (Crematogaster subnuda, Meranoplus bicolor, Messor instabilis, Monomorium aberrans, Mo. dichroum, Mo. indicum, Pheidole binghami, Ph. fergusoni, Ph. indica, Ph. latinoda, Ph. sulcaticeps). Fromicinae was presented by seven species placed in five genera: Camponotus having three species (C. compressus, C. oblongus and C. sericeus) and one species each of Cataglyphis (Ca. setipes), Lepisiota (L. frauenfeldi), Paratrechina (P. longicornis) and Polyrachis (Po. hauxwelli) while subfamily Dolichoderinae was represented by a single species i.e. Tapinoma melanocephalum. The current study reports one subfamily (Dolichoderinae) seven genera (Cataglyphis, Cremotogaster, Monomorium, Messor, Pheidole, Polyrachis and Tapinoma) with 13 species representing new country records for Pakistan. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Novas espécies da subfamília Myrmicinae são descritas a partir do lago fossilífero vulcanogênico de Enspel, Westerwald, Alemanha. Este Fossil-Lagerstätte compreende sedimentos lacustres, que consistem essencialmente em "folhelhos betuminosos" intercalados e vulcanoclásticos. Os sedimentos foram datados como sendo do final do Oligoceno. Das 287 formigas fósseis de Enspel examinadas, 96,5% (n = 277) pertencem ao clado formicoide (Formicinae, Dolichoderinae, Myrmicinae), e apenas 3,5% (n = 10) ao clado poneróide (Ponerinae, Agroecomyrmecinae). A alta proporção de Myrmicinae (36,6%) indica que esta subfamília já estava fortemente representada na Europa Central no final do Oligoceno. No entanto, deve-se notar que o grande número de espécimes são reprodutores alados. O número de operárias é baixo: n = 19, ou 6,1% de 312 espécimes quando 25 asas isoladas são incluídas. Dez novas espécies, pertencentes aos gêneros Paraphaenogaster, Aphaenogaster, Goniomma e Myrmica são nomeadas. Questões taxonômicas relativas à separação dos dois gêneros Aphaenogaster e Paraphaenogaster, bem como aspectos de biogeografia, paleoambiente e paleobiologia em Enspel são discutidos. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

New fossil ants of the subfamily Myrmicinae (Hymenoptera, Formicidae) from the Upper Oligocene of Enspel (Westerwald Mountains, Rhineland Palatinate, Germany): New species of the subfamily Myrmicinae are described from the fossil volcanogenic Lake Enspel, Westerwald, Germany. This Fossil-Lagerstätte comprises lake sediments, which essentially consist of intercalated “oilshales” and volcaniclastics. The sediments were dated to be of late Oligocene age. Out of the 287 fossil ants from Enspel examined, 96.5% (n = 277) belong to the formicoid clade (Formicinae, Dolichoderinae, Myrmicinae), and only 3.5% (n = 10) to the poneroid clade (Ponerinae, Agroecomyrmecinae). The high proportion of Myrmicinae (36.6%) indicates that this subfamily was already strongly represented in Central Europe in the late Oligocene. However, it should be noted that the large number of specimens are alate reproductives. The number of workers is low: n = 19, or 6.1% of 312 specimens when 25 isolated wings are included. Ten new species, belonging to the genera Paraphaenogaster, Aphaenogaster, Goniomma and Myrmica are named. Taxonomic questions regarding the separation of the two genera Aphaenogaster and Paraphaenogaster as well as aspects of biogeography, palaeoenvironment and palaeobiology in Enspel are discussed. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Sabe-se que a sazonalidade influencia a atividade das formigas em muitas florestas tropicais úmidas do mundo, como na América do Sul e na África. Nós pesquisamos a fauna de formigas na serapilheira na localidade de Minko'o. O trabalho teve como objetivo avaliar o efeito da variação sazonal na diversidade e composição das formigas de serapilheira. As formigas foram amostradas de novembro de 2015 a junho de 2017, usando quatro métodos de amostragem: captura visual, isca, armadilha de queda e extração. Riqueza de espécies, índice de diversidade de Shannon e análise de similaridades foram usados para caracterizar a diversidade das comunidades de formigas entre as estações. Coletamos 306 espécies de formigas, distribuídas entre 56 gêneros e 11 subfamílias. As subfamílias Myrmicinae, Ponerinae, Dolichoderinae, Formicinae, Dorylinae, Cerapachyinae e Pseudomyrmecinae ocorreram em todas as estações. A riqueza de espécies foi maior na estação seca principal com 243 espécies, seguida pela estação chuvosa secundária com 188, estação chuvosa principal com 177 espécies e finalmente a estação seca secundária que registrou a menor com 155 espécies. O teste de Kruskal-Wallis mostrou que a riqueza de espécies de formigas não diferiu entre as estações (p > 0,05). O índice de diversidade de espécies indicou que a diversidade foi maior durante a estação seca secundária (H′ = 4,24), seguida pela estação seca principal (H′ = 4,23), estação chuvosa secundária (H′ = 4,21) e menor durante a estação chuvosa principal (H′ = 4,06). Oito formigas mais frequentes foram registradas: Axinidris sp.1, Camponotus flavomarginatus, Monomorium guineense, Myrmicaria opaciventris, Odontomachus troglodytes, Carebara perpusilla, Paltothyreus tarsatus e Pheidole megacephala. A avaliação do efeito sazonal na diversidade revela que a estação seca é mais rica e diversa que a estação chuvosa e a estação influencia significativamente a diversidade das formigas de serapilheira. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Influence of season on leaf litter ant (Hymenoptera: Formicidae) diversity in the locality of Minko'o (Southern, Cameroon): Seasonality is known to influence ant activity in many tropical rain forests in the world such as South America and Africa. We surveyed ant fauna in the leaf litter in the locality of Minko'o. The work aimed to evaluate the effect of seasonal variation on the diversity and composition of litter ants. Ants were sampled from November 2015 to June 2017, using four sampling methods: visual capture, bait, pitfall trap and extraction. Species richness, Shannon diversity index and analysis of similarities were used to characterise diversity of ant communities between seasons. We collected 306 ant species, shared out between 56 genera and 11 subfamilies. Subfamilies Myrmicinae, Ponerinae, Dolichoderinae, Formicinae, Dorylinae, Cerapachyinae and Pseudomyrmecinae occurred in all the seasons. Species richness was highest in major dry season with 243 species followed by minor rainy season with 188, major rainy season with 177 species and finally minor dry season that recorded the lowest with 155 species. Kruskal–Wallis test showed that ant species richness did not differ between seasons (p > 0.05). Species diversity index indicated that diversity was the highest during minor dry season (H′ = 4.24), followed by the major dry season (H′ = 4.23), minor rainy season (H′ = 4.21) and lowest during major rainy season (H′ = 4.06). Eight most frequents ants have been recorded: Axinidris sp.1, Camponotus flavomarginatus, Monomorium guineense, Myrmicaria opaciventris, Odontomachus troglodytes, Carebara perpusilla, Paltothyreus tarsatus and Pheidole megacephala. Assessment of the seasonal effect on diversity reveals that dry season is richer and more diverse than rainy season and the season significantly influence the diversity of litter ants. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Anonychomyrma é um gênero de formiga dolichoderina de origem gondwânica de clima temperado frio, com uma distribuição atual que se estende desde o norte do sul da Austrália até os trópicos da Australásia. Apesar de sua abundância e dominância ecológica, pouco se sabe sobre sua diversidade de espécies e distribuição em toda a sua área de ocorrência. Aqui, descrevemos a diversidade e distribuição de Anonychomyrma na biorregião dos Trópicos Úmidos Australianos, onde apenas duas das muitas espécies putativas são descritas. Nossa hipótese é que o gênero na Austrália tropical mantém uma preferência por florestas tropicais frias e úmidas que remetem às florestas gondwânicas que já dominaram a Austrália, mas que agora só existem em habitats de terras altas dos Trópicos Úmidos. Nosso estudo foi baseado em extensos levantamentos recentes em cinco sub-regiões e ao longo de gradientes de elevação e vertical (arbóreo). Integramos dados genéticos (CO1) com morfologia para reconhecer 22 espécies entre nossas amostras, 20 das quais pareciam ser não descritas. Como previsto, a diversidade e o endemismo estavam concentrados em terras altas acima de 900 m de altitude. A modelagem de distribuição das nove espécies mais comuns identificou a temperatura máxima do mês mais quente, a sazonalidade da precipitação e a precipitação do mês mais úmido como correlatos dos padrões de distribuição entre as sub-regiões. Nosso estudo apoiou a noção de que Anonychomyrma irradiou de uma origem temperada sul para a zona tropical, com preferência por áreas de floresta tropical montana que foram estáveis, frias e úmidas durante o final do quaternário. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Diversity and distribution of the dominant ant genus anonychomyrma (Hymenoptera: Formicidae) in the Australian wet tropics: Anonychomyrma is a dolichoderine ant genus of cool-temperate Gondwanan origin with a current distribution that extends from the north of southern Australia into the Australasian tropics. Despite its abundance and ecological dominance, little is known of its species diversity and distribution throughout its range. Here, we describe the diversity and distribution of Anonychomyrma in the Australian Wet Tropics bioregion, where only two of the many putative species are described. We hypothesise that the genus in tropical Australia retains a preference for cool wet rainforests reminiscent of the Gondwanan forests that once dominated Australia, but now only exist in upland habitats of the Wet Tropics. Our study was based on extensive recent surveys across five subregions and along elevation and vertical (arboreal) gradients. We integrated genetic (CO1) data with morphology to recognise 22 species among our samples, 20 of which appeared to be undescribed. As predicted, diversity and endemism were concentrated in uplands above 900 m a.s.l. Distribution modelling of the nine commonest species identified maximum temperature of the warmest month, rainfall seasonality, and rainfall of the wettest month as correlates of distributional patterns across subregions. Our study supported the notion that Anonychomyrma radiated from a southern temperate origin into the tropical zone, with a preference for areas of montane rainforest that were stably cool and wet over the late quaternary. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

As práticas agrícolas são responsabilizadas pela redução da diversidade de formigas na Terra. A contribuição de quatro plantações de coco (CP) e quatro terras não agrícolas (NL) para sustentar a diversidade e abundância relativa de formigas que habitam o solo e forrageiam no solo foi investigada através de levantamentos realizados de maio a outubro de 2018, em uma CP e uma NL em Minuwangoda, Mirigama, Katana e Veyangoda no Distrito de Gampaha, localizado na zona úmida do Sri Lanka. Formigas operárias foram levantadas através de iscas com mel e peneiramento do solo ao longo de dois transectos em três parcelas de 50 m² em cada tipo de terreno. As operárias foram identificadas usando métodos padrão e a frequência de cada espécie de formiga observada por cada método foi registrada. A porcentagem de frequência de ocorrência observada por cada método, a porcentagem média de frequência de ocorrência de cada espécie de formiga e a abundância proporcional de cada espécie em cada comunidade de formigas foram calculadas. A riqueza de espécies registrada por ambos os métodos em cada CP foi de 14-19, enquanto que em cada NL foi de 17-23. Os valores do Índice de Diversidade de Shannon-Wiener (H, CP: 2,06-2,36; NL: 2,11-2,56) e os valores do Índice de Equitabilidade de Shannon-Wiener (J, CP: 0,73-0,87; NL: 0,7-0,88) mostraram uma diversidade e uniformidade consideráveis das comunidades de formigas em ambos os tipos de terreno. As quatro plantações de coco tiveram 29 espécies em 23 gêneros de 5 subfamílias: Dolichoderinae, Dorylinae, Formicinae, Myrmicinae e Ponerinae. As quatro NLs consistiram em 36 espécies em 26 gêneros de 7 subfamílias, incluindo as adicionais Leptanillinae e Pseudomyrmecinae. Várias espécies foram restritas a plantações de coco ou terras não agrícolas, enquanto muitas espécies foram comuns a ambos os tipos de terreno. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Contribution of wet zone coconut plantations and non-agricultural lands to the conservation of ant communities (Hymenoptera: Formicidae) in Sri Lanka: Agricultural practices are blamed for the reduction of ant diversity on earth. Contribution of four coconut plantations (CP) and four non-agricultural lands (NL) for sustaining diversity and relative abundance of ground-dwelling and ground-foraging ants was investigated by surveying them from May to October, 2018, in a CP and a NL in Minuwangoda, Mirigama, Katana and Veyangoda in Gampaha District that lies in the wet zone, Sri Lanka. Worker ants were surveyed by honey baiting and soil sifting along two transects at three, 50 m2 plots in each type of land. Workers were identified using standard methods and frequency of each ant species observed by each method was recorded. Percentage frequency of occurrence observed by each method, mean percentage frequency of occurrence of each ant species and proportional abundance of each species in each ant community were calculated. Species richness recorded by both methods at each CP was 14–19 whereas that recorded at each NL was 17–23. Shannon-Wiener Diversity Index values (H, CP: 2.06–2.36; NL: 2.11–2.56) and Shannon-Wiener Equitability Index values (J, CP: 0.73–0.87; NL: 0.7–0.88) showed a considerable diversity and evenness of ant communities at both types of lands. Four coconut plantations had 29 species in 23 genera of 5 subfamilies, Dolichoderinae, Dorylinae, Formicinae, Myrmicinae and Ponerinae. Four NLs consisted of 36 species in 26 genera of 7 subfamilies including additional Leptanillinae and Pseudomyrmecinae. Several species were restricted to coconut or non-agricultural lands while many species were common to both types of land. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

A formiga-argentina, Linepithema humile (Mayr, 1867), é uma espécie de formiga invasora que se espalhou pelo mundo. Determinamos o genoma mitocondrial de L. humile coletado na Coreia do Sul, que possui 15.934 pb contendo 10 SNPs e 5 INDELs em comparação com o mitogenoma anterior. A maioria dos SNPs foi encontrada em cox3, seguido por cytb. A partir dos SNPs, nosso mitogenoma foi identificado como haplótipo H3, que foi previamente registrado no Japão e nos EUA, enquanto o mitogenoma anterior era do haplótipo H1. A análise filogenética foi congruente com estudos anteriores dentro da tribo Leptomyrmecini, mas não entre outras tribos da subfamília Dolichoderinae. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Complete mitochondrial genome of the H3 haplotype Argentine ant Linepithema humile (Mayr, 1868) (Formicidae; Hymenoptera): The argentine ant, Linepithema humile (Mayr, 1867), is an invasive ant species that has spread across the world. We have determined the mitochondrial genome of L. humile collected in South Korea, which is 15,934 bp containing 10 SNPs and 5 INDELs compared to the previous mitogenome. Most SNPs were found in cox3, followed by cytb. From SNPs our mitogenome was identified as a H3 haplotype, which was previously recorded in Japan and the U.S. while the previous mitogenome was H1 haplotype. Phylogenetic analysis was congruent to previous study within the tribe Leptomyrmecini but not between other tribes of subfamily Dolichoderinae. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Contexto Tapinoma Foerster pertence à subfamília de formigas Dolichoderinae e a grande maioria de suas espécies são arborícolas ou forrageadoras generalistas. O gênero é composto por 70 espécies descritas, 22 subespécies conhecidas e seis espécies fósseis válidas em todo o mundo, enquanto na Península Arábica, três espécies foram registradas até o momento. Novas informações Formigas do gênero Tapinoma da Península Arábica são revisadas, chaveadas e ilustradas, com base na casta operária. Três espécies são diagnosticadas, T. melanocephalum (Fabricius, 1793), T. simrothi Krausse, 1911 e T. wilsoni Sharaf & Aldawood, 2012. Apresentamos a primeira chave ilustrada para o Tapinoma árabe, aprimorada por imagens de automontagem para facilitar o reconhecimento das espécies. Novos dados de distribuição para as espécies são apresentados, com base em material recentemente coletado da região e registros da literatura. Informações sobre preferência de habitats e biologia das espécies são fornecidas. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

An update to the taxonomy and distribution of the Arabian Tapinoma Foerster, 1850 (Hymenoptera: Formicidae) with an illustrated key and remarks on habitats: Background Tapinoma Foerster belongs to the ant subfamily Dolichoderinae and the vast majority of its species are arboreal or generalised foragers. The genus is composed of 70 described species, 22 known subspecies and six valid fossil species worldwide, while from the Arabian Peninsula, three species have been recorded so far. New information Ants of the genus Tapinoma of the Arabian Peninsula are reviewed, keyed and illustrated, based on the worker caste. Three species are diagnosed, T. melanocephalum (Fabricius, 1793), T. simrothi Krausse, 1911 and T. wilsoni Sharaf & Aldawood, 2012. We present the first illustrated key to the Arabian Tapinoma, enhanced by automontage images to facilitate species recognition. New distributional data for species are presented, based on recently-collected material from the region and literature records. Information on habitats' preference and biology of species are given. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A Colônia de Leite Aarey (AMC) é uma área florestal de 16km² que atua como zona de amortecimento para o Parque Nacional Sanjay Gandhi, em Mumbai. Possui jardins, lagos, áreas de recreação e um viveiro. Também abriga 32 fazendas de gado e centros de pecuária. Além da urbanização e degradação florestal, esta floresta abriga grande biodiversidade que inclui o leopardo como predador de topo e também espécies menos conhecidas de anfíbios, répteis e artrópodes. Considerando as formigas como importantes bioindicadores e a vulnerabilidade da AMC a planos de desenvolvimento, um estudo sobre a diversidade de formigas foi conduzido de janeiro de 2016 a maio de 2016. Quatro métodos foram utilizados para coleta de dados de formigas - armadilha de queda, transecto linear, quadrante e busca exaustiva. Um total de 35 espécies sob 24 gêneros e seis subfamílias - Myrmicinae, Formicinae, Ponerinae, Dolichoderinae, Pseudomyrmecinae e Cerapachyinae - foram registradas durante este estudo. O índice de diversidade de Simpson (0,88) para a armadilha de queda indica que a diversidade de formigas na AMC é consideravelmente alta. Isso aumenta a importância desta área florestal que atualmente enfrenta uma destruição em massa de árvores. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Diversity of ants in Aarey Milk Colony, Mumbai, India: Aarey Milk Colony (AMC) is 16km2 of forested area, acts as a buffer to the Sanjay Gandhi National Park, Mumbai. It has gardens, lakes, recreation spots, and a nursery. It also harbors 32 cattle farms, animal husbandry centers. Apart from urbanization and forest degradation, this forest harbors great biodiversity which includes the leopard as a top predator and also lesser-known species of amphibians, reptiles, and arthropods. Considering ants as important bio indicators and the vulnerability of AMC to development plans, a study on the diversity of ants was conducted from January 2016 to May 2016. Four methods were used for data collection of ants—pitfall trap, line-transect, quadrate, and all-out search. A total of 35 species under 24 genera under six subfamilies– Myrmicinae, Formicinae, Ponerinae, Dolichoderinae, Pseudomyrmecinae, and Cerapachyinae were recorded during this study. The Simpson’s diversity index (0.88) for the pit fall trap indicates that the diversity of ants in the AMC is fairly high. This increases the importance of this forest land which is presently facing a mass destruction of trees. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Com base em uma compilação global de dados sobre formigas associadas a 523 espécies de Lycaenidae, é realizada uma síntese sobre quais formigas participam dessas interações. Formigas de 63 gêneros foram observadas até o momento como visitantes de mirmecófilos facultativos ou como hospedeiras de mirmecófilos obrigatórios entre os Lycaenidae. Mais de 98% dos registros vêm de formigas nectarívoras e trofobióticas em apenas três subfamílias, a saber: Formicinae, Myrmicinae e Dolichoderinae, com os gêneros Crematogaster e Camponotus ocupando as primeiras posições. A análise de acumulação sugere que poucos gêneros de formigas ainda precisam ser adicionados à lista de associados. A representação dos gêneros de formigas como acompanhantes de imaturos de licenídeos está relacionada à sua riqueza global de espécies, mas com algumas exceções notáveis. Formigas que formam colônias ecologicamente dominantes, grandes e de longa duração estão super-representadas como hospedeiras de mirmecófilos obrigatórios. A diversidade taxonômica das associações entre licenídeos e formigas é maior nas regiões Oriental e Australiana, e menor nas regiões Neotropical e Afrotropical. Entre os licenídeos da África tropical, isso se deve a duas linhagens de borboletas (gênero Lepidochrysops e subfamília Aphnaeinae) que irradiaram massivamente no Neógeno, mas mantendo principalmente suas afiliações gerais com formigas Camponotus ou Crematogaster, respectivamente. Muitos licenídeos tropicais e subtropicais atualmente formam associações também com formigas invasoras alienígenas, dando origem a novas interações mutualísticas. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The ant associates of Lycaenidae butterfly caterpillars – revisited: Based on a global compilation of data on ant associates of 523 Lycaenidae species, a synthesis is attempted as to which ants participate in these interactions. Ants from 63 genera have thus far been observed as visitors of facultative myrmecophiles or as hosts of obligate myrmecophiles among the Lycaenidae. Over 98% of records come from nectarivorous and trophobiotic ants in just three subfamilies, viz. Formicinae, Myrmicinae and Dolichoderinae, with the genera Crematogaster and Camponotus occupying the top ranks. Accumulation analysis suggests that rather few ant genera remain to be added to the list of associates. The representation of ant genera as attendants of lycaenid immatures is related to their global species richness, but with some notable exceptions. Ants that form ecologically dominant, large, long-lived colonies are over-represented as hosts of obligate myrmecophiles. The taxonomic diversity of lycaenid-ant associations is highest in the Oriental and Australian region, and lowest in the Neotropical and Afrotropical region. Among tropical African lycaenids, this is due to two butterfly lineages (genus Lepidochrysops and subfamily Aphnaeinae) that have massively radiated in the Neogene, but mostly maintaining their general affiliations with either Camponotus or Crematogaster ants, respectively. Many tropical and subtropical lycaenids nowadays form associations also with invasive alien tramp ants, giving rise to novel mutualistic interactions. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

O presente estudo trata da diversidade de formigas (Hymenoptera, Formicidae) na Cabília do Djurdjura. Foi realizado em duas áreas florestais das localidades de Azeffoun e Assi-Youcef, Tizi Ouzou (norte da Argélia). Dois métodos de amostragem foram adotados: captura manual e armadilhas de queda. Várias métricas de comunidade foram utilizadas como elementos-chave para avaliar a biodiversidade de formigas nos dois locais de estudo. Elas incluíram a riqueza de espécies, a abundância relativa, a constância e os índices de Shannon-Weaver e equitabilidade. Nosso inventário permitiu identificar 24 espécies pertencentes a 12 gêneros e três subfamílias, que são Myrmicinae (58%), Formicinae (34%) e Dolichoderinae (08%). A maior riqueza de espécies foi registrada para as duas primeiras subfamílias, enquanto a subfamília Dolichoderinae dominou numericamente. O local de Azeffoun, que está mais sujeito a atividades humanas, registrou valores mais altos no número de indivíduos, na riqueza de espécies e no índice de diversidade de Shannon-Weaver. No entanto, a diferença entre os dois locais consistiu principalmente nas espécies raras, como Crematogaster laestrygon, Goniomma sp. e Palagiolepis sp., que estavam presentes no local de Azeffoun. As condições locais do local certamente desempenharam um papel fundamental na ocorrência de espécies de formigas nas duas áreas de estudo. Azeffoun é mais perturbado que Assi-Youcef, resultando no recrutamento de muito mais espécies raras e acidentais no primeiro local. Em contraste, a taxa de espécies acessórias a onipresentes é substancialmente maior em Assi-Youcef, que registrou uma alta uniformidade de espécies. Até onde sabemos, este é o primeiro estudo a relatar o gênero de formiga Formica na Cabília do Djurdjura. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Diversity of ants (hymenoptera, formicidae) in two forest sites from Kabylia of Djurdjura, Northern Algeria: The current study deals with the diversity of ants (Hymenoptera, Formicidae) in Kabylia of Djurdjura. It has been carried out in two forest sites from the localities of Azeffoun and Assi-Youcef, Tizi Ouzou (northern Algeria). Two sampling methods were adopted: manual capture and pitfall traps. Various community metrics were used as key elements to assess ant biodiversity within the two study sites. They included the species richness, the relative abundance, the constancy, and the Shannon-Weaver and equitability indices. Our inventory allowed identifying 24 species belonging to 12 genera and three subfamilies, which are the Myrmicinae (58%), the Formicinae (34%), and the Dolichoderinae (08%). The highest species richness was registered for the two first subfamilies, while the subfamily Dolichoderinae dominated numerically. The Site of Azeffoun, which is more submitted to human activities, recorded higher values in the number of individuals, the species richness, and the Shannon-Weaver diversity index. However, the difference between the two sites consisted mainly of the rare species, such as Crematogaster laestrygon, Goniomma sp. and Palagiolepis sp., which were present in the Azeffoun site. The local site conditions certainly have played a key role in ant species occurrence within the two study areas. Azeffoun is more disturbed than Assi-Youcef, resulting in the recruitment of much more rare and accidental species in the first site. In contrast, the rate of accessory to omnipresent species is substantially higher in Assi-Youcef, which recorded a high species evenness. To the best of our knowledge, this is the first study to report the ant genus Formica in Kabylia of Djurdjura. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os limites taxonômicos de muitas espécies de formigas neotropicais do gênero Tapinoma ainda não estão claros. Tapinoma atriceps e T. atriceps breviscapum são dois táxons morfologicamente similares que ocorrem simpatricamente no sul da Mata Atlântica brasileira. Alguns caracteres como o comprimento do escapo e o formato da cabeça sugerem que estes táxons podem ser espécies diferentes. Utilizamos análise de DNA e evidências morfológicas, incluindo microscopia eletrônica de varredura, para avaliar a validade taxonômica destes táxons. Encontramos características morfológicas distintas que permitem separá-los como duas espécies diferentes, Tapinoma atriceps e Tapinoma breviscapum status novo, e esta decisão é apoiada pelos resultados de DNA, onde Tapinoma atriceps foi recuperado como uma linhagem independente de T. breviscapum. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Morphological and genetic evidence supports the separation of two tapinoma ants (Formicidae, dolichoderinae) from the atlantic forest biome: The taxonomic boundaries of many Neotropical ant species of the genus Tapinoma are still unclear. Tap-inoma atriceps and T. atriceps breviscapum are two morphologically similar taxa which occur sympatrically in the southern Atlantic Forest of Brazil. Some characters such as the scape length and head shape suggest that these taxa may be different species. We used DNA analysis and morphological evidence, including scanning electron microscopy, to evaluate the taxonomic validity of these taxa. We found distinct morphological characteristics that allow separating them as two different species, Tapinoma atriceps and Tapinoma breviscapum status novo, and this decision is supported by the DNA results, where Tapinoma atriceps was recovered as a lineage independent of T. breviscapum. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Um longo período de amostragem de formigas foi conduzido na Floresta de Educação e Pesquisa Biológica (BERF), Universidade Andalas, Sumatra Ocidental, Indonésia, implantando vários métodos, como coleta manual direta em troncos podres, em plantas com flores e em ninhos de pássaros, Protocolo Quadra para amostragem de formigas terrestres diurnas e noturnas e armadilha subterrânea para formigas do solo. Um total de 100 espécies de formigas, agrupadas taxonomicamente em 41 gêneros, 15 tribos e oito subfamílias, resultou deste estudo. Myrmicinae foi a subfamília com o maior número de espécies registradas (46 espécies), seguida por Formicinae com 28 espécies e Ponerinae com 11 espécies. Por outro lado, as demais subfamílias foram representadas com menos espécies, como Dolichoderinae (6 espécies), Dorylinae (3 espécies), Pseudomyrmicinae (3 espécies), Ectatommine (2 espécies) e Ambliponinae (1 espécie). Pheidole foi o gênero com o maior número de espécies registradas (17 espécies), seguido por Crematogaster (7 espécies) e Polyrhachis (6 espécies). O Protocolo Quadra foi o método mais eficaz para registrar espécies de formigas neste estudo (42 espécies), seguido pelo método de coleta manual direcionada (40 espécies), armadilha subterrânea (10 espécies), coleta direta em troncos podres (8 espécies), observação em plantas com flores (8 espécies) ou coleta dentro de ninhos de pássaros (4 espécies). Apesar da robustez do inventário produzido por este estudo, indica-se que a área da BERF ainda abriga mais espécies de formigas que não foram registradas pela pesquisa realizada até o momento. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Integrative survey for ant diversity: exhaustive deployment of several ant collection methods in Biological Education and Research Forest of Universitas Andalas, Indonesia: A long period of ant sampling has been conducted in Biological Education and Research Forest (BERF), Universitas Andalas, West Sumatra, Indonesia by deploying several methods i.e. direct hand collection in rotten logs, at flowering plants and at bird nests, Quadra Protocol for sampling diurnal and nocturnal ground ants and subterranean trap for soil ants. A total of 100 ant species which taxonomically grouped into 41 genera, 15 tribes and eight subfamilies resulted from this study. Myrmicinae became subfamily with the most species recorded (46 species), after the Formicinae with 28 species and Ponerinae with 11 species. On the other hand, the rest subfamilies were represented with less species e.g. Dolichoderinae (6 species), Dorylinae (3 species), Pseudomyrmicinae (3 species), Ectatommine (2 species) and Ambliponinae (1 species). Pheidole was genus with the most species recorded (17 species) followed by Crematogaster (7 species) and Polyrhachis (6 species). Quadra Protocol became the most effective method to record ant species in this study (42 species), subsequently followed by purposive hand collection method (40 species), subterranean trap (10 species), direct collection in rotten logs (8 species), observation at flowering plants (8 species) or collection from within bird nests (4 species). Despite the robustness of inventory produced from this study, it is indicated that BERF area still holds more ant species that are not recorded by research done so far. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Algumas espécies do gênero de formigas Forelius podem ser erroneamente classificadas como pertencentes ao gênero Tapinoma devido à redução convergente da escama peciolar. Eu reviso o status taxonômico de Tapinoma antarcticum Forel 1904 e Tapinoma heyeri Forel 1902. Evidências morfológicas apoiam a transferência desses nomes para o gênero de formigas Forelius. As mudanças taxonômicas propostas são as seguintes: Forelius antarcticus (Forel) comb. nov. (=Forelius fazi (Santschi 1923) comb. nov., =Forelius eidmanni Goetsch 1933 comb. rev.); Forelius heyeri (Forel) comb. nov. (=Forelius heyeri risii (Forel 1912) comb. e syn. nov., =Forelius pusillus (Santschi 1922) syn. nov., =Forelius tucumanus (Kusnezov 1953) syn. nov.). Lectótipos para Forelius antarcticus e Forelius heyeri são designados. A operária de Forelius heyeri, bem como a operária e a rainha de Forelius antarcticus são diagnosticadas e redescritas. Imagens multifoco para operárias lectótipos são fornecidas. A variação morfológica dentro e entre espécies de Forelius com espiráculos arredondados é discutida. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Transfer of two South American ant species from Tapinoma Foerster 1850 to Forelius Emery 1888 (Hymenoptera: Formicidae: Dolichoderinae): Some species of the ant genus Forelius can be misclassified as the genus Tapinoma due to the convergent reduction of the petiolar scale. I review the taxonomic status of Tapinoma antarcticum Forel 1904 and Tapinoma heyeri Forel 1902. Morphological evidence supports the transfer of these names to the ant genus Forelius. Proposed taxonomic changes are as follows: Forelius antarcticus (Forel) comb. nov. (=Forelius fazi (Santschi 1923) comb. nov., =Forelius eidmanni Goetsch 1933 comb. rev.); Forelius heyeri (Forel) comb. nov. (=Forelius heyeri risii (Forel 1912) comb. and syn. nov., =Forelius pusillus (Santschi 1922) syn. nov., =Forelius tucumanus (Kusnezov 1953) syn. nov.). Lectotypes for Forelius antarcticus and Forelius heyeri are designated. The worker of Forelius heyeri, as well as the worker and queen of Forelius antarcticus are diagnosed and redescribed. Multifocus images for lectotype workers are provided. Morphological variation within and between species of Forelius with rounded spiracles is discussed. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Várias espécies de formigas são conhecidas como predadoras da broca-do-café, Hypothenemus hampei, a praga mais daninha em plantações de café. Investigamos a diversidade de formigas e examinamos seu papel em plantações de café Arábica no Regência de Aceh Tengah, Província de Aceh, Sumatra, Indonésia. As formigas foram amostradas quatro vezes entre fevereiro e julho de 2020 usando armadilhas de queda. Encontramos coletivamente 5 subfamílias e 17 morfoespécies de formigas em plantações orgânicas e convencionais. Oito delas pertenciam à subfamília Myrmicinae, uma espécie cada para as subfamílias Pseudomyrmecinae e Formicinae, enquanto as outras pertenciam às subfamílias Ponerinae e Dolichoderinae. A composição de espécies de formigas ligeiramente maior no café convencional pode ter sido causada pelos frutos de café caídos no solo infestados pela broca, que podem atrair mais espécies de formigas. Não houve diferença significativa em cada índice de diversidade calculado para ambos os cultivos de café, embora o índice de diversidade de Shannon-Wiener (H') no café convencional tenha sido relativamente maior. A maioria das espécies de formigas eram forrageadoras gerais e algumas delas são conhecidas como predadoras da broca-do-café. Este estudo forneceu informações importantes sobre a fauna de formigas em plantações de café localmente, que é um passo inicial para conservar espécies de formigas a serem usadas como agentes de controle biológico da broca-do-café. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Diversity of ants (Hymenoptera:Formicidae) in organic and conventional Arabica coffee plantations in Aceh Tengah Regency, Sumatra, Indonesia: Several ant species are known as predators of coffee berry borer (CBB), Hypothenemus hampei, the most damaging pest on coffee plantations. We investigated ant diversity and looked at their role in Arabica coffee plantation in Aceh Tengah Regency, Aceh Province, Sumatra, Indonesia. Ants were sampled four times between February and July 2020 using pitfall traps. We found 5 subfamilies and 17 morphospecies of ants collectively in organic and conventional plantations. Eight of them belonged to subfamily Myrmicinae, one species each for subfamily Pseudomyrmecinae and Formicinae, while others belonged to subfamily Ponerinae and Dolichoderinae. The slightly higher ant species composition in conventional coffee might have been caused by the fallen CBB infested berries on the ground that might attract more ant species to come. There was no significant different in each diversity indices calculated for both coffee cultivation, even though the Shannon-Wiener diversity index (H') in the conventional coffee was relatively higher. Most of ant species were general foragers and some of them are known as predators of CBB. This study has provided important information regarding ant fauna in coffee plantations locally which is an early step to conserve ant species to be used as biological control agents of CBB. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Dischidia major é uma epífita com folhas em forma de jarro que servem como ninhos para formigas. Investigamos esta simbiose planta-formiga em dois locais no sudeste da Tailândia, Rayong e Trat, usando uma abordagem morfológica e molecular. Em nossos locais de estudo, D. major foi colonizada por uma espécie de formiga monomórfica do gênero Philidris. A superfície interna das folhas em jarro apresentava um revestimento preto e verde composto por células cocoides e filamentos de algas e fungos entrelaçados, reminiscente de uma estrutura de biofilme. A investigação microscópica das algas sugeriu que pertenciam a Trebouxia (células cocoides) e Trentepohliaceae (filamentos). A investigação molecular de amostras ambientais e culturas puras dos fungos revelou cinco espécies de Chaetothyriales e quatro espécies de Capnodiales, entre as quais duas já haviam sido isoladas de simbioses planta-formiga na África e América do Sul e cinco eram espécies descritas conhecidas de vários ambientes ao redor do mundo. Uma parece ser uma espécie não descrita. Assim, a maioria dos associados fúngicos eram provavelmente espécies ubíquas. Nosso estudo destaca a necessidade de incluir a identidade e ecologia funcional dos micróbios em estudos da ecologia evolutiva e funcional de simbioses planta-formiga. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The symbiosis between Philidris ants and the ant-plant Dischidia major includes fungal and algal associates: Dischidia major is an epiphyte with pitcher leaves that serve as nests for ants. We investigated this ant-plant symbiosis in two sites in southeastern Thailand, Rayong and Trat, using a morphological and molecular approach. In our study sites, D. major was colonized by one monomorphic ant species of genus Philidris. The inner surface of the pitcher leaves had a black and green lining composed of intermingled coccoid cells and filaments of algae and fungi, reminiscent of a biofilm structure. Microscopic investigation of the algae suggested they belonged to Trebouxia (coccoid cells) and Trentepohliaceae (filaments). Molecular investigation of environmental samples and pure cultures of the fungi revealed five species of Chaetothyriales and four species of Capnodiales, among which two have already been isolated from ant-plant symbioses in Africa and South America and five were described species known from various environments around world. One appears to be an undescribed species. Thus, most fungal associates were likely ubiquitous species. Our study highlights the need to include the identity and functional ecology of microbes in studies of the evolutionary and functional ecology of ant-plant symbioses. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

A medição da biodiversidade de formigas em áreas urbanas é uma parte essencial no conceito de manejo de espécies invasoras e sinantrópicas. O objetivo deste estudo foi investigar a diversidade de espécies de formigas de solo no campus da Universidade Negeri Padang. Armadilhas com isca de mel foram aplicadas para coletar formigas em dois locais desta área. Um total de 11 espécies de formigas pertencentes a 9 gêneros e 3 subfamílias foram identificadas no campus principal da Universidade Negeri Padang. A maior diversidade foi da subfamília Myrmicinae (com quatro gêneros: Monomorium, Pheidole, Solenopsis, Tetramorium), seguida por Formicinae (três gêneros: Nylanderia, Oecophylla, Paratrechina) e Dolichoderinae (dois gêneros: Dolichoderus, Tapinoma). A localização do campus da Universidade Negeri Padang, que fica próximo à costa e no centro da cidade, afetou a biodiversidade de formigas. No presente estudo, espécies invasoras e sinantrópicas foram registradas nesta área. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Ant diversity in Campus Universitas Negeri Padang, Padang, West Sumatra: Measuring biodiversity of ants in urban area is an essential part in management concept of invasive and tramp species. The aim of this study was to investigate ground-dwelling ant species diversity in the campus of Universitas Negeri Padang. Honey baited trap was applied to collect ants at two sites in this area. A total 11 species of ants belonging to 9 genera, 3 subfamilies were identified in the main campus of Universitas Negeri Padang. The highest diversity was by the subfamily Myrmicinae (with four genera, Monomorium, Pheidole, Solenopsis, Tetramorium), and followed by Formicinae (three genera, Nylanderia, Oecophylla, Paratrechina), and Dolichoderinae (two genera, Dolichoderus, Tapinoma). The location of campus Universitas Negeri Padang which is near the coastline and in the center of the city, have affected the biodiversity of ants. In the present study, invasive and tramp species were recorded in this area. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Este estudo teve como objetivo realizar o inventário de espécies de formigas (Hymenoptera: Formicidae) que habitam especificamente os ninhos de aves no complexo do campus da Universidade Andalas, Limau Manis, Padang. Foi conduzido de janeiro a agosto de 2018, onde os ninhos de aves foram coletados intencionalmente, seguido da coleta de formigas de cada ninho. Quarenta ninhos foram amostrados e identificados como ninhos de Estrildidae, Pycnonotidae, Sylviidae e de táxons desconhecidos; 5 ninhos apresentavam indícios de reprodução ativa quando coletados. Um total de 2.741 indivíduos de formigas pertencentes a 13 espécies, 12 gêneros, 8 tribos e 4 subfamílias foi extraído de 31 (dos quais 4 eram ninhos ativos), dos 40 ninhos observados. O inventário de espécies de formigas incluiu membros das subfamílias Formicinae (5), Myrmicinae (5), Dolichoderinae (2) e Pseudomyrmicinae (1). Detectamos estatisticamente correlação entre a biomassa do ninho e o número de indivíduos e espécies de formigas infestantes nos ninhos de aves, o que explicou o maior número de espécies registradas nos ninhos de Estrildidae que eram em média mais volumosos que outros ninhos. Este resultado oferece forte indicação de que os ninhos de aves podem servir como uma forma de habitat, ou pelo menos um nicho, para formigas. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Are Bird Nests the Habitat for Ants? Implication from Ant Inventory (Hymenoptera: Formicidae) across Various Bird Nests: This study aimed to do the inventory on ant species (Hymenoptera: Formicidae) that specifically inhabit the bird nests within the Universitas Andalas campus complex, Limau Manis, Padang. It had been conducted from January to August 2018, where the bird nests were purposively collected then followed with ant collection from each nest. Forty nests were sampled and identified as nests of Estrildidae, Pycnonotidae, Sylviidae and from the unknown taxa; 5 nests showed active breeding indications when collected. A total of 2,741 ant individuals belong to 13 species, 12 genera, 8 tribes, and 4 subfamilies extracted from 31 (of which 4 were active nests), out of 40, observed nests. The ant species inventory included the members of subfamilies Formicinae (5), Myrmicinae (5), Dolichoderinae (2) and Pseudomyrmicinae (1). We statistically detected correlation between nest biomass and number of ant individual and species infested in the bird nests, which explained the more species recorded from Estrildid nests that were averagely bulkier than other nests. This result offers strong indication that bird nests may serve as form of habitat, or at least a niche, for ants. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Formigas são insetos sociais com alta diversidade e ampla distribuição mundial em muitos tipos de habitats, incluindo o ecossistema de mangue. Elas também desempenham um papel importante no ecossistema de mangue, mas o estudo de formigas neste habitat no Oeste de Sumatra ainda é escasso. O objetivo deste estudo foi compreender a diversidade de formigas no ecossistema de mangue de Pariaman, Oeste de Sumatra. O método de coleta utilizado nesta pesquisa foi armadilha com isca, batimento e coleta manual. Um total de 11 espécies, 10 gêneros de formigas pertencentes a 3 subfamílias foram encontrados neste estudo. Formicinae é a subfamília com maior número de espécies (5 spp.) seguida por Myrmicinae (4 spp.) e Dolichoderinae (2 spp.). As seguintes espécies invasoras e sinantrópicas foram encontradas no presente estudo: Anoplolepis gracilipes, Tapinoma melanochepalum, Tetramorium simillimum e Tetramorium bicarinatum. O índice de diversidade de espécies de formigas neste estudo é moderado (H' = 1,2), enquanto o índice de equitabilidade classificado como moderado (E = 0,5), e nenhuma espécie de formiga dominante desta área foi encontrada (D = 0,5). © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Diversity of ants (Hymenoptera: Formicidae) in mangrove forest of Pariaman: Ants are a social insect with high diversity and distributed widely to the world in many types of habitats including mangrove ecosystem. They also plays important role in mangrove ecosystem, but the study of ant in this habitat of West Sumatra still scanty. The purpose of this study was to understand the ant diversity in mangrove ecosystem of Pariaman, West Sumatra. The collection method used in this research is baited trap, beating and hand collection. A total of 11 species, 10 genera of ants belonging to 3 subfamilies were found in this study. Formicinae is the subfamily with highest number of species (5 spp.) and follows by Myrmicinae (4 spp.) and Dolichoderinae (2 spp.). The following invasive and tramp species were found in the present study, Anoplolepis gracilipes, Tapinoma melanochepalum, Tetramorium simillimum, and Tetramorium bicarinatum. The ant species diversity index in this study is moderate (H '= 1,2), while the evenness index classified as moderate (E = 0,5), and no species of ants dominate of this area were found (D = 0,5). © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Um dos mutualismos mais avançados entre formiga e planta é representado por mirmecófitos que abrigam colônias de algumas espécies de formigas-planta em estruturas ocas chamadas domácias. Por sua vez, os mirmecófitos beneficiam-se de proteção biótica e, às vezes, de provisão de nutrientes (mirmecotrofia). Além disso, ao longo da evolução, algumas espécies de formigas tornaram-se parasitas sociais de outras. Neste contexto geral, estudamos a relação entre suas árvores hospedeiras e Azteca andreae (Dolichoderinae), um parasita social temporário da formiga-planta Azteca ovaticeps e, como tal, obrigatoriamente associado com árvores mirmecófitas Cecropia obtusa (Urticaceae). Um primeiro experimento mostrou que os valores de δ15N das folhas jovens de Cecropia abrigando uma colônia madura de A. andreae foram muito semelhantes aos de árvores abrigando Azteca alfari ou A. ovaticeps, dois mutualistas típicos de Cecropia para os quais a mirmecotrofia é conhecida. Em um segundo experimento, ao injetar uma solução de glicina marcada com 15N em gafanhotos dados como presa para colônias de A. andreae, desencadeamos um aumento no δ15N nas folhas jovens de suas Cecropia hospedeiras. Assim, o 15N passou da presa para as árvores hospedeiras, explicando os resultados do primeiro experimento. Discutimos esses resultados à luz da noção de 'benefícios derivados'. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Nutrient provisioning of its host myrmecophytic tree by a temporary social parasite of a plant-ant: One of the most advanced ant-plant mutualisms is represented by myrmecophytes sheltering colonies of some plant-ant species in hollow structures called domatia. In turn, the myrmecophytes benefit from biotic protection and sometimes nutrient provisioning (myrmecotrophy). Furthermore, over the course of evolution, some ant species have become social parasites of others. In this general context, we studied the relationship between its host trees and Azteca andreae (Dolichoderinae), a temporary social parasite of the plant-ant Azteca ovaticeps, and, as such, obligatorily associated with myrmecophytic Cecropia obtusa trees (Urticaceae). A first experiment showed that the δ15N values of the young leaves of Cecropia sheltering a mature A. andreae colony were very similar to those for trees sheltering Azteca alfari or A. ovaticeps, two typical Cecropia mutualists for which myrmecotrophy is known. In a second experiment, by injecting a 15N-labelled glycine solution into locusts given as prey to A. andreae colonies, we triggered an increase in δ15N in the young leaves of their host Cecropia. Thus, 15N passed from the prey to the host trees, explaining the outcomes of the first experiment. We discuss these results in light of the notion of 'by-product benefits'. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

São apresentados dados sobre a fauna e distribuição biotópica de formigas (Hymenoptera, Formicidae) no bosque de teixo-buxo da Reserva Natural da Biosfera Estatal do Cáucaso. Um total de 27 espécies de formigas foram identificadas, pertencentes a 17 gêneros de 4 subfamílias (Dolichoderinae, Ponerinae, Formicinae e Myrmicinae). Os gêneros Lasius F. e Temnothorax Mayr são os mais ricos e incluem 5 espécies cada. Para o bosque de teixo-buxo, todas as espécies de formigas são apresentadas pela primeira vez. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Myrmecofauna (Hymenoptera, Formicidae) of the yew-boxwood grove (Western Caucasus, Russia): The data on the fauna and biotopic distribution of ants (Hymenoptera, Formicidae) in the yew-boxwood grove of the Caucasian State Natural Biosphere Reserve are presented. A total of 27 ant species were identified, belonging to 17 genera of 4 subfamilies (Dolichoderinae, Ponerinae, Formicinae, and Myrmicinae). The genera – Lasius F. and Temnothorax Mayr are the richest and include 5 species each. For the yew-boxwood grove, all species of ants are presented for the first time. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os dados faunísticos são apresentados para as formigas (Hymenoptera, Formicidae) coletadas em 2019-2020 no sudeste da Crimeia. No total, 28 espécies pertencentes a 16 gêneros e 4 subfamílias foram coletadas e identificadas. Catorze espécies são novos registros para a Reserva Natural de Karadag, e Lasius bicornis (Foerster, 1850) é registrada pela primeira vez para a fauna da Península da Crimeia. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Fauna and ecological features of ants (Hymenoptera, Formicidae) in the southeast of the Crimean Peninsula: The faunistic data is presented for the ants (Hymenoptera, Formicidae) sampled in 2019–2020 in the southeast of Crimea. In total, 28 species belonging to 16 genera and 4 subfamilies have been collected and identified. Fourteen species are new records for the Karadag Nature Reserve, and Lasius bicornis (Foerster, 1850) is recorded for the first time for the fauna of the Crimean Peninsula. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

As formigas são o grupo mais promissor de invertebrados terrestres, desempenhando um papel importante na fertilidade do solo ao desobstruir a superfície vegetal do solo. Este estudo focou na composição e estrutura das comunidades de formigas em duas estações de amostragem diferentes: áreas Domésticas e Selvagens. A fauna de formigas foi coletada durante um período de seis meses usando uma técnica de fixação em linha combinada com armadilhas de queda e coleta manual. Um total de 30 espécies de formigas foram coletadas, pertencentes a 15 gêneros em quatro subfamílias: Formicinae, Myrmicinae, Dolichoderinae e Dorylinae. A população máxima foi registrada na área Selvagem devido à densa vegetação florestal presente nesta estação. A espécie mais abundantemente encontrada na área Doméstica foi Lasius niger, enquanto as espécies de Formica spp. foram mais comuns na área Selvagem. Os índices de Diversidade (H) e Riqueza de Margalef foram registrados como maiores para o habitat Selvagem, enquanto a Uniformidade foi encontrada maior no Doméstico. A análise estatística mostrou que a abundância e riqueza de espécies foram altamente significativas para ambos os habitats (p < 0,001). As populações de formigas mostraram variação significativa com temperatura e umidade; por exemplo, um aumento na temperatura e baixa umidade favoreceram a abundância de formigas. Sendo o primeiro estudo deste tipo nesta região, os resultados acrescentam significativamente ao entendimento da ecologia deste terreno. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Assessing fluctuation of ant populations in a distinct ecological habitat for the purpose of tracking climate change effects: Ants are the most promising group of terrestrial invertebrates, playing an important role in soil fertility by unclearing the vegetation surface of soil. This study focused on the composition and structure of ants’ communities in two different sampling stations: Domestic and Wild areas. Ants fauna were collected over a period of six months using an inline-fixing technique combined with pitfall traps and hand sampling. A total of 30 ant species were collected, belonging to 15 genera in four subfamilies: Formicinae, Myrmicinae, Dolichoderinae, and Dorylinae. The maximum population was recorded in the Wild area due to dense forest vegetation present at this station. The most abundantly found species in the Domestic area was Lasius niger, while Formica spp. species was most common in the Wild area. Diversity (H) and Margalef Richness indices were recorded higher for the Wild habitat, while Evenness was found higher in the Domestic. Statistical analysis showed that the abundance and species Richness were highly significant for both habitats (p < 0.001). Ant populations showed significant variation with temperature and humidity; for example, an increase in temperature and low humidity favored the abundance of ants. Being the first such study in this region, the results add significantly to understanding this terrain’s ecology. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os nomes previamente descritos Ekrixanthera ehecatli Poinar, Kevan e Jackes e Ekrixanthera hispaniolae Poinar, Kevan e Jackes de âmbar mexicano e dominicano, respectivamente, foram invalidadamente publicados porque a espécie-tipo não foi designada e as ilustrações validadoras não foram identificadas como representando o espécime Holótipo ou Parátipo (ICNAFP 2018). O propósito desta nota é corrigir esses erros fornecendo a espécie-tipo para o novo gênero Ekrixanthera Poinar, Kevan e Jackes e novas legendas para as Figs. 1–11 que mostram imagens dessas duas espécies. Ekrixanthera Poinar, Kevan e Jackes, novo gênero Espécie-tipo: Ekrixanthera ehecatli Poinar, Kevan e Jackes Espécie-tipo: Ekrixanthera hispaniolae Poinar, Kevan & Jackes Fig. 1. Vista superior da flor estaminada do holótipo de Ekrixanthera hispaniolae sp. nov. em âmbar dominicano. Número de acesso # Sd-9-95A. Barra de escala = 1,0mm. [Cor online.] Fig. 2. Detalhe da parte inferior da flor estaminada do holótipo de Ekrixanthera hispaniolae sp. nov. em âmbar dominicano. Número de acesso # Sd-9-95A. Barra de escala = 0,4mm. [Cor online.] Fig. 3. Detalhe do centro da flor estaminada do holótipo de Ekrixanthera hispaniolae sp. nov. em âmbar dominicano mostrando pistilódio piloso. Número de acesso # Sd-9-95A. Barra de escala = 0,3mm. [Cor online.] Fig. 4. Vista superior da segunda flor estaminada do parátipo A de Ekrixanthera hispaniolae sp. nov. em âmbar dominicano. Antena de formiga (subfamília Dolichoderinae) está preservada com a flor (parte inferior da imagem). Número de acesso # Sd-9-95B. Barra de escala = 0,6mm. [Cor online.] Fig. 5. Fruto em desenvolvimento do parátipo B de Ekrixanthera hispaniolae sp. nov. em âmbar dominicano. Número de acesso # Sd-9-95B. Barra de escala = 1,9mm. [Cor online.] Fig. 6. Estípula do parátipo C de Ekrixanthera hispaniolae sp. nov. em âmbar dominicano. Notar dano (seta), provavelmente de lagarta alimentando-se preservada no mesmo pedaço de âmbar (Fig. 12). Número de acesso # Sd-9-95B. Barra de escala = 1,3mm. [Cor online.] Fig. 7. Superfície superior da folha do parátipo D de Ekrixanthera hispaniolae sp. nov. em âmbar dominicano mostrando possíveis cistólitos (seta). Número de acesso # Sd-9-95B. Barra de escala = 62 lm. Fig. 8. Vista lateral de duas flores estaminadas (parátipo E à esquerda e parátipo F à direita) de Ekrixanthera hispaniolae sp. nov. em âmbar dominicano. Número de acesso # Sd-9-95C. Setas indicam pedicelos curtos. Barra de escala = 1,0 mm. [Cor online.] Fig. 9. Vista superior da flor estaminada do holótipo de Ekrixanthera ehecatli sp. nov. em âmbar mexicano. O pistilódio está reduzido a poucos pelos. Número de acesso # Sd-9-96. Barra de escala = 0,8mm. [Cor online.]. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Correction to: Fossil species in boehmerieae (urticaceae) in dominican and mexican amber: A new genus (ekrixanthera) and two new species with anemophilous pollination by explosive pollen release, and possible lepidopteran herbivory (Botany, 94(8): 599–606 (2016) 10:1139/cjb-2016-0006): The previously described names Ekrixanthera ehecatli Poinar, Kevan and Jackes and Ekrixanthera hispaniolae Poinar, Kevan and Jackes from Mexican and Dominican amber, respectively, were invalidly published because the type species was not designated and the validating illustrations were not identified as representing the Holotype or Paratype specimen (ICNAFP 2018). The purpose of this note is to correct these errors by providing the type species for the new genus Ekrixanthera Poinar, Kevan and Jackes and new figure captions for Figs. 1–11 that show images of these two species. Ekrixanthera Poinar, Kevan and Jackes, new genus Type species: Ekrixanthera ehecatli Poinar, Kevan and Jackes Type species: Ekrixanthera hispaniolae Poinar, Kevan & Jackes Fig. 1. Top view of staminate flower of holotype of Ekrixanthera hispaniolae sp. nov. in Dominican amber. Accession # Sd-9-95A. Scale bar = 1.0mm. [Colour online.] Fig. 2. Detail of underside of staminate flower of holotype of Ekrixanthera hispaniolae sp. nov. in Dominican amber. Accession # Sd-9-95A. Scale bar = 0.4mm. [Colour online.] Fig. 3. Detail of center of staminate flower of holotype of Ekrixanthera hispaniolae sp. nov. in Dominican amber showing pilose pistillode. Accession # Sd-9-95A. Scale bar = 0.3mm. [Colour online.] Fig. 4. Top view of second staminate flower of paratype A of Ekrixanthera hispaniolae sp. nov. in Dominican amber. Ant’s (subfamily Dolichoderinae) antenna is preserved with the flower (bottomof picture). Accession # Sd-9-95B. Scale bar = 0.6mm. [Colour online.] Fig. 5. Developing fruit of paratype B of Ekrixanthera hispaniolae sp. nov. in Dominican amber. Accession # Sd-9-95B. Scale bar = 1.9mm. [Colour online.] Fig. 6. Stipule of paratype C of Ekrixanthera hispaniolae sp. nov. in Dominican amber. Note damage (arrow), probably from feeding caterpillar preserved in the same piece of amber (Fig. 12). Accession # Sd-9-95B. Scale bar = 1.3mm. [Colour online.] Fig. 7. Leaf upper surface of paratype D of Ekrixanthera hispaniolae sp. nov. in Dominican amber showing putative cystoliths (arrow). Accession # Sd-9-95B. Scale bar = 62 lm. Fig. 8. Lateral view of two staminate flowers (paratype E on left and paratype F on right) of Ekrixanthera hispaniolae sp. nov. in Dominican amber. Accession # Sd-9-95C. Arrows indicate short pedicels. Scale bar = 1.0 mm. [Colour online.] Fig. 9. Top view of staminate flower of holotype of Ekrixanthera ehecatli sp. nov. in Mexican amber. The pistillode is reduced to a few hairs. Accession # Sd-9-96. Scale bar = 0.8mm. [Colour online.]. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Dorymyrmex Mayr 1866, as 'formigas-pirâmide' ou 'formigas-cone', são habitantes conspicuos de paisagens áridas nas Américas. Distribuindo-se das Grandes Planícies à Patagônia, elas estão concentradas ao norte e ao sul dos trópicos em contraste com o gradiente latitudinal de diversidade canônico. Apesar de serem frequentemente coletadas e ecologicamente importantes, as formigas Dorymyrmex exemplificam a negligência taxonômica típica da subfamília Dolichoderinae. O gênero nunca teve o benefício de uma revisão global, e mesmo as principais linhagens ainda são incertas. Este trabalho caracteriza as questões em mãos e introduz 22 espécies de Dorymyrmex no mundo da filogenômica moderna: Ao direcionar elementos ultraconservados (UCEs) através do genoma, construo um alinhamento de 1.891 loci, infiro filogenias sob abordagens de máxima verossimilhança e bayesiana, e estimo datas de divergência. Três clados principais de Dorymyrmex emergem com suporte máximo, correspondendo a gêneros anteriores: Dorymyrmex sensu stricto, Araucomyrmex Gallardo 1919, e Conomyrma Forel 1913. O grupo pyramicus ('Conomyrma') mostra uma radiação recente e rápida com diferenciação morfológica mínima, reafirmando a dificuldade de delimitação de espécies neste clado amplamente distribuído. Finalmente, observo um padrão geral de dispersão de sul para norte, provavelmente por meio de 'pontes' de savana através dos trópicos durante períodos mais frios e secos. A dispersão intercontinental ocorreu após o hipotético landspan caribenho no Mioceno, mas antes do Pleistoceno ou da conclusão do istmo panamenho, sugerindo dispersão por voo. Isto corrobora padrões observados em outros táxons anfítropicais do Novo Mundo adaptados à aridez. Caracterizar os principais grupos de espécies de Dorymyrmex é um primeiro passo importante em direção a definições taxonômicas estáveis - que fundamentam estudos ativos em comportamento, ecologia química e fisiologia. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

First Phylogenomic Assessment of the Amphitropical New World Ant Genus Dorymyrmex (Hymenoptera: Formicidae), a Longstanding Taxonomic Puzzle: Dorymyrmex Mayr 1866, the ‘pyramid ants’ or ‘cone ants’, are conspicuous inhabitants of arid landscapes across the Americas. Ranging from the Great Plains to Patagonia, they are concentrated north and south of the tropics in contrast to the latitudinal diversity gradient canon. Despite being frequently collected and ecologically important, Dorymyrmex ants exemplify the taxonomic neglect typical in the subfamily Dolichoderinae.The genus has never had the benefit of a global revision, and even the major lineages are still uncertain. This work characterizes the issues at hand and ushers 22 Dorymyrmex species into the world of modern-day phylogenomics: By targeting ultraconserved elements (UCEs) across the genome, I construct an alignment of 1,891 loci, infer phylogenies under maximum likelihood and Bayesian approaches, and estimate divergence dates. Three major clades of Dorymyrmex emerge with maximal support, corresponding to former genera: Dorymyrmex sensu stricto, Araucomyrmex Gallardo 1919, and Conomyrma Forel 1913.The pyramicus group (‘Conomyrma’) shows a recent, rapid radiation with minimal morphological differentiation, reaffirming the difficulty of species delimitation in this widespread clade. Finally, I observe a general south-to-north pattern of dispersal, likely by way of savanna ‘stepping stones’ across the tropics during cooler, drier periods. Intercontinental dispersal occurred after the hypothetical Caribbean landspan in the Miocene, but before the Pleistocene or the completion of the Panamanian isthmus, suggesting dispersal by flight.This corroborates patterns observed in other arid-adapted amphitropical New World taxa. Characterizing the major Dorymyrmex species groups is an important first step towards stable taxonomic definitions—which underpin active studies in behavior, chemical ecology, and physiology. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Dolichoderus Lund, 1831 é um dos grandes gêneros de formigas do mundo e pertence à subfamília Dolichoderinae. Atualmente, são conhecidas 130 espécies e 19 subespécies neste gênero. Uma nova espécie do grupo de espécies Dolichoderus thoracicus, Dolichoderus bakhtiari sp. nov., é aqui descrita com base na casta operária. A série tipo da nova espécie foi coletada de arbustos em uma floresta primária perene de terras altas (ca. 800 m acima do nível do mar). Uma chave de identificação para o grupo de espécies tailandês D. thoracicus é fornecida. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

a New Species of the ant Genus Dolichoderus Lund, 1831 (Hymenoptera: Formicidae) from Thailand: Dolichoderus Lund, 1831 is one of the large ant genera in the world and belongs to the subfamily Dolichoderinae. Currently, 130 species and 19 subspecies are known in this genus. A new species of the Dolichoderus thoracicus species group, Dolichoderus bakhtiari sp. nov. is here described based on the worker caste. The type series of the new species was collected from shrub trees in a primary upland evergreen forest (ca. 800 m a.s.l.). A key to the Thai D. thoracicus species group is provided. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A formiga-preta-do-cacau, Dolichoderus thoracicus (Smith), está amplamente distribuída pela região indomalaia, incluindo Taiwan. Até os recentes surtos localizados no centro de Taiwan, esta formiga nunca havia sido considerada uma praga. O presente estudo testou se a introdução de linhagem(s) não nativa(s) potencialmente contribui para os súbitos surtos da formiga em Taiwan, analisando relações filogenéticas de D. thoracicus em Taiwan e no Sudeste Asiático. Nossos resultados mostraram que todas as formigas foram agrupadas em dois clados mitocondriais principais (Clado I e II) separados por uma distância-p de 0,0414. O Clado I está amplamente distribuído em Taiwan e é representado por seis haplótipos geneticamente similares aos haplótipos das Filipinas, indicando que estas formigas são provavelmente resultado da expansão de distribuição da(s) linhagem(ns) filipina(s). Em contraste, as formigas do centro de Taiwan abrigam um único haplótipo do Clado II que é predominantemente encontrado nas amostras coletadas da região indochinesa. Associada à baixa diversidade genética, a D. thoracicus do Clado II em Taiwan foi muito provavelmente introduzida da região indochinesa. A possibilidade é ainda apoiada pelo fato de que a maioria das D. thoracicus interceptadas nas fronteiras taiwanesas tinha origem indochinesa. No geral, este estudo sugere que uma linhagem não nativa é responsável pelos recentes surtos desta formiga em Taiwan, destacando uma potencial linha de pesquisa futura sobre a associação entre a característica de "praga" e a variante genética não nativa em área invadida. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Introduction of a non-native lineage is linked to the recent black cocoa ant, Dolichoderus thoracicus (Smith, 1860), outbreaks in Taiwan: The black cocoa ant, Dolichoderus thoracicus (Smith), is widely distributed across the Indomalayan region including Taiwan. Until the recent localized outbreaks in central Taiwan, this ant has never been considered as a pest. The current study tested if an introduction of non-native lineage(s) potentially contributes to the ant’s sudden outbreaks in Taiwan by analyzing phylogenetic relationships of D. thoracicus in Taiwan and Southeast Asia. Our results showed that all ants were grouped into two major mitochondrial clades (Clade I and II) separated by a p-distance of 0.0414. Clade I is widespread in Taiwan and represented by six haplotypes that are genetically similar to the haplotypes from the Philippines, indicating that these ants are likely a result of range expansion of the Philippine lineage(s). In contrast, ants from central Taiwan harbor a single Clade II haplotype that is predominantly found in the samples collected from the Indochina region. Coupled with the low genetic diversity, Clade II D. thoracicus in Taiwan was most likely introduced from the Indochina region. The possibility is further supported by the fact that most D. thoracicus intercepted at the Taiwanese borders had an Indochina origin. Overall, this study suggests that a non-native lineage is responsible for the recent outbreaks of this ant in Taiwan, highlighting a potential research avenue for future research on the association between the “pest” trait and non-native genetic variant in invaded area. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Formigas invasoras são geralmente táxons prejudiciais e considerados um problema potencial para a biodiversidade devido aos seus impactos ecológicos negativos, pois podem excluir espécies de formigas nativas. Dez dessas espécies são relatadas para o Brasil. Neste estudo, relatamos pela primeira vez a formiga tramp asiática Technomyrmex vitiensis Mann, 1921 no município de Oiapoque, na Amazônia brasileira. A colônia estudada continha operárias, intercestos, machos e larvas e forneceu dados de estrutura espermática e citogenéticos. Considerando o relato inédito do gênero Technomyrmex, bem como a recente descoberta do gênero primariamente australiano Leptomyrmex no Brasil, apresentamos uma chave revisada para as operárias dos gêneros de Dolichoderinae brasileiros. Technomyrmex vitiensis apresentou 2n = 16 cromossomos, todos metacêntricos, e é fornecida citogenética comparativa no gênero. Um único sítio de rDNA 18S localizado em região intracromossômica foi observado nesta espécie, o que é uma característica comum em formigas. Os espermatozoides de T. vitiensis apresentaram forma filiforme, com 78,13 (± 1,96) µm de comprimento total e 11,43 (± 0,51) µm de comprimento do núcleo. O comprimento total e do núcleo do espermatozoide se encaixa na variação conhecida observada em outras espécies de formigas. A ocorrência de T. vitiensis no Brasil é provavelmente resultado do tráfego entre a Guiana Francesa e o estado do Amapá. A citogenética e a estrutura espermática de T. vitiensis aumentam o conhecimento biológico desta espécie tramp. Destacamos o escasso conhecimento da diversidade de formigas no estado do Amapá e as potenciais consequências da presença da espécie na região. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

First Report of the Tramp ant Technomyrmex vitiensis Mann, 1921 (Formicidae: Dolichoderinae) in Brazil with Cytogenetic and Sperm Structure Data and an Updated Key to Brazilian Dolichoderinae Genera: Invasive ants are usually harmful taxa and considered a potential problem to biodiversity due to their negative ecological impacts, as they can exclude native ant species. Ten such species are reported for Brazil. In this study, we report for the first time the Asian tramp ant Technomyrmex vitiensis Mann, 1921 at the municipality of Oiapoque, in the Brazilian Amazon. The studied colony contained workers, intercastes, males and larvae and provided sperm structure and cytogenetic data. Considering the unprecedented report of the genus Technomyrmex as well as the recent finding of the primarily Australian genus Leptomyrmex in Brazil, we present a revised key for the workers of Brazilian Dolichoderinae genera. Technomyrmex vitiensis presented 2n = 16 chromosomes, all metacentrics and comparative cytogenetics in the genus is provided. A single rDNA 18S site located in intrachromosomal region was observed in this species, which is a common trait in ants. The spermatozoa of T. vitiensis showed filiform shape, with 78.13 (± 1.96) µm of total length and 11.43(± 0.51) µm of nucleus length. Total and nucleus sperm size length fit with the known variation observed in other ant species. The occurrence of T. vitiensis in Brazil is probably a result of traffic between French Guiana and the Amapá state. Cytogenetic and sperm structure of T. vitiensis enhance the biological knowledge of this tramp species. We highlight the scarce knowledge of ant diversity in the state of Amapá and the potential consequences of the presence of the species in the region. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Especialistas tróficos frequentemente seguem trajetórias evolutivas únicas, demonstram aplicações potenciais no controle biológico e sofrem com maior vulnerabilidade ecológica. O gênero de aranhas mirmecófagas Zodarion, altamente diversificado em toda a região do Mediterrâneo, está entre os poucos grupos predadores que apresentam estenofagia estrita. A maioria das espécies de Zodarion apresenta distribuições restritas, mas algumas delas ocorrem em centenas a milhares de quilômetros, levantando questões sobre as causas de seu sucesso distribucional comparativamente maior. Neste estudo, por meio de amostragem geográfica extensa e metabarcoding do conteúdo estomacal, exploramos as dietas das três espécies de Zodarion mais amplamente distribuídas na Península Ibérica: Zodarion alacre e as duas linhagens de Zodarion styliferum. Nossos dados confirmam as três espécies como estritamente mirmecófagas, mostrando dietas amplamente baseadas nas formigas granívoras Messor. Presas auxiliares incluem outras formigas das subfamílias Myrmicinae, Formicinae e Dolichoderinae. A amplitude da dieta de ambas as linhagens de Z. styliferum foi ligeiramente mais estreita que a de Z. alacre, coincidindo com sua maior eficiência fisiológica e comportamental para predar Messor. Descartamos que a distribuição relativamente ampla de nossas três espécies focais de Zodarion esteja relacionada à quebra dos limites da mirmecofagia, e em vez disso argumentamos que tal sucesso poderia ser favorecido por sua especialização em formigas Messor, que também são abundantes e amplamente distribuídas pela Península Ibérica. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Gut content metabarcoding of three widespread Iberian ant-eating spiders reveals specialisation on the same abundant harvester ants: Trophic specialists often follow unique evolutionary pathways, show potential applications in biological control, and suffer from increased ecological vulnerability. The myrmecophagous spider genus Zodarion, highly diversified across the Mediterranean, is among the few predatory groups showing strict stenophagy. Most Zodarion species display narrow distributions, but a few of them occur across hundreds to thousands of kilometres, raising questions on the causes of their comparatively higher distributional success. In this study, through extensive geographic sampling and the metabarcoding of gut contents, we explored the diets of the three most widely distributed Iberian species of Zodarion: Zodarion alacre and the two lineages of Zodarion styliferum. Our data support the three species as strictly myrmecophagous, showing diets largely based on the granivorous Messor ants. Auxiliary prey includes other ants of the subfamilies Myrmicinae, Formicinae, and Dolichoderinae. The diet breadth of both Z. styliferum lineages was slightly narrower than that of Z. alacre, coinciding with their higher physiological and behavioural efficiency for predating on Messor. We discard that the relatively large distribution range of our three focal Zodarion species is related to breaking the boundaries of myrmecophagy, and instead argue that such success could be favoured by their specialisation on Messor ants, which are also abundant and widespread across the Iberian Peninsula. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

As formigas são um dos grupos de insetos mais bem-sucedidos e abundantes, que devido à sua alta reprodução e ampla distribuição, possuem uma população muito grande em diferentes partes do mundo. Para estudar esses insetos e os ácaros mesostigmata associados em algumas partes das Províncias de Khuzestan e Chaharmahal e Bakhtiari, amostras foram coletadas de diferentes habitats durante 2019-2020. No total, foram coletadas 21 espécies pertencentes a 3 subfamílias, Dolichoderinae (1 gênero e 2 espécies), Formicinae (6 gêneros e 12 espécies), Myrmicinae (5 gêneros e 7 espécies), e 59 espécies pertencentes a 12 famílias de Mesostigmata. Entre eles, Gamasellodes minor Athias, 1961 e Gaeolaelaps neoaculeifer (Hirschman, 1966) são relatados pela primeira vez no Irã, e duas famílias e 15 espécies são novos registros para a Província de Chaharmahal e Bakhtiari, que estão marcados com dois e um asterisco(s) na Tabela 2, respectivamente. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Introduction to some ant’s fauna (Hymenoptera: Formicidae) and associated mesostigmatic mites (Acari: Mesostigmata) in Khuzestan and Chaharmahal and Bakhtiari Provinces: Ants are one of the most successful and abundant groups of insects, which due to their high reproductive and wide distribution, have a very large population in different parts of the world. In order to study these insects and associated mesostigmatic mites in some parts of Khuzestan and Chaharmahal and Bakhtiari Provinces, samples were collected from different habitats during 2019–2020. Totally, 21 species belonging to 3 subfamilies, Dolichoderinae (1 genus and 2 species), Formicinae (6 genus and 12 species), Myrmicinae (5 genus and 7 species), and 59 species belonging to 12 families of Mesostigmata were collected. Among them, Gamasellodes minor Athias, 1961 and Gaeolaelaps neoaculeifer (Hirschman, 1966) are reported for the first time from Iran, and two families and 15 species are new records for the Chaharmahal and Bakhtiari Province, which are marked with two and one asterisk (s) in Table 2, respectively. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

O levantamento realizado sobre a diversidade de formigas no Campus da Universidade de Kerala revelou um total de 64 espécies distribuídas em seis subfamílias. As espécies pertencentes à Myrmicinae foram dominantes (51,5%), seguidas por Formicinae (20,6%), Ponerinae (13,2%), Dolichoderinae (4,4%), Pseudomyrmicinae (4,4%) e Dorylinae (1,5%). Foram registradas no campus as espécies endêmicas Camponotus invidus Forel, 1892, Cardiocondyla parvinoda Forel, 1902, Carebara spinata Bharti & Kumar, 2013 e Tetramorium rossi (Bolton, 1976). Anoplolepis gracilipes (Smith, 1857), Paratrechina longicornis (Latreille, 1802), Monomorium carbonarium Smith 1858, Solenopsis geminata (Fabricius, 1804), Strumigenys membranifera Emery, 1869, Tetramorium bicarinatum (Nylander, 1846) e Hypoponera ragusai (Emery, 1894) (espécies introduzidas) foram encontradas no campus. Os resultados mostraram que o campus é rico em diversidade de formigas. Os locais com interferência humana apresentaram menor diversidade. Foi registrada uma potencial nova espécie do gênero Lepisiota. Trichomyrmex abberans, Carebara spinata, Crematogaster anthracina, Crematogaster biroi e Nylanderia indica são novos registros. © 2021 Association for Advancement of Entomology. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Diversity of ants (Hymenoptera: Formicidae) in the University of Kerala Campus, Thiruvananthapuram, India: Survey conducted on the ant diversity in the Kerala University Campus revealed a total 64 species under six subfamilies. Species belonging to the Myrmicinae dominated (51.5%) followed by Formicinae (20.6%), Ponerinae (13.2%), Dolichoderinae (4.4%), Pseudomyrmicinae (4.4%) and Dorylinae (1.5%). Endemic species Camponotus invidus Forel, 1892, Cardiocondyla parvinoda Forel, 1902, Carebara spinata Bharti & Kumar, 2013 and Tetramorium rossi (Bolton, 1976) were recorded in the campus. Anoplolepis gracilipes (Smith, 1857), Paratrechina longicornis (Latreille, 1802), Monomorium carbonarium Smith 1858, Solenopsis geminate (Fabricius, 1804), Strumigenys membranifera Emery, 1869, Tetramorium bicarinatum (Nylander, 1846) and Hypoponera ragusai (Emery, 1894) (introduced species) were found in the campus. The results showed that the campus is rich in ant diversity. The sites with human interference showed less diversity. A potential new species in the genus Lepisiota was recorded. Trichomyrmex abberans, Carebara spinata, Crematogaster anthracina, Crematogaster biroi and Nylanderia indica are new records. © 2021 Association for Advancement of Entomology. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O presente estudo teve como objetivo comparar a diversidade de espécies e a abundância de formigas subterrâneas em três habitats: mata arbustiva, plantações florestais e clareiras no Pântano de Rangsit, Distrito de Khlong Luang, Província de Pathum Thani, Tailândia. As amostras de formigas foram coletadas duas vezes por mês durante a estação chuvosa (junho-agosto de 2019) e estação seca (setembro-novembro de 2019) usando armadilhas de queda no solo. Um total de 6.305 indivíduos pertencentes a 4 subfamílias, 16 gêneros e 16 espécies de formigas foram registrados. As subfamílias Myrmicinae, compreendendo 6 espécies, foram as mais prevalentes, seguidas por 4 espécies de Formicinae, 3 espécies de Dolichoderinae e 3 espécies de Ponerinae. O índice de diversidade de espécies de Shannon-Wiener indicou que a diversidade foi maior na clareira (1,951), seguida pela plantação florestal (1,635) e finalmente pela mata arbustiva (0,419). O coeficiente de similaridade de Sorensen para determinar a similaridade na composição da comunidade foi maior entre a plantação florestal e a clareira em 63,40%, depois entre a mata arbustiva e a plantação florestal em 44,30%, e entre a mata arbustiva e a clareira em 39,60%. Isso indicou que tanto a diversidade de espécies de formigas quanto a composição da comunidade foram distintamente variadas nesses três locais. A estação chuvosa revelou maior riqueza de espécies do que a estação seca. A maior ocorrência de espécies de formigas foi de Iridomyrmex anceps (Roger, 1863), que foi registrada como incomum e foi a espécie mais abundante na clareira, enquanto Anoplolepis gracilipes (Smith, 1857) e Carebara diversa (Jerdon, 1851) foram as espécies mais abundantes na mata arbustiva e na plantação florestal, respectivamente. Portanto, este estudo revelou que diferentes tipos de habitat e estações resultaram em diferenças na diversidade de espécies de formigas subterrâneas. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Species diversity of subterranean ants in Rangsit Marsh, Khlong Luang District, Pathum Thani Province, Thailand: The present study aimed to compare species diversity and abundance of subterranean ants in three habitats: scrub forest, forest plantations, and glades at Rangsit Marsh, Khong Luang District, Pathum Thani Province, Thailand. The ant samples were collected twice a month during the rainy season (June-August 2019) and dry season (September-November 2019) using a pitfall trap in the soil. A total number of 6,305 individuals belonging to 4 subfamilies, 16 genera, and 16 species of ants were recorded. The subfamilies Myrmicinae comprising 6 species were the most prevalent, followed by 4 species of Formicinae, 3 species of Dolichoderinae, and 3 species of Ponerinae. The Shannon-Wiener species diversity index indicated the diversity was the highest in the glade (1.951), followed by the forest plantation (1.635), and lastly the scrub forest (0.419). Sorensen’s similarity coefficient to determine the similarity in community composition was highest between the forest plantation and the glade at 63.40%, and then between the scrub forest and the forest plantation at 44.30%, and between the scrub forest and the glade at 39.60%. This indicated that both ant species diversity and community composition were distinctly varied in these three sites. The rainy season revealed higher species richness than the dry season. The highest occurrence of ant species was for Iridomyrmex anceps (Roger, 1863), which was recorded as uncommon and was the most abundant species in the glade, while Anoplolepis gracilipes (Smith, 1857) and Carebara diversa (Jerdon, 1851) were the most abundant species in the scrub forest and forest plantation, respectively. Therefore, this study revealed that different habitat types and seasons resulted in differences in subterranean ant species diversity. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A pesquisa sobre diversidade de formigas em plantação de tabaco na Reserva Natural Sago Malintang, Sumatra Ocidental, foi conduzida em setembro de 2019. Este estudo teve como objetivo determinar a diversidade de formigas no local de estudo. Espécimes de formigas foram coletados usando o Protocolo Quadra aplicado em dois transectos dispostos no meio da plantação e em sua borda. Como resultado, 23 espécies pertencentes a 17 gêneros, oito tribos e cinco subfamílias foram identificadas a partir de 592 espécimes coletados. Ambas as partes da plantação apresentaram diversidade moderada de formigas (H'=2,25). Myrmicinae foi a subfamília com maior número de espécies registradas (10 espécies), seguida por Formicinae (cinco espécies), Ponerinae (quatro espécies) e Dolichoderinae (três espécies), enquanto Pseudomyrmecinae apresentou apenas uma espécie. Carebara cf. affinis foi reconhecida como espécie comum em ambos os transectos. Coleta manual e amostras de solo, duas técnicas usadas no Protocolo Quadra, apresentaram desempenho destacado na coleta de espécimes neste estudo. Em detalhes adicionais sobre os resultados da pesquisa, o transecto na borda da plantação de tabaco rendeu 460 indivíduos identificados em 21 espécies, 16 gêneros, oito tribos e cinco subfamílias, enquanto o transecto dentro da plantação registrou 132 indivíduos determinados como pertencentes a 10 espécies, nove gêneros, cinco tribos e quatro subfamílias. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Diversity of Ants (Hymenoptera: Formicidae) at Tobacco Plantation in Sago Malintang Natural Reserve, West Sumatra: The research on ant diversity at tobacco plantation in Sago Malintang Natural Reserve, West Sumatra, had been conducted on September 2019. This study aimed to determine the diversity of ants at the study site. Ant specimens were collected by using Quadra Protocol applied within two transects that arranged in the middle of plantation and at its edge. As result, 23 species belonged to 17 genera, eight tribes and five subfamilies were identified from 592 specimen collected. Both parts of plantation had moderate ant diversity (H'=2.25). Myrmicinae was subfamily with highest species number recorded (10 species), followed by Formicinae (five species), Ponerinae (four species), and Dolichoderinae (three species), while Pseudomyrmecinae only with one species. Carebara cf. affinis was recognized as common species on both transects. Hand collecting and soil core, two techniques used in Quadra Protocol, performed prominently in collecting specimen in this study. Further detail on research result, transect at the edge of tobacco plantation yielded 460 individuals identified into 21 species, 16 genera, eight tribes and five subfamilies while the transect inside plantation recorded 132 individuals that determined to be from 10 species, nine genera, five tribes and four subfamilies. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O presente trabalho estudou a diversidade de Formicidae em dois agrossistemas de Bejaia, um pomar de limão localizado no INRAA e um pomar de laranja localizado em Amizour. Utilizamos o método de transecto combinando três (3) métodos de amostragem: Armadilhas de Barber ou Pitfall, Iscas e captura manual. Identificamos 18 espécies de formigas representando 11 gêneros e três subfamílias: Dolichoderinae (Tapinoma magnum), Formicinae (Cataglyphis, Camponotus, Lasius e Plagiolepis) e Myrmicinae (Messor, Aphaenogaster, Crematogaster, Pheidole, Tetramorium e Temnothorax). A riqueza de espécies foi de 13 espécies no local de Oued Ghir e 12 espécies no local de Amizour. No INRAA, Dolichoderinae e Myrmicinae apresentaram as mesmas proporções (43,95 e 43,17%, respectivamente) seguidos por Formicinae (12,88%). Em Amizour, Formicinae apresentou a maior frequência (40,28%), seguido por Dolichoderinae e Myrmicinae (30,47 e 29,25%, respectivamente). No pomar de limão do INRAA, Tapinoma magnum foi a espécie dominante com abundância relativa de 43,95%, enquanto em Amizour a predominância foi atribuída a Cataglyphis viatica com abundância relativa de 39,05%. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Ant community diversity in two agrosystems in Bejaia wilaya (Northern Algeria): The present work studied the diversity of Formicidae in two agrosystems of Bejaia, a lemon orchard located at INRAA and an orange orchard located at Amizour. We used the transect method by combining three (3) sampling methods: Barber Pots or Pitfall, Bait, and manual capture. We identified 18 ant species representing 11 genera and three subfamilies: Dolichoderinae (Tapinoma magnum), Formicinae (Cataglyphis, Camponotus, Lasius, and Plagiolepis), and Myrmicinae (Messor, Aphaenogaster, Crematogaster, Pheidole, Tetramorium, and Temnothorax). The species richness was 13 species in the Oued Ghir's site and 12 species in Amizour's site. At INRAA, Dolichoderinae and Myrmicinae have the same proportions (43.95 and 43.17%, respectively) followed by Formicinae (12.88%). In Amizour, Formicinae showed the higher frequency (40.28%), followed by Dolichoderinae and Myrmicinae (30.47 and 29.25%, respectively). In the INRAA lemon orchard Tapinoma magnum was the dominant species with a relative abundance of 43.95%, whereas in Amizour the predominance is attributed to the Cataglyphis viatica with a relative abundance of 39.05%. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Foi feita uma tentativa de estudar a diversidade de espécies e a composição de grupos funcionais de formigas encontradas na floresta de Joypur, no Distrito de Bankura, Bengala Ocidental, Índia. Durante o estudo, foram registradas 20 espécies de formigas pertencentes a 17 gêneros e 5 subfamílias. A subfamília de formigas mais rica em espécies foi a Myrmicinae (8 espécies), seguida por Formicinae (6 espécies), Ponerinae (4 espécies), Pseudoponerinae (1 espécie) e Dolichoderinae (1 espécie). Camponotus foi registrado como o gênero mais rico em espécies, representado por 3 espécies, seguido por Monomorium (2 espécies), enquanto os demais 15 gêneros foram representados por apenas uma espécie cada. Camponotus compressus foi a espécie de formiga mais abundante, seguida por Oecophylla smaragdina e Solenopsis geminata. O grupo funcional mais dominante foi Myrmicinae generalizada, seguido por Camponotini subordinada, especialistas em clima tropical, predadores especialistas, oportunistas, espécies crípticas e especialistas em clima quente. Não foram coletadas espécies de formigas da Dolichoderinae dominante ou de especialistas em clima frio. Três espécies de formigas invasoras foram registradas: Paratrechina longicornis, Monomorium pharaonis e S. geminata. A área de estudo possui um bom número de diversidade de espécies de formigas (índice de Shannon = 2,81) e elas estão distribuídas de forma bastante uniforme. Os resultados deste estudo fornecem uma base para pesquisas futuras sobre a diversidade de formigas na floresta de Joypur, Bankura (W.B.). © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Study of Species and Functional Group Composition of Ants in Joypur forest, Bankura, West Bengal, India: An attempt has been made to study the species diversity and functional group composition of ants found in the Joypur forest of Bankura District, West Bengal, India. During the study, 20 ant species belonging to 17 genera and 5 subfamilies were recorded. The most species-rich ant subfamily was the Myrmicinae (8 species), followed by Formicinae (6 species), Ponerinae (4 species), Pseudoponerinae (1 species), and Dolichoderinae (1 species). Camponotus was recorded as the most species-rich genus, represented by 3 species, followed by Monomorium (2 species), while the rest of the 15 genera were represented by only one species each. Camponotus compressus was the most abundant ant species, followed by Oecophylla smaragdina and Solenopsis geminata. The most dominant functional group was generalized Myrmicinae, followed by subordinate Camponotini, tropical climate specialists, specialist predators, opportunists, cryptic species, and hot climate specialists. There were no ant species collected from the dominant Dolichoderinae or cold climate specialists. Three invasive ant species were recorded: Paratrechina longicornis, Monomorium pharaonis, and S. geminata. The study area holds a good number of ant species diversity (Shannon index = 2.81) and they are most evenly distributed. The findings of this study provide a foundation for future research on ant diversity in the Joypur forest, Bankura (W.B.). © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O gênero Linepithema foi estabelecido por Mayr (1866) para sua espécie baseada em machos L. fuscum. Neste estudo, uma nova espécie é descrita também baseada na morfologia masculina, L. paulistana sp. nov., coletada na cidade de São Paulo, Brasil, que é atribuída ao grupo fuscum (Formicidae: Dolichoderinae). Linepithema paulistana sp. nov. é a única espécie do grupo fuscum presente na parte oriental da América do Sul. É facilmente distinguível das outras espécies do grupo devido à presença de um dente volsellar triangular, que está situado distalmente entre o digitus e o processo basivolselar. Utilizando MEV e microscopia óptica, a genitália externa de L. paulistana sp. nov. foi analisada e ilustrada, e alguns caracteres e interpretações anteriores foram reavaliados no grupo Linepithema fuscum. A genitália externa masculina também é analisada comparativamente em três espécies representativas dos três grupos de espécies de Linepithema: fuscum, humile e neotropicum. O presente trabalho confirma que os caracteres morfológicos de formigas machos, especialmente os da genitália externa masculina, são eficazes para a identificação de gêneros ou espécies. Dadas as diferenças morfológicas discretas entre a genitália externa do grupo fuscum e as outras espécies deste gênero, sugere-se uma reavaliação do status genérico de Linepithema. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

A new Neotropical ant species of genus Linepithema Mayr (Hymenoptera, Formicidae, Dolichoderinae) with partial revision of the L. fuscum group based on males: The genus Linepithema was erected by Mayr (1866) for his male-based species L. fuscum. In this study a new species is described also based on male morphology, L. paulistana sp. nov., collected in the city of São Paulo, Brazil, which is attributed to the fuscum group (Formicidae: Dolichoderinae). Linepithema paulistana sp. nov. is the only species of fuscum group present in the eastern part of South America. It is easily distinguishable from the other species of the group because of the presence of a triangular volsellar tooth, which is distally situated between the digitus and the basivolsellar process. By using SEM and optical microscopy, the external genitalia of L. paulistana sp. nov. were analyzed and illustrated and some characters and previous interpretations have been re-evaluated in the Linepithema fuscum group. The male external genitalia are also comparatively analyzed in three species representative of the three Linepithema species groups, those of fuscum, humile, and neotropicum. The present work confirms that the morphological characters of male ants, especially those of male external genitalia, are effective for the identification of genera or species. Given the discrete morphological differences between the external genitalia of the fuscum group and the other species of this genus, a re-evaluation of the generic status of Linepithema is suggested. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A formiga Tapinoma ibericum Santschi, 1925 é nativa da Península Ibérica. Esta espécie, assim como outras espécies do complexo Tapinoma nigerrimum, pode formar supercolônias que tornam estas espécies potencialmente invasoras e podem dar origem a pragas. Recentemente, uma colônia madura desta espécie foi encontrada na Ilha de Wight (Reino Unido). Mitogenomas têm sido utilizados para estudar a taxonomia, biogeografia e genética de espécies, melhorando o desenvolvimento de estratégias contra invasão de pragas. No entanto, o número de mitogenomas disponíveis da subfamília Dolichoderinae ainda é escasso e apenas dois destes mitogenomas pertencem a espécies de Tapinoma. Aqui, o mitogenoma completo de T. ibericum é apresentado para aumentar a informação molecular do gênero. O mitogenoma de T. ibericum, obtido por dados de Sequenciamento de Nova Geração, tem 15.715 pb de comprimento. Ele contém o conjunto típico de 13 genes codificadores de proteínas, 2 genes de RNA ribossômico, 22 RNAs transportadores e a região controle rica em A + T. Comparações do mitogenoma de T. ibericum com outros mitogenomas de dolichoderíneos revelaram a existência de quatro rearranjos gênicos em relação ao mitogenoma ancestral de inseto. Um destes rearranjos, envolvendo os genes tRNA-Ile, tRNA-Gln e tRNA-Met, foi encontrado na maioria dos mitogenomas de formiga analisados. Provavelmente este rearranjo foi um caráter ancestral ou plesiomórfico em Formicidae. Interessantemente, outro rearranjo que afeta os genes tRNA-Trp, tRNA-Cys e tRNA-Tyr foi encontrado apenas em espécies de Tapinoma. Esta mudança poderia ser um caráter sinapomórfico para o gênero Tapinoma, e poderia ser usado como um marcador filogenético. Adicionalmente, uma análise filogenética foi realizada usando as sequências de genes codificadores de proteínas de mitogenomas disponíveis de Dolichoderinae, assim como mitogenomas de espécies representativas de outras subfamílias de Formicidae. Os resultados suportam a natureza monofilética do gênero Tapinoma posicionando-o dentro do mesmo clado que o resto das espécies de Dolichoderinae. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Complete Nucleotide Sequence of the Mitogenome of Tapinoma ibericum (Hymenoptera: Formicidae: Dolichoderinae), Gene Organization and Phylogenetics Implications for the Dolichoderinae Subfamily: The ant Tapinoma ibericum Santschi, 1925 is native to the Iberian Peninsula. This species, as well as other species from the Tapinoma nigerrimum complex, could form supercolonies that make these species potentially invasive and could give rise to pests. Recently a mature colony from this species has been found in the Isle of Wight (United Kingdom). Mitogenomes have been used to study the taxonomy, biogeography and genetics of species, improving the development of strategies against pest invasion. However, the number of available mitogenomes from the subfamily Dolichoderinae is still scarce and only two of these mitogenomes belong to Tapinoma species. Herein, the complete mitogenome of T. ibericum is presented in order to increase the molecular information of the genus. The T. ibericum mitogenome, retrieved by Next-Generation Sequencing data, is 15,715 bp in length. It contains the typical set of 13 protein-coding genes, 2 ribosomal RNA genes, 22 transfer RNAs and the A + T-rich control region. Comparisons of the T. ibericum mitogenome with other dolichoderine mitogenomes revealed the existence of four gene rearrangements in relation with the ancestral insect mitogenome. One of these rearrangements, involving the tRNA-Ile, tRNA-Gln and tRNA-Met genes, was found in most of the analyzed ant mitogenomes. Probably this rearrangement was an ancestral or plesiomorphic character in Formicidae. Interestingly, another rearrangement that affects to tRNA-Trp, tRNA-Cys and tRNA-Tyr genes was found only in Tapinoma species. This change could be a synapomorphic character for the genus Tapinoma, and could be used as a phylogenetic marker. Additionally, a phylogenetic analysis was performed using the protein-coding gene sequences from available Dolichoderinae mitogenomes, as well as mitogenomes from representative species from other Formicidae subfamilies. Results support the monophyletic nature of the genus Tapinoma placing it within the same clade as the rest of Dolichoderinae species. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Uma nova espécie de cochonilha-mole, Cryptostigma cecropiaphilum Kondo & Roubik, sp. nov. (Hemiptera: Coccomorpha: Coccidae), é descrita a partir de espécimes coletados dentro de galhos ocos (entrenós) de Cecropia ficifolia Warb. ex Snethl e Cecropia sciadophylla Mart. (Urticaceae), na província de Orellana, Equador. A nova espécie foi encontrada em associação com três himenópteros mutualísticos: duas espécies de Plebeia Schwarz, subgênero Nanoplebeia Engel (Hymenoptera: Apidae: Meliponini), e Azteca sp. (Hymenoptera: Formicidae: Dolichoderinae). A nova espécie de coccídeo é descrita com base na morfologia da fêmea adulta e da ninfa de primeiro instar. São fornecidas chaves para as fêmeas adultas e ninfas de primeiro instar conhecidas de Cryptostigma Ferris. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Description of a new ant- and stingless-bee-loving species of Cryptostigma Ferris (Hemiptera: Coccomorpha: Coccidae) from Ecuador living inside internodes of Cecropia (Urticaceae), with an updated key to the adult females and first-instar nymphs of the genus: A new soft scale species, Cryptostigma cecropiaphilum Kondo & Roubik, sp. nov. (Hemiptera: Coccomorpha: Coccidae), is described from specimens collected from inside hollow branches (internodes) of Cecropia ficifolia Warb. ex Snethl and Cecropia sciadophylla Mart. (Urticaceae), in Orellana province, Ecuador. The new species was found in association with three mutualistic hymenopterans: two species of Plebeia Schwarz, subgenus Nanoplebeia Engel (Hymenoptera: Apidae: Meliponini), and Azteca sp. (Hymenoptera: Formicidae: Dolichoderinae). The new species of coccid is described based on the morphology of the adult female and first-instar nymph. Keys to the known adult females and first-instar nymphs of Cryptostigma Ferris are provided. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O âmbar do Mioceno Inferior (16-23 milhões de anos atrás) da Etiópia constitui uma nova fonte de formigas fósseis para a África, onde elas são pouco documentadas. Aqui relatamos um conjunto diversificado de seis subfamílias e pelo menos 19 gêneros que ainda estão predominantemente vivos nos Afrotropicos atualmente. Neste primeiro relato, uma referência particular é feita à subfamília Dolichoderinae, com a descrição de duas novas espécies: Technomyrmex svojtkai Perrichot & Engel sp. nov. e Ravavy goldmani Boudinot & Perrichot sp. nov. A primeira é ilustrada e descrita com base na microtomografia computadorizada por radiação síncrotron, e a segunda representa o primeiro registro fóssil para a tribo Bothriomyrmecini e Ravavy, um gênero malgaxe e afrotropical que era até então monotípico. A composição de formigas no âmbar etíope é congruente com o padrão global emergente entre formigas e mostra uma diversificação no Neogeno quase exclusivamente dentro de gêneros extantes. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Ants (Hymenoptera: Formicidae) from Miocene Ethiopian amber: filling gaps in the geological record of African terrestrial biota: The Early Miocene (16-23 Mya) amber of Ethiopia constitutes a new source of fossil ants for Africa, where they are otherwise poorly documented. Here we report a diversified assemblage of six subfamilies and at least 19 genera that are still predominantly alive in the Afrotropics today. In this first account, a particular reference is made to the subfamily Dolichoderinae, with the description of two new species: Technomyrmex svojtkai Perrichot & Engel sp. nov. and Ravavy goldmani Boudinot & Perrichot sp. nov. The first is illustrated and described based on synchrotron-radiation microcomputed tomography, and the second represents the first fossil record for the tribe Bothriomyrmecini and Ravavy, a Malagasy and Afrotropical genus that was hitherto monotypic. The ant composition in Ethiopian amber is congruent with the global pattern emerging across ants and showing a Neogene diversification almost exclusively within extant genera. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Uma nova espécie de formiga (Formicidae: Dolichoderinae) no âmbar mexicano do Mioceno é diagnosticada e descrita. Schismiscapus exstinctum gen. et sp. nov. é reconhecida por ter a base do escapo achatada e entalhada; mesossoma longo, estreito e sinuoso; ponte hipostomal formando um entalhe em forma de U sem qualquer dentículo; mesosterno anteromedial convexo; olhos compostos posicionados anteriormente na cabeça; pedúnculo pós-longo que se une ao gáster e um esporão longo nas tíbias posteriores. Uma análise filogenética foi realizada para identificar a posição de S. exstinctum entre os gêneros de formigas dolichoderinas. Uma relação próxima com o gênero Leptomyrmex Mayr, 1862 foi revelada, com ambos os gêneros de formigas compartilhando uma ponte hipostomal formando um entalhe em forma de U sem qualquer dentículo. Assim, o registro fóssil de S. exstinctum nos trópicos do Mioceno do sul do México fornece novos insights sobre a história evolutiva do clado Leptomyrmecini que tem uma provável origem neotropical. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

New ant species Schismiscapus exstinctum gen. et sp. nov. (Formicidae: Dolichoderinae) from Miocene Mexican amber: A new species of ant (Formicidae: Dolichoderinae) in Miocene Mexican amber is diagnosed and described. Schismiscapus exstinctum gen. et sp. nov. is recognised by having the base of scape flattened and notched; mesosoma long, narrow, and sinuous; hypostomal bridge forming a U-shaped notch without any denticule; anteromedial mesosternum convex; compound eyes positioned anteriorly on head; long post peduncle that joints with the gaster and a long spur on the hind tibiae. A phylogenetic analysis was performed to identify the position of S. exstinctum among dolichoderine ant genera. A close relationship with the genus Leptomyrmex Mayr, 1862 was revealed with both ant genera sharing a hypostomal bridge forming a U-shaped notch without any denticule. Thus, the fossil record of S. exstinctum in Miocene tropics of southern Mexico provides new insights into the evolutionary history of the Leptomyrmecini clade that has a probable Neotropical origin. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Hospedeiros podem carregar muitos vírus em seus corpos, mas nem todos causam doenças. Estudamos formigas como hospedeiros sociais para determinar tanto seu repertório viral geral quanto o subconjunto de vírus ativamente infectantes em populações naturais de três subfamílias: a formiga-argentina (Linepithema humile, Dolichoderinae), a formiga-do-jardim invasora (Lasius neglectus, Formicinae) e a formiga-vermelha (Myrmica rubra, Myrmicinae). Utilizamos uma estratégia de sequenciamento duplo para reconstruir genomas virais completos por RNA-seq e determinar simultaneamente os pequenos RNAs interferentes (siRNAs) por sequenciamento de pequenos RNAs (sRNA-seq), que constituem a resposta imune antiviral de RNAi do hospedeiro. Esta abordagem levou à descoberta de 41 novos vírus em formigas e revelou uma resposta de RNAi específica da formiga hospedeira (siRNAs de 21 vs. 22 nt) nas diferentes espécies de formigas. A eficiência da resposta de RNAi (proporção de leituras sRNA/RNA) dependeu do vírus e da respectiva espécie de formiga, mas não de sua população. No geral, encontramos a maior abundância e diversidade viral por população em Li. humile, seguida por La. neglectus e M. rubra. Formigas-argentinas também compartilharam uma alta proporção de vírus entre populações, enquanto a sobreposição foi quase ausente em M. rubra. Apenas um dos 59 vírus foi encontrado infectando duas das espécies de formigas como hospedeiros, revelando alta especificidade do hospedeiro em infecções ativas. Em contraste, seis vírus infectaram ativamente uma espécie de formiga, mas foram encontrados apenas como contaminantes nas outras. Desvincular o transbordamento de infecção causadora de doenças da contaminação não infectante entre espécies está fornecendo informações relevantes para a ecologia de doenças e o manejo de ecossistemas. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Antiviral immune response reveals host-specific virus infections in natural ant populations: Hosts can carry many viruses in their bodies, but not all of them cause disease. We studied ants as a social host to determine both their overall viral repertoire and the subset of actively infecting viruses across natural populations of three subfamilies: the Argentine ant (Linepithema humile, Dolichoderinae), the invasive garden ant (Lasius neglectus, Formicinae) and the red ant (Myrmica rubra, Myrmicinae). We used a dual sequencing strategy to reconstruct complete virus genomes by RNA-seq and to simultaneously determine the small interfering RNAs (siRNAs) by small RNA sequencing (sRNA-seq), which constitute the host antiviral RNAi immune response. This approach led to the discovery of 41 novel viruses in ants and revealed a host ant-specific RNAi response (21 vs. 22 nt siRNAs) in the different ant species. The efficiency of the RNAi response (sRNA/RNA read count ratio) depended on the virus and the respective ant species, but not its population. Overall, we found the highest virus abundance and diversity per population in Li. humile, followed by La. neglectus and M. rubra. Argentine ants also shared a high proportion of viruses between populations, whilst overlap was nearly absent in M. rubra. Only one of the 59 viruses was found to infect two of the ant species as hosts, revealing high host-specificity in active infections. In contrast, six viruses actively infected one ant species, but were found as contaminants only in the others. Disentangling spillover of disease-causing infection from non-infecting contamination across species is providing relevant information for disease ecology and ecosystem management. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Brakemyia metallica gen. et sp. nov. (Diptera, Milichiidae) é descrita e ilustrada com base em espécimes machos e fêmeas criados a partir de ninhos de cartão da formiga Azteca aff. chartifex Forel (Formicidae: Dolichoderinae). O novo gênero é amplamente distribuído na Amazônia brasileira, e pode ser prontamente distinguido dos outros gêneros neotropicais pela lúnula alargada, que se estende bem posteriormente às antenas, e pelo complexo hipandrial paralelo ao epândrio. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Brakemyia, a New Neotropical Jackal Fly Genus of Milichiidae (Insecta: Diptera) Associated with Carton Ant Nest: Brakemyia metallica gen. et sp. nov. (Diptera, Milichiidae) is described and illustrated based on male and female specimens reared from carton nests of the ant Azteca aff. chartifex Forel (Formicidae: Dolichoderinae). The new genus is widely distributed in the Brazilian Amazon, and it can be readily distinguished from the other Neotropical genera by the broadened lunule, which extends well posterior of the antennae, and the hypandrial complex parallel to epandrium. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A primeira espécie fóssil de formiga do gênero do Novo Mundo Forelius (Formicidae: Dolichoderinae) é descrita. O material-tipo é uma inclusão em âmbar do Mioceno da mina Montecristo, próximo a Simojovel, Chiapas, sudoeste do México. A nova espécie é denominada Forelius chenpauch sp. nov. Difere de suas congêneres por possuir uma combinação única de caracteres: escapo antenal atingindo a margem posterior da cabeça; pronoto com seis cerdas eretas; mesonoto com quatro cerdas eretas; propodeo com quatro cerdas eretas; frente e dorso da cabeça, dorso do pronoto, dorso do mesonoto e propodeo cobertos por fina estriação. Forelius chenpauch sp. nov. possui um espiráculo arredondado, que pode ser considerado um caráter plesiomórfico intimamente relacionado ao grupo Forelius do norte da bacia amazônica. Consequentemente, as atuais estimativas de divergência de Forelius como um gênero único do clado Leptomyrmex + Forelius + Dorymyrmex (ca. 27 Ma) e a ocorrência de Forelius chenpauch sp. nov. no registro fóssil (ca. 23 Ma), podem sugerir que o espiráculo arredondado é um estado plesiomórfico provavelmente difundido desde o Mioceno do sul do México ao norte da América do Sul. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

A Miocene ant species of the genus Forelius Emery, 1888 (Hymenoptera: Formicidae: Dolichoderinae) from Mexico: The first fossil ant species of the New World genus Forelius (Formicidae: Dolicho-derinae) is described. The type material is a Miocene amber inclusion from the Monte-cristo mine near Simojovel, Chiapas, southwestern Mexico. The new species is named Forelius chenpauch sp. nov. It differs from its congeners by having a unique combination of characters: antennal scapes reaching the posterior margin of the head; prono-tum with six erect hairs; mesonotum with four erect hairs; propodeum with four erect hairs; front and dorsum of head, dorsum of pronotum, dorsum of mesonotum and propodeum covered with a fine striation. Forelius chenpauch sp. nov. has a rounded spiracle, which could be considered a plesiomorphic character closely related to the Forelius group from the north of the Amazon basin. Accordingly, the current divergence estimates of Forelius as a single genus from the Leptomyrmex + Forelius + Dorymyr-mex clade (ca. 27 Ma) and the occurrence of Forelius chenpauch sp. nov. in the fossil record (ca. 23 Ma), may suggest that the rounded spiracle is a plesiomorphic state probably widespread since the Miocene from southern Mexico to northern South Amer-ica. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Hidrocarbonetos cuticulares de algumas espécies de formigas Dolichoderinae da França e vários locais como Espanha, Norte da África e Itália foram estudados. O grupo Tapinoma nigerrimum foi particularmente analisado e reposicionado no gênero Tapinoma. Todas as espécies foram corretamente discriminadas, e um novo perfil de hidrocarbonetos foi encontrado nas montanhas espanholas no grupo T. nigerrimum, que foi provisoriamente denominado T. sp. Espanha. Adicionamos numerosos registros desconhecidos para a distribuição dessas formigas. Também testamos a agressão entre algumas colônias de T. magnum. Verificou-se que esta espécie forma supercolônias como outras espécies invasoras, mas não forma supercolônias gigantes como a formiga argentina. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Chemotaxonomy of Tapinoma and some Dolichoderinae ants from Europe and North Africa: Cuticular hydrocarbons of some Dolichoderinae ant species from France and various places like Spain, North Africa, and Italy were studied. The Tapinoma nigerrimum group was particularly analyzed and replaced in the genus Tapinoma. All species were correctly discriminated, and a new hydrocarbon profile was found in the Spanish mountains in the T. nigerrimum group, which was provisionally named T. sp. Spain. We added numerous unknown spots for the distribution of these ants. We also tested aggression between some T. magnum colonies. It appeared that this species forms supercolonies like other invasive species but does not form giant supercolonies like the Argentine ant. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A costa da província de El Jadida é uma das áreas costeiras atlânticas de Marrocos com excepcional interesse biológico, ecológico e paisagístico, variando da foz do rio Oum Er Rabia até as dunas e florestas costeiras. No entanto, esta área protegida permanece pouco conhecida em termos de seu componente entomológico e ainda não se beneficiou de quaisquer medidas de conservação. Para abordar esta falta de dados entomológicos, realizamos levantamentos de campo em quatro campanhas de amostragem de formigas entre abril e maio de 2022 usando o método de armadilhas de queda em dois locais diferentes: o "Sítio de Interesse Biológico e Ecológico" de Haouzia e a floresta explorada de Chiadma. Registramos um total de 19 espécies de formigas, pertencentes a 11 gêneros e três subfamílias: Myrmicinae (70,39%), Dolichoderinae (17,66%) e Formicinae (11,96%). As espécies mais abundantes foram Aphaenogaster senilis e Tapinoma simrothi, representando 49,36% e 17,66% dos espécimes, respectivamente. A maior diversidade de formigas foi encontrada no matagal natural de Haouzia, com 13 espécies e um índice de Shannon de 5,9, comparado a 11 espécies e um índice de Shannon de 3,5 na floresta reflorestada de Chiadma. Além disso, com exceção de Aphaenogaster theryi e Cataglyphis vaucheri, todas as espécies de formigas capturadas são novos registros para a costa da província de El Jadida, e ambos os locais juntos mostraram uma taxa muito alta de endemismo marroquino de formigas (31,57%). A análise de escalonamento multidimensional não métrico mostrou uma clara separação entre os dois ecossistemas pesquisados. Nossos resultados sugerem um potencial efeito negativo do reflorestamento com Eucalyptus na biodiversidade local e destacam a necessidade urgente de medidas de conservação para proteger a notável biodiversidade abrigada pelo "Sítio de Interesse Biológico e Ecológico" de Haouzia e seus arredores. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

ANT (HYMENOPTERA, FORMICIDAE) DIVERSITY IN A NATURAL VS REFORESTED AREA ALONG THE MOROCCAN ATLANTIC COAST: The coastline of El Jadida province is one of Morocco’s Atlantic coastal areas with exceptional biological, ecological, and landscape interest, ranging from the mouth of the Oum Er Rabia river to the dunes and coastal forests. However, this protected area remains little known in terms of its entomological component and has not yet benefited from any conservation measures. To address this lack of entomological data, we conducted field surveys in four ant sampling campaigns between April and May 2022 using the pitfall trap method in two different sites: the “Biological and Ecological Interest Site” of Haouzia and the exploited forest of Chiadma. We recorded a total of 19 ant species, belonging to 11 genera and three subfamilies: Myrmicinae (70.39%), Dolichoderinae (17.66%), and Formicinae (11.96%). The most abundant species were Aphaenogaster senilis and Tapinoma simrothi, accounting for 49.36% and 17.66% of the specimens, respectively. The highest diversity of ants was found in the natural scrub of Haouzia, with 13 species and a Shannon index of 5.9, compared to 11 species and a Shannon index of 3.5 in the reforested forest of Chiadma. Moreover, with the exception of Aphaenogaster theryi and Cataglyphis vaucheri, all the captured ant species are new records for the coastline of El Jadida Province, and both sites together showed a very high rate of Moroccan endemism of ants (31.57%). Non-metric multidimensional scaling analysis showed a clear separation between the two surveyed ecosystems. Our results suggest a potential negative effect of Eucalyptus reforestation on local biodiversity, and highlight the urgent need for conservation measures to protect the remarkable biodiversity hosted by the “Biological and Ecological Interest Site” of Haouzia and its surroundings. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Perturbações antropogênicas e mudanças sazonais impactam significativamente a diversidade e composição das comunidades de formigas, mas seus efeitos frequentemente se entrelaçam. Investigamos esses fatores na Ilha Lang Tengah, um local com estação de monções pronunciada e três resorts que fecham durante este período. Pesquisamos quatro locais, dois perturbados e dois não perturbados, antes e depois da estação das monções, usando armadilhas de queda para amostrar comunidades de formigas epígeas. Habitats não perturbados apresentaram maior diversidade de espécies, mas ambos os habitats (locais perturbados e não perturbados) têm alta proporção de formigas com características de serem invadidas por espécies generalistas e invasoras/trilheiras. A amostragem pós-monções resultou em aumento na riqueza e diversidade de espécies. Mudanças sazonais, como chuvas de monção, podem alterar temporariamente as interações entre formigas e a distribuição de recursos, potencialmente mantendo a diversidade. Estudos futuros devem validar essas descobertas para comunidades de formigas sob pressões similares, usando composição e papéis funcionais das formigas para fins de conservação e manejo. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The effects of anthropogenic disturbance and seasonality on the ant communities of Lang Tengah Island: Anthropogenic disturbances and seasonal changes significantly impact diversity and community composition of ants, but their effects are often intertwined. We investigated these drivers on Lang Tengah Island, a location with a pronounced monsoon season and three resorts that close during this period. We surveyed four sites, two disturbed and two undisturbed, before and after the monsoon season, using pitfall traps to sample epigaeic ant communities. Undisturbed habitats had higher species diversity, but both habitats (undisturbed and disturbed sites) have a high proportion of ants with characteristics of being encroached by generalist and invasive/tramp ant species. Post-monsoon sampling yielded an increase in species richness and diversity. Seasonal changes, such as monsoonal rains, can temporarily alter ant interactions and resource distribution, potentially maintaining diversity. Future studies should validate these findings for ant communities under similar pressures, using ant composition and functional roles for conservation and management purposes. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Um novo gênero e espécie extintos da subfamília Dolichoderinae, Dlusskyus groehni gen. et sp. nov., é descrito com base no único macho do âmbar báltico (Eoceno tardio, 37,8-33,9 Ma). Difere de todos os gêneros de Dolichoderinae extintos e existentes na seguinte combinação de características: antenas com 13 segmentos, escapo mais curto que o segundo segmento funicular, que é o mais longo; fórmula de palpos 6, 4; clípeo não inserido entre as carenas frontais, triângulo frontal bem delineado e separado do clípeo por sutura; clípeo com carena mediana longitudinal, sua margem anterior muito fracamente convexa, sem entalhe medial; mandíbulas cruzando quando fechadas, margem mastigatória longa, com dois minúsculos dentes apicais e pré-apicais afiados e uma fileira de minúsculas dentículos afiados, serrilhada; escuto sem notauli; pecíolo nodiforme, com pedúnculo curto; meso- e metatíbias com esporão grande e simples; garras pretarsais sem dente pré-apical; margem posterior do pigídio com dente mediano; placa subgenital com entalhe mediano muito superficial; pigóstilos presentes; estípites da genitália muito fracamente curvados, estreitos, com ápices arredondados, telômeros não fortemente alongados; asas anteriores com células fechadas 1r+2r, 3r, rm e mcu; lóbulo jugal ausente. A posição taxonômica deste gênero é discutida. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

A New Extinct Ant Genus (Hymenoptera: Formicidae) from Baltic Amber: A new extinct genus and species from the subfamily Dolichoderinae, Dlusskyus groehnigen. et sp. nov., is described based on the single male from Baltic amber (late Eocene, 37.8-33.9 Ma). It differs from all extant and extinct Dolichoderinae genera in the following combination of features: antennae 13-segmented, scape shorter than the second funicular segment, which is the longest; palp formula 6, 4; clypeus not inserted between frontal carinae, frontal triangle well outlined and separated from clypeus by suture; clypeus with longitudinal median carina, its anterior margin very weakly convex, without medial notch; mandibles crossing when closed, masticatory margin long, with two minute sharp apical and preapical teeth and a row of minute sharp denticles, serrate; scutum without notauli; petiole nodiform, with short peduncle; meso- and metatibiae with large simple spur; pretarsal claws without preapical tooth; posterior margin of pygidium with median tooth; subgenital plate with very shallow median notch; pygostiles present; stipites of genitalia very weakly curved, narrow, with rounded apices, telomeres not strongly elongated; forewings with closed cells 1r+2r, 3r, rm and mcu; jugal lobe absent. The taxonomic position of this genus is discussed. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

O depósito do início do Oligoceno (ca. 32,0 Ma) do Canyon Ferry Reservoir é conhecido por conter um número extraordinário de fósseis de plantas e animais bem preservados. Entre esses estão 111 espécimes de formigas fósseis que foram examinados e atribuídos a cinco gêneros: Dolichoderus, Liometopum, Camponotus, Lasius e Manica de três subfamílias: Dolichoderinae, Formicinae e Myrmicinae. Duas novas espécies fósseis são descritas. Liometopum greenwalti sp. nov. é a terceira espécie fóssil conhecida deste gênero na América do Norte e é morfologicamente distinta das outras duas espécies fósseis conhecidas do depósito de Florissant. As três espécies fósseis de Liometopum são comparadas com as três espécies norte-americanas existentes. Manica iviei sp. nov. é a primeira espécie fóssil deste gênero conhecida na América do Norte e apenas a segunda espécie fóssil descrita. Esta espécie possui um amplo processo ventral pós-peciolar que, entre as espécies existentes na América do Norte, está presente apenas em Manica hunteri. As formigas de Canyon Ferry representam o único depósito fóssil definitivamente da idade do Oligoceno que contém formigas na América do Norte e, portanto, oferecem uma visão única de um período em que as comunidades modernas de formigas do continente estavam emergindo. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Fossil ants (Hymenoptera: Formicidae) of the early Oligocene Canyon Ferry Reservoir deposit: The early Oligocene (ca. 32.0 Ma) Canyon Ferry Reservoir deposit is known to contain an extraordinary number of well-preserved plant and animal fossils. Among those are 111 fossil ant specimens that were examined and assigned to five genera: Dolichoderus, Liometopum, Camponotus, Lasius, and Manica from three subfamilies: Dolichoderinae, Formicinae, and Myrmicinae. Two new fossil species are described. Liometopum greenwalti sp. nov. is the third fossil species known from this genus in North America and is morphologically distinct from the other two fossil species that are known from the Florissant deposit. The three fossil Liometopum species are compared to the three extant North American species. Manica iviei sp. nov. is the first fossil species in this genus known from North America and only the second fossil species described. This species possesses a broad ventral postpetiolar process which among North American extant species is only present in Manica hunteri. The Canyon Ferry ants represent the only definitively Oligocene-aged fossil deposit that contains ants in North America and therefore offer a unique view into a time when the modern-day ant communities of the continent were emerging. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

As formigas estão entre as espécies invasoras mais penetrantes e impactantes. Embora algumas características das formigas invasoras tenham sido associadas ao sucesso de estabelecimento e dominância competitiva, esses traços não são universais para todos os invasores bem-sucedidos e muitas informações cruciais sobre a biologia de formigas invasoras bem conhecidas e menos conhecidas permanecem faltando. Neste estudo, abordamos essa lacuna de conhecimento usando uma abordagem molecular para definir a invasão em curso pela formiga de pés brancos, Technomyrmex brunneus, no leste da Ásia. Esta espécie é nativa do leste e sudeste da Ásia, mas tornou-se uma invasora problemática no Japão, onde expansões significativas de distribuição foram documentadas nas últimas décadas. Seu status no leste da Ásia é complicado por confusão taxonômica e identificações incorretas, criando obstáculos significativos para avaliação de ameaças, manejo e o estabelecimento de informações fundamentais, como a delimitação da distribuição nativa e invasora. Combinamos sequências de DNA mitocondrial com polimorfismos de nucleotídeo único em todo o genoma para elucidar as relações entre populações do Vietnã ao Japão. Nossos dados revelam diferenciação genética muito limitada entre as populações, apesar de sua ampla distribuição geográfica. Isso pode ser mais parcimoniosamente explicado como uma invasão recente e contínua, provavelmente facilitada pela dispersão humana. A única exceção a esse padrão foi a forte distinção genética entre duas regiões na China indicada pelo DNA mitocondrial. Especulamos que isso pode indicar um limite entre uma população nativa e uma onda mais recente de invasão. Finalmente, apresentamos os resultados da modelagem de nicho climático indicando que áreas adicionais extensas permanecem adequadas para esta espécie, sugerindo que esta invasão está longe de estar completa. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Widespread and ongoing invasion by the ant Technomyrmex brunneus Forel in eastern Asia as elucidated by molecular data: Ants are among the most pervasive and impactful invasive species. While some characteristics of invasive ants have been linked to establishment success and competitive dominance, these traits are not universal to all successful invaders and much crucial information on the biology of both well-known and lesser-known invasive ants remains lacking. In this study, we address this knowledge gap using a molecular approach to define the ongoing invasion by the white-footed ant, Technomyrmex brunneus, in eastern Asia. This species is native to eastern and south-eastern Asia but has become a problematic invader in Japan where significant expansions in range have been documented in recent decades. Its status in eastern Asia is complicated by taxonomic confusion and misidentifications, creating significant hurdles to threat assessment, management, and the establishment of fundamental information such as the delineation of the native and invasive range. We combine mitochondrial DNA sequences with genome-wide single-nucleotide polymorphisms to elucidate relationships between populations from Vietnam to Japan. Our data reveal very limited genetic differentiation among populations despite their broad geographic spread. This can most parsimoniously be explained as a recent and ongoing invasion, likely facilitated by human dispersal. The one exception to this pattern was strong genetic distinction between two regions in China indicated by mitochondrial DNA. We speculate that this may indicate a boundary between a native population and more recent wave of invasion. Finally, we present the results of climate niche modeling indicating that extensive additional areas remain suitable for this species, suggesting this invasion is far from complete. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

As formigas são uma parte importante do ecossistema, pois auxiliam no processo de decomposição e melhoram a qualidade do solo. Neste estudo, a riqueza de espécies e a biodiversidade desses artrópodes foram avaliadas em habitats com diferentes graus de impacto humano em Shiraz, Província de Fars, sul do Irã. Para este fim, seis habitats incluindo três parques urbanos com menor quantidade de destruição humana (Be'sat, Janat, Babakoohi), dois habitats com alta quantidade de manipulação para agricultura e urbanização (um campo e um jardim destruído) e um parque natural sem qualquer manipulação humana como controle, foram selecionados e amostrados bimestralmente durante 2015 e 2016. Um total de 6270 operárias de formigas pertencentes a 30 espécies, 12 gêneros e três subfamílias foi registrado. A subfamília mais abundante foi Formicinae (16 espécies) seguida por Myrmicinae (12 espécies) e Dolichoderinae (duas espécies). Os índices de biodiversidade mostraram maior diversidade tanto no parque natural quanto na paisagem urbana: parques Be'sat e Janat, com a menor quantidade de efeitos humanos, respectivamente, bem como Babakoohi, e a menor no campo e jardim destruído. Embora uma diferença significativa tenha sido observada entre os habitats (F=4,255, P=0,004) e os meses (F=4,327, P=0,002) de amostragem, não houve diferença significativa entre Babakoohi, parque natural, Janat e parques Be'sat (P>0,05) nem entre campo e jardim destruído (P>0,05). © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Biodiversity of ants (Hymenoptera: Formicidae) in different urban environments: A case study in Shiraz, Iran: Ants are a major part of the ecosystem as they assist in the decomposition process and improve soil quality. In this study the species richness and biodiversity of these arthropods was assessed in the habitats with varying degrees of human impact in Shiraz, Fars Province, southern Iran. To this end, six habitats including three city parks with the least amount of human destruction (Be’sat, Janat, Babakoohi), two habitats with high amount of manipulation in order to agriculture and urbanization (a field and a destroyed garden) and a natural park without any human manipulation as control, were chosen and sampled bimonthly during 2015 and 2106. A total of 6270 ant workers belonging to 30 species, 12 genera, and three subfamilies were recorded. The most abundant subfamily was Formicinae (16 species) followed by Myrmicinae (12 species), and Dolichoderinae (two species). The biodiversity indices showed a greater diversity in both natural park and urban landscape: Be’sat and Janat parks, with the lowest amount of human effects, respectively as well as Babakoohi and the lowest in the field and destroyed garden. Although a significant difference was observed with the habitats (F= 4.255, P=0.004) and the months (F= 4.327, P=0.002) of sampling, there was not a significant difference between Babakoohi, natural park, Janat and Be’sat parks (P>0.05) nor between field and destroyed garden (P>0.05). © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Um Novo Gênero de Formiga (Hymenoptera, Formicidae) do Âmbar de Rovno do Eoceno Superior. Radchenko, A. G. — Com base em operárias do âmbar de Rovno do Eoceno Superior (Ucrânia), Damzenomyrmex gen. n. (Dolichoderinae) é estabelecido para incluir Damzenomyrmex ribbeckei sp. n., que é aqui descrita. Considero Damzenomyrmex como um parente de Dolichoderus s. l. e o atribuo à tribo Dolichoderini. Damzenomyrmex diferencia-se bem dos representantes dos subgêneros (gêneros) previamente estabelecidos de Dolichoderus s. l., como Dolichoderus s. str., Karawajewella, Acanthoclinea, Monoceratoclinea e Diceratoclinea pela natureza da armadura do mesossoma. Difere das espécies de Hypoclinea pela presença de projeções semelhantes a chifres nos cantos anterolaterais do pronoto. Em relação ao último caráter, Damzenomyrmex lembra as espécies de Monacis, mas diferencia-se facilmente delas pela margem posterior do propódeo não côncava, um formato diferente da escama do peciólio, um mesonoto não marginado lateralmente e alguns outros caracteres. Além disso, Damzenomyrmex difere de todas as espécies de Dolichoderus s. l. na estrutura cuticular e no padrão de serrilha das mandíbulas, com a margem mastigatória possuindo 6-7 dentes menores e agudos e um apical muito mais longo, o ângulo basal distinto e a margem basal sem dentes ou dentículos. A composição comparativa de Dolichoderinae e representantes de outras subfamílias de formigas nos âmbares europeus do Eoceno Superior é considerada. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

A NEW ANT GENUS (HYMENOPTERA, FORMICIDAE) FROM THE LATE EOCENE ROVNO AMBER: A New Ant Genus (Hymenoptera, Formicidae) from the Late Eocene Rovno Amber. Radchenko, A. G. — Based on workers from the Late Eocene Rovno amber (Ukraine), Damzeno-myrmex gen. n. (Dolichoderinae) is established to include Damzenomyrmex ribbeckei sp. n., which is described here. I consider Damzenomyrmex to be a relative of Dolichoderus s. l. and assign it to the tribe Dolichoderini. Damzenomyrmex differs well from representatives of the previously established subgenera (genera) of Dolichoderus s. l., such as Dolichoderus s. str., Karawajewella, Acanthoclinea, Monocerato-clinea and Diceratoclinea by the nature of the mesosomal armature. It differs from the species of Hypo-clinea in the presence of horn-like projections on the anterolateral corners of the pronotum. Regarding the last character, Damzenomyrmex reminds the species of Monacis, but readily differs from them by the non-concave posterior propodeal margin, a different shape of the petiolar scale, a not laterally marginated mesonotum, and some other characters. Furthermore, Damzenomyrmex differs from all Dolichoderus s. l. species in the cuticular structure and in the serration pattern of the mandibles, with the masticatory margin having 6–7 minor sharp teeth and a much longer apical one, the basal angle distinct and the basal margin lacking teeth or denticles. The comparative composition of Dolichoderinae and representatives of other ant subfamilies in late Eocene European ambers is considered. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Usando microscopia óptica e eletrônica de varredura, descrevemos os seguintes novos caracteres morfológicos distintos do raro formiga neotropical Anillidris bruchi Santschi, 1936, macho e rainha: cerdas dispersas inter-omatídeos, entalhe hipostomal semicircular, limpeza antenal, esporões metatibiais, e o remanescente da veia M2 nas asas posteriores. Em machos, mostramos pela primeira vez a morfologia dos palpos maxilares e labiais, a ausência de glândulas metapleurais e, na genitália externa, pela primeira vez em formigas, uma nova área mecanossensorial na volsella que chamamos de "volsella sensorium", composta por várias sensilas semelhantes a espinhos. Além disso, fornecemos um diagnóstico morfológico atualizado da casta alada, que será útil para estudos futuros esclarecerem a filogenia do gênero Anillidris. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

A Fine Morphological Study of the Rare Anillidris bruchi Santschi (Hymenoptera: Formicidae: Dolichoderinae) Male and Queen: Using optical and scanning electron microscopy, we describe the following new morphologically distinctive characters of the rare Neotropical ant Anillidris bruchi Santschi, 1936, male and queen: scattered setae inter-ommatidia, semicircular hypostomal notch, antennal cleaning, metatibial spurs, and the remnant of the M2 vein in the hindwings. In males, we show for the first time the morphology of maxillary and labial palpi, the absence of metapleural glands, and, in external genitalia, for the first time in ants, a new mechano-sensory area on the volsella that we called “volsella sensorium”, composed of several spine-like sensilla. Additionally, we give an updated morphological diagnosis of the alate caste, which will be useful for future studies to clarify the phylogeny of the genus Anillidris. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

No mosaico de floresta tropical-savana da Reserva de Lamto na Costa do Marfim, as formigas desempenham um papel importante na conservação da biodiversidade. Este trabalho teve como objetivo explorar a estrutura e composição das comunidades de formigas arbóreas em um mosaico floresta-savana localizado no centro da Costa do Marfim. As formigas foram coletadas por armadilha com isca (isca proteica: atum e isca açucarada: leite doce) e por batimento de vegetação baixa. Durante toda a campanha de amostragem, foram registradas 59 espécies de formigas pertencentes a 18 gêneros e cinco subfamílias (Formicinae, Ponerinae, Myrmicinae, Dolichoderinae e Pseudomyrmecinae). A riqueza média de espécies de formigas da savana arbustiva (SS) foi significativamente menor do que a da ilha florestal (FI) e da galeria florestal. Da mesma forma, foi observada uma diferença significativa na composição de espécies ao comparar as comunidades de formigas arbóreas de SS, floresta de galeria e FI. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Diversity and assembly composition of arboreal ants in a west African humid forest-savannah mosaic: In the tropical forest-savannah mosaic of Lamto Reserve in Ivory Coast ants play an important role in the biodiversity conservation. This work aimed to explore the structure and composition of the arboreal ant assemblages in a forest-savannah mosaic located in central Côte d'Ivoire. Ants were collected by baited trap (Protein bait: tuna and sugar bait: sweet milk) and beating of low vegetation. During the entire sampling campaign, 59 ant species belonging to 18 genera and five subfamilies (Formicinae, Ponerinae, Myrmicinae, Dolichoderinae and Pseudomyrmecinae) were recorded. The mean ant species richness of shrub savannah (SS) was significantly lower than of both forest island (FI) and forest gallery. Likewise, a significant difference was observed for species composition when comparing the arboreal ant communities of SS, gallery forest and FI. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Foram realizados levantamentos intencionais em intervalos regulares em diferentes distritos da zona seca oriental de Karnataka (Zona 5) durante o ano de 2021-22, para documentar a fauna de inimigos naturais e as espécies de formigas associadas aos afídeos. Das 34 espécies de afídeos registradas, 16 espécies de afídeos foram predadas por 14 espécies de predadores pertencentes a Coccinellidae, Syrphidae, Hemerobiidae e Chamaemyiidae, e sete espécies de afídeos foram parasitadas por oito espécies de parasitoides pertencentes a Braconidae. Predadores pertencentes a Coccinellidae e Syrphidae foram registrados mais abundantemente, com seis espécies em cada família, predando 12 e 10 espécies de afídeos, respectivamente. Entre os parasitoides de afídeos, Aphidius spp. foi o táxon mais abundante. Onze espécies de formigas pertencentes a Formicinae, Myrmicinae e Dolichoderinae foram encontradas associadas a 17 espécies de afídeos. Formigas pertencentes ao gênero Camponotus foram encontradas mais abundantemente e associadas a 10 espécies de afídeos. Uma lista abrangente de predadores, parasitoides e formigas associadas a diferentes espécies de afídeos foi compilada durante este estudo. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Exploration of natural enemy fauna of aphids and associated ant species from eastern dry zone of Karnataka, India: Purposive surveys were conducted at regular intervals in different districts of eastern dry zone of Karnataka (Zone 5) during the year 2021-22, to document the natural enemy fauna and the ant species associated with aphids. Out of 34 aphid species recorded, 16 species of aphids were preyed on by 14 species of predators belonging to Coccinellidae, Syrphidae, Hemerobiidae and Chamaemyiidae and seven species of aphids were found parasitized by eight species of parasitoids belonging to Braconidae. Predators belonging to Coccinellidae and Syrphidae were recorded more abundantly with six species in each family, preying on 12 and 10 aphid species, respectively. Among the aphid parasitoids, Aphidius spp. was the more abundant taxa. Eleven species of ants belonging to Formicinae, Myrmicinae and Dolichoderinae were found associated with 17 aphid species. Ants belonging to the genus Camponotus were found to be more abundant and associated with 10 species of aphids. A comprehensive list of predators, parasitoids and ants associated with different aphid species was put together during this study. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

O artigo é o segundo de uma série de catálogos de espécimes-tipo de formigas da coleção de V. O. Karawajew, armazenada no Instituto Schmalhausen de Zoologia da Academia Nacional de Ciências da Ucrânia (SIZK, Kiev). Inclui dados sobre 214 espécimes-tipo de 45 táxons da subfamília Dolichoderinae, coletados de várias partes do mundo e descritos por V. O. Karawajew e outros mirmecologistas, que atualmente estão atribuídos a 11 gêneros (Anonychomyrma, Azteca, Bothriomyrmex, Dolichoderus, Dorymyrmex, Iridomyrmex, Linepithema, Liometopum, Ochetellus, Tapinoma e Technomyrmex). © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Ant type specimens (Hymenoptera, Formicidae) in the collection of Volodymyr Opanasovych Karawajew. Communication 2. Dolichoderinae: The article is the second in a series of catalogues of ant type specimens from the collection of V. O. Karawajew, stored at the Schmalhausen Institute of Zoology of the National Academy of Sciences of Ukraine (SIZK, Kiev). It includes data on 214 type specimens of 45 taxa of the subfamily Dolichoderinae, collected from around the world and described by V. O. Karawajew and other myrmecologists, which are currently assigned to 11 genera (Anonychomyrma, Azteca, Bothriomyrmex, Dolichoderus, Dorymyrmex, Iridomyrmex, Linepithema, Liometopum, Ochetellus, Tapinoma and Technomyrmex). © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

A formiga-argentina, Linepithema humile, é uma das piores espécies invasoras do mundo, com populações estabelecidas em pelo menos 40 países em seis continentes. Nesta revisão, sintetizamos a vasta literatura sobre esta espécie em quatro áreas, concentrando-nos na sua introdução em sistemas naturais. A primeira seção revisa sua distribuição, preferências de habitat e os fatores que promovem seu sucesso de invasão. Segundo, revisamos o conhecimento atual sobre seus impactos ecológicos em invertebrados, vertebrados e funções ecossistêmicas. A terceira seção trata do comportamento e genética, particularmente características que promovem a invasividade. Finalmente, abordamos questões aplicadas, enfatizando a quantificação dos custos econômicos e estratégias de erradicação associados à invasão de L. humile. Apesar dos tremendos esforços de pesquisa, especialmente nos últimos 40 anos, numerosas lacunas de conhecimento permanecem na compreensão da distribuição, ecologia, impactos, manejo e custos econômicos desta espécie. Concluímos destacando as lacunas mais críticas e propondo uma agenda de pesquisa para enfrentar os desafios futuros no estudo da biologia de L. humile. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The Argentine ant, Linepithema humile: natural history, ecology and impact of a successful invader: The Argentine ant, Linepithema humile, is one of the world’s worst invasive species, with established populations in at least 40 countries on six continents. In this review, we synthesise the vast literature on this species in four areas, concentrating on its introduction to natural systems. The first section reviews its distribution, habitat preferences, and the factors promoting its invasion success. Second, we review current knowledge of its ecological impacts on invertebrates, vertebrates and ecosystem functions. The third section deals with behaviour and genetics, particularly traits promoting invasiveness. Finally, we address applied issues, emphasising the quantification of the economic costs and eradication strategies associated with L. humile invasion. Despite tremendous research efforts, especially over the past 40 years, numerous knowledge gaps remain in the understanding of the distribution, ecology, impacts, management, and economic costs of this species. We conclude by highlighting the most critical gaps and propose a research agenda to tackle the future challenges in the study of L. humile biology. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Realizamos um inventário de formigas em espaços urbanos e suburbanos na cidade de Bejaia para lidar com esta necessidade de mais informações sobre a biodiversidade de formigas no ambiente urbano argelino. Os dois métodos, coleta manual e armadilhas de queda, foram realizados durante 24 dias em três meses (maio, junho e julho) de 2022. Nos habitats urbanos, foram coletados 2.653 indivíduos de formigas, compreendendo dez espécies, seis gêneros e três subfamílias. Nos habitats suburbanos, foram coletados 6.706 espécimes de formigas, compreendendo 19 espécies, 11 gêneros e três subfamílias. As subfamílias mais abundantes em ambos os habitats urbanos e suburbanos são Formicinae, seguidas por Myrmicinae e Dolichoderinae. Os resultados mostraram que os habitats suburbanos são mais diversificados (H'= 1,72) do que os habitats urbanos (H'= 1,25). Os valores de equitabilidade para habitats suburbanos e urbanos são moderados, com 0,58 e 0,54, respectivamente. O valor do índice de similaridade de Jaccard é 0,45, indicando uma rotatividade essencial de espécies de formigas entre habitats urbanos e suburbanos. A composição da comunidade de formigas diferiu entre os locais amostrados (NMDS, Stress = 0,013). A dissimilaridade média (de acordo com SIMPER) foi de 90,37%. Quatro espécies (T. simrothi, L. cf. grandis, P. cicatricosa e L. myops) contribuíram com 70% das diferenças entre os locais de habitats urbanos e suburbanos. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Diversity and Species Composition of Ants in Urban and Suburban Environments in Bejaia City (Algeria): We conducted an ant inventory in urban and suburban spaces in Bejaia city to deal with this need for more information about ant biodiversity in the Algerian urban environment. The two methods, hand collecting, and pitfall traps, are carried out 24 days in three months (May, June, and July) of 2022. In the urban habitats, 2,653 ant individuals were collected, comprising ten species, six genera and three subfamilies. In the suburban habitats, 6,706 ant specimens were collected, comprising 19 species, 11 genera, and three subfamilies. The most abundant subfamilies in both urban and suburban habitats are Formicinae, followed by Myrmicinae and Dolichoderinae. The results showed that suburban habitats are more diversified (H’= 1.72) than urban habitats (H’= 1.25). The equitability values for suburban and urban habitats are moderate, with 0.58 and 0.54, respectively. The Jaccard similarity index value is 0.45, indicating an essential turnover of ant species between urban and suburban habitats. The ant community’s composition differed between sampled sites (NMDS, Stress = 0.013). The average dissimilarity (as per SIMPER) was 90.37%. Four species (T. simrothi, L. cf. grandis, P. cicatricosa, and L. myops) contributed to 70% of the differences between sites of urban and suburban habitats. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Quatro novos parasitas sociais inquilinos são descritos no gênero de formiga dolichoderínea Tapinoma da região Nearctic, e chaves de identificação são fornecidas para rainhas e machos das espécies de Tapinoma do Nearctic. As novas espécies de parasitas sociais representam as primeiras espécies inquilinas no gênero Tapinoma e os primeiros inquilinos confirmados conhecidos da subfamília de formigas Dolichoderinae. As quatro novas espécies parecem ser inquilinos sem operárias que exploram um único hospedeiro, Tapinoma sessile (Say), e representam pelo menos duas síndromes distintas de história de vida. Tapinoma incognitum Cover & Rabeling, sp. nov. é altamente derivado morfologicamente e é um inquilino tolerante à rainha hospedeira. Em contraste, T. inflatiscapus Cover & Rabeling, sp. nov. mostra um menor grau de modificação morfológica e parece ser um parasita social intolerante à rainha hospedeira. A história de vida de T. pulchellum Cover & Rabeling, sp. nov. é atualmente desconhecida, mas sua similaridade próxima com T. incognitum sugere que também é um inquilino tolerante à rainha hospedeira. A história de vida de T. shattucki Cover & Rabeling, sp. nov. ainda é incerta. Nossas descobertas fornecem novas percepções sobre a complexa biologia das síndromes de história de vida dos inquilinos de formigas. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Four new inquiline social parasite species in the dolichoderine ant genus Tapinoma (Hymenoptera, Formicidae): Four new inquiline social parasites are described in the dolichoderine ant genus Tapinoma from the Nearctic region, and keys are provided for queens and males of the Nearctic Tapinoma species. The new social parasite species represent the first inquiline species in the genus Tapinoma and the first confirmed inquilines known from the ant subfamily Dolichoderinae. The four new species appear to be workerless inquilines that exploit a single host, Tapinoma sessile (Say), and they represent at least two distinct life history syndromes. Tapinoma incognitum Cover & Rabeling, sp. nov. is highly derived morphologically and is a host-queen-tolerant inquiline. In contrast, T. inflatiscapus Cover & Rabeling, sp. nov. shows a lesser degree of morphological modification and appears to be a host-queen-intolerant social parasite. The life history of T. pulchellum Cover & Rabeling, sp. nov. is presently unknown, but its close similarity to T. incognitum suggests that it is also a host-queen-tolerant inquiline. The life history of T. shattucki Cover & Rabeling, sp. nov. is still uncertain. Our findings provide novel insights into the complex biology of ant inquiline life history syndromes. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Um estudo de campo de curta duração foi conduzido para documentar a diversidade de espécies e abundância de formigas em uma floresta decídua nos Ghats Ocidentais do Sul (Chinnar, Idukki, Kerala), Índia. No presente estudo, foram registradas 22 espécies de 18 gêneros e 06 subfamílias de formigas. A subfamília Myrmicinae teve o maior número de espécies (09), seguida por Formicinae (07), Ponerinae (03), Dolichoderinae (01), Dorylinae (01) e Pseudomyrmicinae (01). O gênero Camponotus teve o maior número de espécies (3), seguido por Monomorium (2) e Pheidole (2), com os demais gêneros tendo cada um uma espécie. Camponotus compressus, Solenopsis geminata e Oecophylla smaragdina foram as três espécies de formigas mais comuns, com Technomyrmex elatior, Leptogenys chinensis e Odontomachus sp. sendo as menos comuns (0,4%). O grupo funcional de formigas mais abundante foi o de Especialistas em Clima Tropical (6 espécies), seguido por Oportunistas e Myrmicinae Generalizados (5 espécies cada). Subordinados Camponotini (4 espécies), Predadores Especialistas (1 espécie) e Especialistas em Clima Quente (1 espécie) foram detectados como outros grupos funcionais de formigas na área de estudo. No geral, a área de estudo possui boa diversidade de espécies de formigas, que é uniforme em composição. O presente estudo fornece informações úteis sobre a composição da comunidade de formigas nos Ghats Ocidentais do Sul na Índia. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Diversity, relative abundance and functional group composition of ant community in a dry deciduous forest of the South Western Ghats, India: A short-term field study was conducted to document the species diversity and abundance of ants in a deciduous forest in the South Western Ghats (Chinnar, Idukki, Kerala), India. In the present study, 22 species from 18 genera and 06 subfamilies of ants were recorded. The Myrmicinae subfamily had the most species (09), followed by Formicinae (07), Ponerinae (03), Dolichoderinae (01), Dorylinae (01), and Pseudomyrmicinae (01). The genus Camponotus had the most species (3), followed by Monomorium (2) and Pheidole (2), with the remaining genera each having one species. Camponotus compressus, Solenopsis geminata, and Oecophylla smaragdina were the three most common ant species, with Technomyrmex elatior, Leptogenys chinensis, and Odontomachus sp. being the least common (0.4%). The most abundant functional group of ants was the Tropical climate Specialists (6 species), followed by Opportunists and Generalised Myrmicinae (5 species each). Subordinate Camponotini (4 species), Specialist Predators (1 species), and Hot climate Specialists (1 species) were detected as other functional groups of ants in the study area. Overall, the study area holds good ant species diversity, which is even in composition. The present study provides useful information on the composition of the ant community in the South Western Ghats in India. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Como os únicos registros diretos da história da evolução, é crucial determinar a origem geológica de fósseis contendo biota. Através da aplicação de microtomografia computadorizada por radiação síncrotron (SR-μ-CT), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), avaliação visual de fluorescência ultravioleta (UV-VS), datação por radiocarbono (quantificação de 14C) e investigação histórica, conseguimos identificar e classificar 161 peças (83 de âmbar Báltico, 71 de copal e 7 peças de goma Kauri) individualmente numeradas e em grande parte mal identificadas de resina de Defaunação da África Oriental (~145 anos) e copal (~390 anos), bem como âmbar Báltico (~35 milhões de anos) da coleção do Museu Filético. Com base nesta coleção, definimos duas novas espécies: ‡Amphientomum knorrei Weingardt, Bock & Boudinot, sp. nov. (Psocodea: Amphientomidae, copal) e †Baltistena nigrispinata Batelka, Tröger & Bock, sp. nov. (Coleoptera: Mordellidae, âmbar Báltico). Para táxons selecionados, fornecemos revisões sistemáticas do registro fóssil, incluindo: Amphientomidae, para os quais fornecemos uma chave para todas as espécies de Amphientomum, existentes e extintas, e reconhecemos a sinonímia júnior de Am. ectostriolatum Li, 2002 (uma emenda injustificada) sob Am. ectostriolate Li, 1999 (sin. nov.); o gênero de formiga fóssil †Yantaromyrmex e os clados Dorylinae, Plagiolepidini, Camponotus, Crematogaster e Pheidole (Formicidae); os Nevrorthidae (Neuroptera); e Doliopygus (Coleoptera: Curculionidae: Platypodinae). Sinonimizamos Palaeoseopsis Enderlein, 1925 com Amphientomum Pictet, 1854, syn. nov. e transferimos uma espécie de Amphientomum, formando Lithoseopsis indentatum (Turner, 1975), comb. nov. Para evitar o uso acrítico de fósseis não identificáveis atribuídos a Camponotus para análises macroevolutivas, transferimos 29 espécies para o gênero-forma †Camponotites Steinbach, 1967, que consideramos mais útil como incertae sedis nos Formicinae. Tratamos †Ctt. ullrichi (Bach-mayer, 1960), comb. nov. como não identificável, portanto inválido stat. nov. Também transferimos †Ca. mengei Mayr, 1868 e seu sinônimo júnior †Ca. igneus Mayr, 1868 para um novo gênero, †Eocamponotus Boudinot, gen. nov., que é incertae sedis nos Camponotini. Concluindo nossa revisão dos fósseis de Camponotus, transferimos †Ca. palaeopterus (Zhang, 1989) para Liometopum (Dolichoderinae), resultando em †L. palaeopterum comb. nov. e a sinonímia júnior de †Shanwangella Zhang, 1989, syn. nov. sob Liometopum Mayr, 1861. Como os espécimes-tipo dos gêneros †Palaeosminthurus Pierce & Gibron, 1962, stat. rev. e †Pseudocamponotus Carpenter, 1930 não são identificáveis devido à má preservação, consideramos esses táxons não identificáveis, portanto inválidos stat. nov. Para evitar o uso não fundamentado dos nomes fósseis disponíveis atribuídos a Crematogaster para pontos de calibração de datação de divergência, transferimos três espécies para um novo táxon coletivo que é incertae sedis em Myrmicinae, †Incertogaster Boudinot, gen. nov., formando †In. aurora (LaPolla & Greenwalt, 2015), †In. praecursor (Emery, 1891), comb. nov., e †In. primitiva (Radchenko & Dlussky, 2019), comb. nov. Finalmente, transferimos †Ph. cordata (Holl, 1829) de volta para Pheidole, e designamos um neótipo de nossa coleção de copal com base em todas as evidências disponíveis. Todas as novas espécies mais o neótipo de ‡Ph. cordata são representadas com citótipos 3D a partir de nossos dados de varredura μ-CT. Introduzimos a convenção de um símbolo de adaga dupla (‡) para indicar fósseis em copal ou resina de Defaunação, pois estes podem ainda estar extantes. Para contextualizar melhor nossos resultados, fornecemos uma discussão sobre a história e classificação do âmbar, bem como a localidade de Kleinkuhren, à qual múltiplos espécimes foram atribuídos. Concluímos com considerações sobre problemas biológicos-chave e o potencial crescente da μ-CT para a paleontologia filogenética. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Et latet et lucet: Discoveries from the Phyletisches Museum amber and copal collection in Jena, Germany: As the only direct records of the history of evolution, it is critical to determine the geological source of biota-bearing fossils. Through the application of synchrotron-radiation micro-computed tomography (SR-^-CT), Fourier-transformed infrared-spectroscopy (FT-IR), visual evaluation of ultraviolet fluorescence (UV-VS), radiocarbon dating (14C quantification), and historical sleuthing, we were able to identify and sort 161 (83 Baltic amber, 71 Copal and 7 Kauri gum pieces) individually numbered and largely mislabeled pieces of East African Defaunation resin (~145 years old) and copal (~390 years old), as well as Baltic amber (~35 million years old) from the Phyletisches Museum collection. Based on this collection, we define two new species: ‡Amphientomum knorrei Weingardt, Bock & Boudinot, sp. nov. (Psocodea: Amphientomidae, copal) and †Baltistena nigrispinata Batelka, Tröger & Bock, sp. nov. (Coleoptera: Mordellidae, Baltic amber). For selected taxa, we provide systematic reviews of the fossil record, including: Amphientomidae, for which we provide a key to all species of Amphientomum, extant and extinct, and recognize the junior synonymy of Am. ectostriolatum Li, 2002 (an unjustified emendation) under Am. ectostriolate Li, 1999 (syn. nov.); the fossil ant genus †Yantaromyrmex and the clades Dorylinae, Plagiolepidini, Camponotus, Crematogaster, and Pheidole (Formicidae); the Nevrorthidae (Neuroptera); and Doliopygus (Coleoptera: Curculionidae: Platypodinae). We synonymize Palaeoseopsis Enderlein, 1925 with Amphientomum Pictet, 1854, syn. nov. and transfer one species from Amphientomum, forming Lithoseopsis indentatum (Turner, 1975), comb. nov. To prevent the uncritical usage of unidentifiable fossils attributed to Camponotus for macroevolutionary analysis, we transfer 29 species to the form genus †Camponotites Steinbach, 1967, which we consider to be most useful as incertae sedis in the Formicinae. We treat †Ctt. ullrichi (Bach-mayer, 1960), comb. nov. as unidentifiable hence invalid stat. nov. We also transfer †Ca. mengei Mayr, 1868 and its junior synonym †Ca. igneus Mayr, 1868 to a new genus, †Eocamponotus Boudinot, gen. nov., which is incertae sedis in the Camponotini. Concluding our revision of Camponotus fossils, we transfer †Ca. palaeopterus (Zhang, 1989) to Liometopum (Dolichoderinae), resulting in †L. palaeopterum comb. nov. and the junior synonymy of †Shanwangella Zhang, 1989, syn. nov. under Liometopum Mayr, 1861. Because the type specimens of the genera †Palaeosminthurus Pierce & Gibron, 1962, stat. rev. and †Pseudocamponotus Carpenter, 1930 are unidentifiable due to poor preservation, we consider these taxa unidentifiable hence invalid stat. nov. To avoid unsupported use of the available fossils names attributed to Crematogaster for divergence dating calibration points, we transfer three species to a new collective taxon that is incertae sedis in Myrmicinae, †Incertogaster Boudinot, gen. nov., forming †In. aurora (LaPolla & Greenwalt, 2015), †In. praecursor (Emery, 1891), comb. nov., and †In. primitiva (Radchenko & Dlussky, 2019), comb. nov. Finally, we transfer †Ph. cordata (Holl, 1829) back to Pheidole, and designate a neotype from our copal collection based on all available evidence. All new species plus the neotype of ‡Ph. cordata are depicted with 3D cybertypes from our µ-CT scan data. We introduce the convention of a double dagger symbol (‡) to indicate fossils in copal or Defaunation resin, as these may yet be extant. To further contextualize our results, we provide a discussion of amber history and classification, as well as the Kleinkuhren locality, to which multiple specimens were attributed. We conclude with conspecti on key biological problems and increasing potential of µ-CT for phylogenetic paleontology. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Ecossistemas estuarinos e de zonas úmidas estão se tornando cada vez mais alterados pela concentração da população humana próxima ao litoral. Uma grande ameaça à biodiversidade relacionada a isso é a introdução de espécies exóticas invasoras. Este é particularmente o caso de ecossistemas isolados como ilhas, onde a invasão de espécies não nativas é frequentemente prejudicial. O Parque Nacional das Ilhas Ehotilés é um arquipélago de 6 ilhas e um sítio RAMSAR sujeito a perturbações, nomeadamente agricultura, pesca ilegal e turismo. Esses fatores frequentemente atuam como aceleradores para a introdução de espécies invasoras. No entanto, há uma falta de pesquisa sobre insetos, especificamente formigas, nessas ilhas. Este estudo teve como objetivo inventariar a fauna de formigas presente e estimar a vulnerabilidade a espécies de formigas tramp e potencialmente invasoras. As formigas foram coletadas usando armadilhas Winkler, pitfall e funil em cinco ilhas. No total, 76 espécies de formigas foram registradas. Essas espécies estão distribuídas em 20 gêneros e cinco subfamílias: Dolichoderinae (5 espécies), Formicinae (11 espécies), Myrmicinae (49 espécies), Ponerinae (11 espécies) e Proceratiinae (1 espécie). Também detectamos duas espécies tramp e potencialmente invasoras: a formiga-fantasma Tapinoma melanocephalum e a formiga-cabeçuda Pheidole megacephala. As comunidades de formigas são dominadas por seis espécies, nomeadamente Odontomachus troglodytes, Oecophylla longinoda, Nylanderia lepida, Pheidole sp.2, Monomorium invidium e a formiga-fantasma invasora Tapinoma melanocephalum. Este trabalho é o primeiro a inventariar formigas nas Ilhas do Parque Nacional de Ehotilés e pode servir como base para decisões de conservação, pois demonstra que este parque não está imune à introdução de espécies de formigas invasoras. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

First inventory of Ants (Hymenoptera: Formicidae) with detection of potentially invasive species in National Park of Ehotilés islands, Côte d'Ivoire: Estuarine and wetland ecosystems are becoming increasingly altered by the concentration of human population near the coastline. A major threat to biodiversity related to this is the introduction of invasive alien species. This is particularly the case for isolated ecosystems like islands where the invasion of non-native species is often harmful. The National Park of Ehotilés Islands is an archipelago of 6 islands and a RAMSAR site subjected to disturbances, namely agriculture, illegal fisheries, and tourism. These factors often act as an accelerator for the introduction of invasive species. However, there is a lack of research on insects, specifically ants, on these islands. This study aimed to inventory the present ant fauna and estimate the vulnerability to tramp and potential invasive ant species. Ants were collected using Winkler, pitfall, and funnel traps on five islands. In total, 76 ant species were recorded. These species are distributed into 20 genera and five subfamilies: Dolichoderinae (5 species), Formicinae (11 species), Myrmicinae (49 species), Ponerinae (11 species) and Proceratiinae (1 species). We also detected two tramp and potentially invasive species: the ghost ant Tapinoma melanocephalum and the big-headed ant Pheidole megacephala. Ant communities are dominated by six species, namely Odontomachus troglodytes, Oecophylla longinoda, Nylanderia lepida, Pheidole sp.2, Monomorium invidium, and the invasive ghost ant Tapinoma melanocephalum. This work is the first to inventory ants on the Islands of Ehotilés National Park and may serve as a basis for conservation decisions as it demonstrates that this park is not spared from the introduction of invasive ant species. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Dois tipos de habitat no Parque de Biodiversidade Emil Salim (ESBP), floresta e agrofloresta de Acácia, foram especificamente pesquisados neste estudo. Amostras de formigas foram coletadas em transectos estabelecidos para atingir a borda, meio e porção interior de cada habitat. O procedimento de amostragem utilizou o Protocolo Quadra que combina quatro técnicas de levantamento de formigas; armadilhas com isca de mel, amostras de solo, peneiramento de serapilheira e coleta manual. O levantamento registrou 27 espécies de formigas de 19 gêneros, 9 tribos e 5 subfamílias. Formicinae foi a subfamília com mais membros registrados (10 espécies), seguida por Myrmicinae e Ponerinae (7 espécies cada), Dolichoderinae (4 espécies) e Dorylinae (1 espécie). Anoplolepis gracilipes dominou o habitat florestal com 742 indivíduos coletados, seguida por Tapinoma melanocephalum e Monomorium floricola com 336 e 161 indivíduos amostrados respectivamente. No habitat de agrofloresta, Monomorium floricola foi observada como a espécie mais abundante (267 indivíduos), seguida por Crematogaster baduvi (155 indivíduos), Paratrechina longicornis (145 indivíduos) e Anoplolepis gracilipes (135 indivíduos). Os dois habitats apresentaram diversidade moderada de formigas (H' = 1,8), embora a agrofloresta de acácia tenha tido diversidade de formigas mais rica que o habitat florestal (20 versus 16 espécies). © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Ant (Hymenoptera, Formicidae) diversity at a rehabilitated coal mining area in Sawahlunto city, West Sumatera: Two habitat types in Emil Salim Biodiversity Park (ESBP), forest and Acacia agroforestry, were specifically surveyed in this study. Ant samples were collected at transects which erected to target the edge, middle, and interior portion of each habitat. Sampling procedure used Quadra Protocol which combining four ant survey techniques; honey-baited traps, soil core, leaf litter sifting, and hand collection. The survey recorded 27 ant species from 19 genera, 9 tribes, and 5 subfamilies. Formicinae became subfamily with the most members recorded (10 species), followed by Myrmicinae and Ponerinae (7 species each), Dolichoderinae (4 species), and Dorylinae (1 species). Anoplolepis gracilipes dominated forest habitat with 742 individuals collected, tailed by Tapinoma melanocephalum and Monomorium floricola which were respectively with 336 and 161 individuals sampled. At agroforestry habitat, Monomorium floricola was observed as the most abundant species (267 individuals), followed by Crematogaster baduvi (155 individuals), Paratrechina longicornis (145 individuals), and Anoplolepis gracilipes (135 individuals). The two habitats had moderate ant diversity (H’ = 1.8), despite acacia agroforestry had richer ant diversity than forest habitat (20 versus 16 species number). © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Um total de 22 espécies são reconhecidas entre a fauna de Technomyrmex da Tailândia e do Laos. Elas pertencem a sete grupos de espécies: grupo T. albipes (T. albipes, T. butteli, T. brunneus, T. difficilis, T. elatior, T. modiglianii, T. vitiensis e T. yamanei); grupo T. bicolor (T. horni, T. kraepelini, T. lisae, T. obscurior, T. schimmeri e T. sundaicus); grupo T. grandis (T. grandis e T. wheeleri); grupo T. pratensis (T. pratensis); grupo T. reductus (T. champasakensis sp. nov. e T. reductus); grupo T. strenuus (T. strenuus e T. tatius); e grupo T. textor (T. dubius). A nova espécie T. champasakensis é descrita do sul do Laos, Província de Champasak. Quatro espécies: T. dubius, T. schimmeri, T. sundaicus e T. tatius, são registradas pela primeira vez na Tailândia. A maioria das espécies do gênero encontradas na Tailândia e no Laos são claramente monomórficas na casta operária, mas algumas espécies como T. elatior, T. modiglianii, T. yamanei e T. lisae apresentam variação notável no tamanho das operárias. Intercastas estão presentes em todas as espécies examinadas nos grupos T. albipes e T. strenuus. Uma chave para as espécies tailandesas e laosianas é fornecida com base na casta operária. Informações bionômicas e de distribuição são apresentadas para cada espécie. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

A REVISION OF THE ANT GENUS TECHNOMYRMEX MAYR, 1872 (HYMENOPTERA: FORMICIDAE: DOLICHODERINAE) IN THAILAND AND LAOS: A total of 22 species are recognized among the Technomyrmex fauna of Thailand and Laos. They belong to seven species groups: T. albipes group (T. albipes, T. butteli, T. brunneus, T. difficilis, T. elatior, T. modiglianii, T. vitiensis, and T. yamanei); T. bicolor group (T. horni, T. kraepelini, T. lisae, T. obscurior, T. schimmeri, and T. sundaicus); T. grandis group (T. grandis and T. wheeleri); T. pratensis group (T. pratensis); T. reductus group (T. champasakensis sp. nov., and T. reductus); T. strenuus group (T. strenuus and T. tatius); and T. textor group (T. dubius). The new species T. champasakensis is described from southern Laos, Champasak Province. Four species: T. dubius, T. schimmeri, T. sundaicus, and T. tatius, are newly recorded from Thailand. Most species of the genus found in Thailand and Laos are clearly monomorphic in worker caste, but a few species such as T. elatior, T. modiglianii, T. yamanei, and T. lisae have noticeable worker size variation. Intercastes are present in all the examined species in the T. albipes and T. strenuus groups. A key to the Thai and Lao species is provided based on the worker caste. Bionomic and distribution information is presented for each species. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Espécimes depositados em coleções de Museus de História Natural são vitais para o estudo da biodiversidade, fatores humanos de perda de biodiversidade e outros problemas ambientais e socioeconômicos. Apesar dos avanços recentes no preenchimento de nossas lacunas de conhecimento sobre a mirmecofauna do Chipre, a biodiversidade da ilha é considerada subamostrada. Neste artigo, são examinados espécimes de formigas do Chipre depositados nos Museus de História Natural de Creta, da Universidade Agrícola de Atenas (Grécia), do Museu de História Natural de Genebra (Suíça), do Instituto Real Belga de Ciências Naturais (Bélgica) e do Museu Biológico da Universidade de Lund (Suécia), apresentando um total de 163 espécimes pertencentes a 24 espécies examinadas. Stigmatomma denticulatum Roger, 1859 (Amblyoponinae), Myrmecina graminicola (Latreille, 1802), Stenamma debile (Foerster, 1850) (Myrmicinae) e Cryptopone ochracea (Mayr, 1855) (Ponerinae) são relatadas pela primeira vez para a ilha do Chipre, elevando sua diversidade conhecida de formigas de 77 para 81 espécies, enquanto dados adicionais de distribuição são fornecidos para espécies com apenas um pequeno número de registros de distribuição, ou seja, Tapinoma festae Emery, 1925 (Dolichoderinae), Aphaenogaster subterraneoides Emery, 1881 (Myrmicinae) e Hypoponera eduardi (Forel, 1894) (Ponerinae). © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

New distributional data and species records of Cypriot ants (Hymenoptera: Formicidae) based on museum collections: Specimens deposited in Natural History Museum collections are vital for the study of biodiversity, human drivers of biodiversity loss, and other environmental and socioeconomic problems. Despite recent advances in filling our knowledge gaps regarding the myrmecofauna of Cyprus, the island’s biodiversity is considered to be under-sampled. In this article, ant specimens from Cyprus deposited at the Natural History Museums of Crete, the Agricultural University of Athens (Greece), the Muséum d'Histoire Naturelle de Genève (Switzerland), the Royal Belgian Institute of Natural Sciences (Belgium), and the Lund University Biological Museum (Sweden) are examined, presenting a total of 163 specimens belonging to 24 species examined. Stigmatomma denticulatum Roger, 1859 (Amblyoponinae), Myrmecina graminicola (Latreille, 1802), Stenamma debile (Foerster, 1850) (Myrmicinae), and Cryptopone ochracea (Mayr, 1855) (Ponerinae) are reported for the first time for the island of Cyprus, raising its known ant diversity from 77 to 81 species, while additional distributional data are given for species with only a handful of distributional records, i.e. Tapinoma festae Emery, 1925 (Dolichoderinae), Aphaenogaster subterraneoides Emery, 1881 (Myrmicinae), and Hypoponera eduardi (Forel, 1894) (Ponerinae). © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A agricultura intensiva e a monocultura levam à redução significativa, ou perda, da biodiversidade inicial. Esta redução ou perda de biodiversidade pode ser mitigada pela presença de quebra-ventos ao redor dos campos que servem não apenas como barreira natural contra condições climáticas adversas, mas também como refúgio para organismos críticos. O objetivo deste estudo foi determinar o papel das quebra-ventos naturais na conservação de formigas na Estação Experimental do Centro de Pesquisa Agronômica da Savana Úmida em Kolokopé (Togo). A diversidade de formigas foi avaliada em dois campos de algodão e seus quebra-ventos naturais circundantes usando armadilhas de queda e método de monolito em transectos de 100 m x 2 m. No total, 58 espécies de formigas pertencentes a 22 gêneros em seis subfamílias (Dolichoderinae, Dorylinae, Formicinae, Myrmicinae, Ponerinae e Proceratinae) foram identificadas. A riqueza de espécies de formigas foi maior nos quebra-ventos (43 e 36 espécies) do que nos campos de algodão (15 e 19). A ocorrência de formigas também foi maior nos quebra-ventos (35,65% e 36,24%) do que nos campos de algodão (11,69% e 16,42%). Trinta e quatro das 58 espécies foram amostradas exclusivamente nos quebra-ventos, comparado a apenas duas espécies amostradas exclusivamente nos campos de algodão (Crematogaster sp.3 e Lepisiota sp.3), enquanto apenas três espécies foram comuns a todos os habitats (Camponotus flavomarginatus Mayr, 1862, Tetramorium sp.1 e Tetramorium simillimum (Smith, 1851)). O estudo mostra que as formigas foram mais diversificadas e ativas nos quebra-ventos do que nos campos de algodão. Os quebra-ventos, caracterizados por menor distúrbio antrópico, podem funcionar como refúgio para formigas dentro deste agroecossistema. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Role of windbreaks on ants (Hymenoptera, Formicidae) conservation in a cotton-growing agroecosystem of the humid savannah in Togo: Intensive agriculture and monoculture lead to significant reduction, or loss, of the initial biodiversity. This reduction or loss of biodiversity, can be mitigated by the presence of windbreaks around the fields that serve not only as natural barrier against adverse weather conditions but also as refuge for critical organisms. The aim of this study was to determine the role of natural windbreaks in the conservation of ants at the Experimental Station of the Centre de Recherche Agronomique de la Savane Humide in Kolokopé (Togo). Ants’ diversity was assessed in two cotton fields and their surrounding natural windbreaks using pitfall traps and monolith method in 100 m x 2 m transects. In total, 58 ant species belonging to 22 genera in six subfamilies (Dolichoderinae, Dorylinae, Formicinae, Myrmicinae, Ponerinae and Proceratinae) were identified. The species richness of ants was higher in the windbreaks (43 and 36 species) than the cotton fields (15 and 19). The occurrence of ants was also higher in the windbreaks (35.65 % and 36.24 %) than the cotton fields (11.69 % and 16.42 %). Thirty-four out of the 58 species were sampled exclusively in the windbreaks, compared to only two species exclusively sampled in the cotton fields (Crematogaster sp.3 and Lepisiota sp.3), while only three species were common for all the habitats (Camponotus flavomarginatus Mayr, 1862, Tetramorium sp.1 and Tetramorium simillimum (Smith, 1851)). The study shows that ants were more diversified and active in the windbreaks than the cotton fields. Windbreaks, characterized by less anthropic disturbance, could function as refuge for ants within this agroecosystem. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

As formigas há muito são consideradas insetos onipresentes que são indicadores de mudanças ambientais e ecossistemas. Compreender os padrões de riqueza de espécies de formigas ao longo de gradientes de elevação é crucial para elucidar suas funções ecológicas dentro dos ecossistemas. No entanto, atualmente não há um consenso abrangente sobre o padrão. Neste estudo, exploramos o padrão de riqueza de espécies de formigas ao longo de um gradiente de elevação na região do Monte Daliang (Sichuan, China), um hotspot de conservação da biodiversidade na China. A riqueza de espécies de formigas foi investigada usando 115 parcelas de 50 × 50 m de tamanho, distribuídas em 12 faixas de elevação com intervalo de 250 m entre 750 e 3500 m acima do nível do mar. Identificamos 157 espécies de formigas de 51 gêneros e sete subfamílias. Myrmicinae foi a subfamília mais diversa, consistindo de 20 gêneros e 84 espécies, seguida por Formicinae, Dolichoderinae, Ponerinae, Dorylinae, Amblyoponinae e Proceratiinae. Encontramos um padrão de distribuição unimodal da riqueza de espécies de formigas ao longo do gradiente de elevação, com a maior riqueza de espécies de formigas ocorrendo em elevações médias. Este padrão em forma de corcova da riqueza de espécies de formigas foi apresentado juntamente com a variação de temperatura. Além disso, nossos resultados indicaram que as espécies de formigas que forrageiam no solo foram as mais abundantes nesta região e que as formigas preferem nidificar no solo. Nossas descobertas destacam a importância da elevação na influência da riqueza de espécies de formigas na Montanha Daliang, Sichuan, China, e fornecem novas percepções sobre os possíveis fatores determinantes dos gradientes de elevação nas comunidades de espécies de formigas. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Testing a Hump-Shaped Pattern with Increasing Elevation for Ant Species Richness in Daliang Mountain, Sichuan, China: Ants have long been regarded as ubiquitous insects that are indicators of environmental change and ecosystems. Understanding the patterns of ant species richness along elevational gradients is crucial for elucidating their ecological functions within ecosystems. However, there is currently no comprehensive consensus on the pattern. In this study, we explored the pattern of ant species richness along an elevational gradient in the Mt. Daliang region (Sichuan, China), a biodiversity conservation hotspot in China. The ant species richness was investigated using 115 plots 50 × 50 m in size, distributed across 12 elevation bands of 250 m interval between 750 to 3500 m a.s.l. We identified 157 ant species from 51 genera and seven subfamilies. Myrmicinae was the most diverse subfamily, consisting of 20 genera and 84 species, followed by Formicinae, Dolichoderinae, Ponerinae, Dorylinae, Amblyoponinae, and Proceratiinae. We found a unimodal distribution pattern of ant species richness along the elevational gradient, with the highest ant species richness occurring at mid-elevations. This hump-shaped pattern of ant species richness was presented alongside the temperature variation. Furthermore, our results indicated that ground-foraging ant species were the most abundant in this region and that ants prefer to nest in the soil. Our findings highlight the importance of elevation in influencing ant species richness in Daliang Mountain, Sichuan, China, and provide novel insights into the potential drivers of elevational gradients in ant species communities. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

O gênero de formiga Tapinoma Foerster, 1850 é um grupo moderadamente diverso (81 espécies válidas) que ocorre mundialmente. Ele inclui a espécie sinantrópica T. melanocephalum, cuja história evolutiva, origem biogeográfica e limites populacionais permanecem pouco claros. Aqui, apresentamos uma filogenia com datação temporal e uma inferência da história biogeográfica do gênero baseada em milhares de loci de Elementos Ultraconservados (UCE). Focando em T. melanocephalum, utilizamos polimorfismos de nucleotídeo único de loci UCE e sequências de COI para analisar limites de espécies baseados em DNA nuclear e mitocondrial. Recuperamos um Tapinoma monofilético com uma idade basal estimada correspondente ao Eoceno médio (49,4 a 34,4 milhões de anos). Os dados filogenômicos diferenciaram T. melanocephalum de T. jandai, uma espécie recentemente estabelecida com base na morfologia, e revelaram que as duas espécies divergiram há aproximadamente 12 milhões de anos. Análises de genética populacional identificaram considerável divergência molecular entre as populações amostradas de T. melanocephalum, e uma estrutura genética heterogênea, mostrando uma fraca relação entre diferenciação genética e distância geográfica. Uma comparação filogeográfica das preferências de habitat de T. melanocephalum revelou uma mudança ecológica de ambientes não perturbados para ambientes urbanos, um fenômeno que pode ter facilitado sua distribuição ubíqua e global. Nosso estudo apresenta o primeiro quadro filogenômico para este gênero de formiga globalmente distribuído e delineia molecularmente uma espécie de formiga praga de distribuição mundial. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Molecular Phylogenetics, Phylogenomics, and PhylogeographyA phylogenomic overview of the ant genus Tapinoma Foerster, 1850 (Formicidae: Dolichoderinae), with the phylogeographic history of the ghost ant Tapinoma melanocephalum: The ant genus Tapinoma Foerster, 1850 is a moderately diverse group (81 valid species) that occurs worldwide. It includes the tramp species T. melanocephalum, whose evolutionary history, biogeographic origin, and population limits remain unclear. Here, we present a time-calibrated phylogeny and a biogeographic history inference of the genus based on thousands of Ultraconserved Element (UCE) loci. Focusing on T. melanocephalum, we used single nucleotide polymorphisms from UCE loci and COI sequences to analyze species boundaries based on nuclear and mitochondrial DNA. We recovered a monophyletic Tapinoma with an estimated crown age corresponding to middle Eocene (49.4 to 34.4 Ma). Phylogenomic data differentiated T. melanocephalum from T. jandai, a recently established species based on morphology, and revealed that the 2 species diverged ∼12 Ma. Population genetic analyses identified considerable molecular divergence among sampled T. melanocephalum populations, and a heterogeneous genetic structure, showing a weak relationship between genetic differentiation and geographic distance. A phylogeographic comparison of habitat preferences of T. melanocephalum revealed an ecological shift from undisturbed to urban environments, a phenomenon which may have facilitated its ubiquitous and global distribution. Our study presents the first phylogenomic framework for this globally distributed ant genus and molecularly delineates a worldwide pest ant species. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

As formigas são indicadoras de perturbação do habitat e fornecedoras-chave de serviços e desserviços ecológicos para atividades agrícolas. Avaliamos a riqueza de espécies e a estrutura funcional de comunidades de formigas em olivais da região da Cabília, no norte da Argélia. Comparamos três métodos de amostragem (armadilhas de queda, captura manual e armadilhas com isca) em quatro pomares com diferentes elevações. Identificamos 53 espécies de formigas pertencentes a 17 gêneros e quatro subfamílias: Dorylinae, Dolichoderinae, Formicinae e Myrmicinae. A riqueza de espécies variou entre os pomares de 24 a 30, com curvas de acumulação de espécies sugerindo cobertura satisfatória em todos os locais. A captura manual teve o maior sucesso por esforço, enquanto as iscas apresentaram o pior desempenho. No geral, os olivais da Cabília foram mais ricos em espécies do que muitos habitats agrícolas mediterrâneos e até mesmo alguns habitats naturais documentados na literatura, revelando diversidade de formigas relativamente alta. As formigas foram classificadas em oito grupos funcionais, com uma composição geral comparável a estudos semelhantes realizados no sul da Europa. Especialistas em Clima Quente, Myrmicinae Generalizados e Oportunistas dominaram, destacando o papel do estresse térmico na composição funcional das comunidades de formigas nos locais de estudo. Muitas espécies detectadas podem contribuir para serviços ecológicos-chave, incluindo enriquecimento do solo e controle biológico de ervas daninhas e insetos. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Estimating the Taxonomic Richness and Functional Structure of Ant Communities in Olive Groves of Kabylia, Algeria: Ants are indicators of habitat disturbance and key providers of ecological services and disservices to agricultural activities. We assessed species richness and functional structure of ant communities in olive groves of the Kabylia region, in northern Algeria. We compared three sampling methods (pitfall traps, hand capture, and bait traps) in four orchards with different elevations. We identified 53 ant species belonging to 17 genera and four subfamilies: Dorylinae, Dolichoderinae, Formicinae, and Myrmicinae. Species richness varied among orchards from 24 to 30, with species accumulation curves suggesting satisfactory coverage at all sites. Hand capture had the highest success per effort, while baits performed the worst. Overall, Kabylia's olive groves were richer in species than many Mediterranean agricultural and even some natural habitats documented in the literature, revealing relatively high ant diversity. Ants were classified into eight functional groups, with an overall composition comparable to similar studies conducted in southern Europe. Hot Climate Specialists, Generalised Myrmicinae, and Opportunists dominated, highlighting the role of thermal stress on the functional composition of the ant communities in the study sites. Many detected species may contribute to key ecological services, including soil enrichment and biological control of weeds and insects. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Utilizando dados de sequenciamento de próxima geração, os mitogenomas completos de seis espécies do gênero Tapinoma foram montados. Este estudo explora os genomas mitocondriais de espécies de Tapinoma, entre elas as cinco espécies do complexo Tapinoma nigerrimum, comparando-os entre si e com outras espécies da subfamília Dolichoderinae para compreender suas relações evolutivas e evolução. Os genomas mitocondriais de Tapinoma contêm o conjunto típico de 13 genes codificadores de proteínas, dois genes de RNA ribossômico, 22 RNAs de transferência e a região controle rica em A + T. Uma análise filogenética utilizando as sequências de genes codificadores de proteínas de mitogenomas disponíveis de Dolichoderinae apoia a natureza monofilética do gênero Tapinoma, com o complexo T. nigerrimum formando um clado bem suportado. Achados importantes incluem características genéticas exclusivas do complexo T. nigerrimum, como um códon de início no gene atp8 e um códon de parada completo em cox1, distinguindo-os de outras espécies de Tapinoma. Adicionalmente, um rearranjo gênico envolvendo tRNA-Trp, tRNA-Cys e tRNA-Tyr foi encontrado exclusivamente nas espécies de Tapinoma, sugerindo um potencial marcador filogenético para o gênero. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

A Comparative Analysis of Mitogenomes in Species of the Tapinoma nigerrimum Complex and Other Species of the Genus Tapinoma (Formicidae, Dolichoderinae): Using next-generation sequencing data, the complete mitogenomes of six species from the genus Tapinoma were assembled. This study explores the mitochondrial genomes of Tapinoma species, among them the five species from the Tapinoma nigerrimum complex, comparing them with each other and with other species from Dolichoderinae subfamily to understand their evolutionary relationships and evolution. Tapinoma mitochondrial genomes contain the typical set of 13 protein-coding genes, two ribosomal RNA genes, 22 transfer RNAs, and the A + T-rich control region. A phylogenetic analysis using the protein-coding gene sequences from available Dolichoderinae mitogenomes supports the monophyletic nature of the genus Tapinoma, with the T. nigerrimum complex forming a well-supported clade. Key findings include genetic traits unique to the T. nigerrimum complex, such as a start codon in the atp8 gene and a complete stop codon in cox1, distinguishing them from other Tapinoma species. Additionally, a gene rearrangement involving tRNA-Trp, tRNA-Cys, and tRNA-Tyr was found exclusively in the Tapinoma species, suggesting a potential phylogenetic marker for the genus. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Tapinoma onaele sp. nov. da região de Kodagu dos Gates Ocidentais, Índia, é descrita como a quarta espécie do grupo de espécies Tapinoma lugubre. Esta espécie é morfologicamente próxima de Tapinoma himalaicum Bharti et al., 2013, pois ambas possuem escapes longos e margens clipeais anteromediais profundas e côncavas. No entanto, difere de T. himalaicum por ter um corpo mais escuro e acastanhado, contrastando com um gáster mais escuro, escapes mais longos e a superfície dorsal do propódeo ser convexa e elevar-se acima do mesonoto. Uma chave de identificação para operárias do grupo de espécies Tapinoma lugubre é fornecida. Tapinoma onaele sp. nov. é crepuscular e noturna, nidifica no solo e forrageia na serapilheira. A espécie foi observada carregando sementes, insetos e cuidando de cochonilhas (Hemiptera), sugerindo que é generalista como outros membros de Tapinoma. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

A new species of the genus Tapinoma Foerster, 1850 (Hymenoptera: Formicidae) from the Western Ghats, India: Tapinoma onaele sp. nov. from the Kodagu region of the Western Ghats, India, is described as the fourth species in the Tapinoma lugubre species group. This species is morphologically close to Tapinoma himalaicum Bharti et al., 2013, as both have long scapes and deep and concave anteromedial clypeal margins. However, it differs from T. himalaicum in having a darker and brownish body, contrasting with a darker gaster, longer scapes, and the dorsal surface of the propodeum being convex and rising above the mesonotum. An identification key for workers of the Tapinoma lugubre species group is provided. Tapinoma onaele sp. nov. is crepuscular and nocturnal, ground-nesting, and forages in the leaf litter. The species was observed carrying seeds, insects, and tending scale insects (Hemiptera), suggesting it is generalist like other members of Tapinoma. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

O fogo é uma força evolutiva fundamental que influencia a forma e a função dos ecossistemas de savana. Esses habitats evoluem junto com o fogo, que é essencial para preservar o equilíbrio ecológico. No entanto, o fogo também pode afetar a biodiversidade, incluindo populações de invertebrados que são críticas para os processos ecossistêmicos. Frequências de queima prescrita são frequentemente implementadas para reduzir o risco de incêndios florestais, mas seus impactos na biodiversidade permanecem pouco explorados. O presente estudo avaliou os efeitos da frequência de fogo na dinâmica populacional e biodiversidade de invertebrados do solo usando um experimento de fogo de 41 anos na Universidade de Fort Hare na cidade de Alice, Província do Cabo Oriental (África do Sul). O experimento incluiu seis tratamentos de queima diferentes: sem queima, anual, bienal, trienal, quadrienal e sexenal, dispostos em um delineamento inteiramente casualizado com duas repetições. Usando formigas como grupo indicador, os resultados demonstraram que não houve diferenças significativas (F<inf>(11, 1)</inf> = 0,676; p = 0,848) de espécies de insetos epígeos entre diferentes regimes de fogo. Os achados mostraram ainda que as frequências de fogo não tiveram efeito significativo nas métricas de diversidade alfa dos insetos, incluindo diversidade de Shannon, riqueza de espécies e equitabilidade de Pielou. Comunidades de minhocas também não mostraram diferenças significativas entre os tratamentos (F<inf>(11, 1)</inf> = 1,737; p = 0,161), conforme indicado pela análise de matriz de dissimilaridade. Embora a maioria das formigas (5982 no total) tenha sido capturada em todos os tratamentos, a maioria das espécies pertenceu às subfamílias Myrmicinae e Formicinae, com menores abundâncias observadas nas subfamílias Ponerinae e Dolichoderinae, exceto no tratamento quadrienal. A Tetramorium capense, um membro da subfamília Myrmicinae, foi a espécie mais prevalente em todos os regimes de fogo. Além disso, análises de agrupamento e de componentes principais não revelaram correlações significativas entre parâmetros químicos do solo e assembleias de artrópodes entre os diferentes tratamentos de queima. De modo geral, os achados sugerem que as frequências de queima prescrita não tiveram efeitos prejudiciais no ambiente estudado, conforme indicado pelas espécies bioindicadoras utilizadas. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Investigation of the responses of soil invertebrate communities to four decades of prescribed fire frequency levels in semi-arid savanna rangelands: Fire is a key evolutionary force that influences the form and function of savanna ecosystems. These habitats evolve alongside fire, which is essential for preserving ecological equilibrium. However, fire can also affect biodiversity, including invertebrate populations that are critical to the ecosystem processes. Prescribed fire frequencies are often implemented to reduce the risk of wildfire, but their impacts on biodiversity remain under-explored. The current study assessed the effects of fire frequency on the population dynamics and biodiversity of soil invertebrates using a 41-year-old fire experiment at The University of Fort Hare in Alice town, Eastern Cape Province (South Africa). The experiment included six different burning treatments: no-burn, annual, biannual, triennial, quadrennial, and sexennial burning, arranged in a completely randomised design with two replications. Using ants as an indicator group, the results demonstrated that there were no significant differences (F<inf>(11, 1)</inf> = 0.676; p = 0.848) of ground-dwelling insect species between different fire regimes. Findings further showed that fire frequencies had no significant effect on the insects’ alpha diversity metrics, including Shannon diversity, species richness, and Pielou's evenness. Earthworm communities also showed no significant differences across treatments (F<inf>(11, 1)</inf> = 1.737; p = 0.161), as indicated by the dissimilarity matrix analysis. Although most of the ants (5982 in total) were caught across all treatments, the majority of species belonged to the Myrmicinae and Formicinae subfamilies, with lower abundances observed in the Ponerinae and Dolichoderinae subfamilies, except in the quadrennial treatment. The Tetramorium capense, a member of the Myrmicinae subfamily, was the most prevalent species across all fire regimes. Furthermore, cluster and principal component analyses revealed no significant correlations between soil chemical parameters and arthropod assemblages across the different burning treatments. Generally, the findings suggest that prescribed fire frequencies did not have detrimental effects on the studied environment, as indicated by the bioindicator species used. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Um inventário faunístico na região de Béni Abbès, noroeste do Saara Ocidental da Argélia, revelou 23 táxons de formigas (8614 indivíduos) de 3 subfamílias: Myrmicinae, Formicinae e Dolichoderinae. O gênero mais diverso foi Cataglyphis, com 5 espécies. Quatro espécies foram comuns em todos os biótopos: Camponotus thoracicus, Cataglyphis bombycina, Messor arenarius e Monomorium salomonis obscuriceps. A abundância relativa das espécies de formigas variou entre os ambientes, com Lepisiota frauenfeldi, Cataglyphis bicolor, Pheidole pallidula, Messor arenarius e Tapinoma nigerrimum dominantes no palmeiral, e M. arenarius e C. bombycina dominantes no Grande Erg Ocidental. Seis espécies constantes foram encontradas no palmeiral, quatro no Grande Erg Ocidental e nenhuma no Reg. A distribuição das formigas foi considerada seguir a da flora, que direta ou indiretamente sustenta seu suprimento alimentar. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Ant population diversity in various habitats of Northwestern Algerian Sahara: A faunistic inventory in the Béni Abbès region, Northwestern Western Sahara of Algeria, revealed 23 ant taxa (8614 individuals) from 3 subfamilies: Myrmicinae, Formicinae, and Dolichoderinae. The most diverse genus was Cataglyphis, with 5 species. Four species were common across all biotopes: Camponotus thoracicus, Cataglyphis bombycina, Messor arenarius, and Monomorium salomonis obscuriceps. The relative abundance of ant species varied across environments, with Lepisiota frauenfeldi, Cataglyphis bicolor, Pheidole pallidula, Messor arenarius, and Tapinoma nigerrimum dominant in the palm grove, and M. arenarius and C. bombycina dominant in the Grand Erg Occidental. Six constant species were found in the palm grove, four in the Grand Erg Occidental, and none in the Reg. The distribution of ants was found to follow that of the flora, which directly or indirectly supports their food supply. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tribo de borboletas Luciini (Theclinae), que atualmente inclui 22 espécies, está restrita à Austrália e à Nova Guiné continental e suas ilhas adjacentes. Todas as espécies parecem ter associações obrigatórias e altamente especializadas com formigas, e metade delas é conhecida ou presumida como mirmecófaga. Apesar de progressos consideráveis na taxonomia e classificação, atualmente não existe uma hipótese filogenética robusta para a tribo que possa formar uma estrutura para melhor compreensão da evolução do atendimento por formigas no grupo. Aqui, reconstruímos a filogenia dos Luciini com base em um extenso conjunto de dados moleculares (até 391 loci genéticos para 101 amostras do grupo interno representando 17 (77%) espécies e todos os quatro gêneros). Análises bayesianas e de máxima verossimilhança descobriram que o gênero Pseudodipsas C. & R. Felder é polifilético, com a espécie Pseudodipsas cephenes Hewitson distantemente relacionada à espécie-tipo Pseudodipsas eone (C. & R. Felder). Evidências morfológicas comparativas corroboram nossos resultados filogenéticos moleculares e apoiam o estabelecimento de um novo gênero monotípico, Paradipsas Braby, gen. nov., para acomodar a espécie Paradipsas cephenes (Hewitson) comb. nov. As relações filogenéticas entre gêneros em nossas árvores bem suportadas são as seguintes: Lucia Swainson + (Pseudodipsas + (Paralucia Waterhouse & R.E. Turner + (Paradipsas + Acrodipsas Sands))). O ancestral da tribo provavelmente associou-se com formigas Dolichoderinae (possivelmente Anonychomyrma Donisthorpe arbórea) em biomas úmidos durante o Eoceno (grupo-tronco: 37,91 ± 2,66 milhões de anos atrás 'Mya'). A diferenciação de três dos gêneros de borboletas no Oligoceno-Mioceno (grupo-coroa: 27,17 ± 3,75 Mya) envolveu mudanças para outras espécies de dolichoderíneas (espécies subterrâneas de Anonychomyrma para Paralucia) ou gêneros (Iridomyrmex Mayr para Lucia, Papyrius Shattuck para Acrodipsas) coincidindo com mudanças para biomas mais secos. Associações com outras subfamílias de formigas representam mudanças secundárias mais recentes dentro de gêneros de Luciini no Mioceno-Plioceno, e incluem mudanças únicas de formigas para Formicinae (Notoncus Emery para Paralucia pyrodiscus (Rosenstock)) e Myrmicinae (Crematogaster Lund para Acrodipsas spp.). Esses padrões sugerem fortemente que o atendimento obrigatório por formigas tem sido fundamental na diversificação dos Luciini. Aspectos da ecologia e biologia de Paradipsas cephenes comb. nov. são esclarecidos, particularmente seu habitat crítico e a formiga attendant Anonychomyrma gilberti (Forel). © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Molecular phylogeny of the tribe Luciini (Lepidoptera: Lycaenidae): systematics and life history evolution: The butterfly tribe Luciini (Theclinae), which currently includes 22 species, is restricted to Australia and mainland New Guinea and its adjacent islands. All species appear to have obligate, highly specialised associations with ants, and half of them are known or assumed to be myrmecophagous. Despite considerable progress in taxonomy and classification, no robust phylogenetic hypothesis currently exists for the tribe that could form a framework for a better understanding of the evolution of ant attendance in the group. Here, we reconstruct the phylogeny of the Luciini based on an extensive molecular dataset (up to 391 genetic loci for 101 ingroup samples representing 17 (77%) species and all four genera). Bayesian and maximum likelihood analyses found that the genus Pseudodipsas C. & R. Felder is polyphyletic, with the species Pseudodipsas cephenes Hewitson distantly related to the type species Pseudodipsas eone (C. & R. Felder). Comparative morphological evidence corroborates our molecular phylogenetic results and supports the establishment of a new monotypic genus, Paradipsas Braby, gen. nov., to accommodate the species Paradipsas cephenes (Hewitson) comb. nov. Phylogenetic relationships among genera in our well-supported trees are as follows: Lucia Swainson + (Pseudodipsas + (Paralucia Waterhouse & R.E. Turner + (Paradipsas + Acrodipsas Sands))). The ancestor of the tribe most likely associated with Dolichoderinae ants (possibly arboreal Anonychomyrma Donisthorpe) in wet biomes during the Eocene (stem-group: 37.91 ± 2.66 million years ago ‘Mya’). Differentiation of three of the butterfly genera in the Oligocene-Miocene (crown-group: 27.17 ± 3.75 Mya) involved shifts to other dolichoderine species (subterranean species of Anonychomyrma for Paralucia) or genera (Iridomyrmex Mayr for Lucia, Papyrius Shattuck for Acrodipsas) coinciding with shifts to drier biomes. Associations with other ant subfamilies represent more recent, secondary shifts within Luciini genera in the Miocene–Pliocene, and include single ant shifts to Formicinae (Notoncus Emery for Paralucia pyrodiscus (Rosenstock)) and Myrmicinae (Crematogaster Lund for Acrodipsas spp.). These patterns strongly suggest obligate ant attendance has been pivotal in the diversification of Luciini. Aspects of the ecology and biology of Paradipsas cephenes comb. nov. are clarified, particularly its critical habitat and attendant ant Anonychomyrma gilberti (Forel). © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Na bactéria psicrófila Vibrio sp. cepa ANT-300, que tem a capacidade de crescer eficientemente entre 13 e -2°C, com um ótimo a 7°C, células em crescimento em estado estacionário a 0 e 13°C pareceram exibir padrões diferentes nos níveis de certas proteínas individuais. Com uma mudança de temperatura, o nível em estado estacionário de proteínas individuais foi alcançado apenas após mudanças transitórias dramáticas nas taxas de síntese de um pequeno número daquelas proteínas cujos níveis seriam ajustados. Após uma mudança ascendente de 0 para 13°C, as taxas de síntese de pelo menos 25 proteínas aumentaram transitoriamente, enquanto taxas aumentadas de síntese de 39 proteínas foram induzidas imediatamente após uma mudança descendente de 13 para 0°C. As proteínas cujos níveis seriam ajustados foram sintetizadas em taxas diferenciais, que variaram conspicuamente em relação ao tempo após as mudanças de temperatura. Tais mudanças parecem ser respostas regulatórias ativas a mudanças de temperatura. © 2017 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Changes in rates of synthesis of individual proteins in a psychrophilic bacterium after a shift in temperature: In the psychrophilic bacterium Vibrio sp. strain ANT-300, which has the ability to grow efficiently between 13 and -2°C, with an optimum at 7°C, cells in steady-state growth at 0 and 13°C appeared to exhibit different patterns in the levels of certain individual proteins. With a shift in temperature, the steady-state level of individual proteins was achieved only after dramatic transient changes in the rates of synthesis of a small number of those proteins whose levels would be adjusted. Upon a shift up from 0 to 13°C, the rates of synthesis of at least 25 proteins increased transiently, while increased rates of synthesis of 39 proteins were induced immediately upon a shift down from 13 to 0°C. The proteins of which the levels would be adjusted were synthesized at differential rates, which varied conspicuously with respect to timing after the shifts in temperature. Such changes appear to be active regulatory responses to changes in temperature. © 2017 Elsevier B.V., All rights reserved.

Este capítulo discute os aspectos genéticos das miopatias mitocondriais. As mitocôndrias são as principais produtoras de adenosina trifosfato (ATP) celular pelo processo de fosforilação oxidativa (OXPHOS). O sistema mitocondrial OXPHOS engloba cinco complexos enzimáticos de múltiplas subunidades mais o translocador de nucleotídeos de adenina (ANT), todos inseridos na membrana mitocondrial interna. Quatro destes cinco complexos enzimáticos OXPHOS contêm subunidades polipeptídicas codificadas tanto pelo núcleo quanto pelas mitocôndrias. Os dois promotores, promotor da fita leve (LSP) e promotor da fita pesada (HSP), da transcrição do mtDNA são adjacentes um ao outro dentro do loop de deslocamento (D-loop). Sequências invertidas localizadas a montante de ambos os promotores ligam o fator de transcrição mitocondrial (mtTFl). MtTFl é necessário além da RNA polimerase mitocondrial (mtRNA) para transcrição eficiente. O código genético do mtDNA difere do núcleo e virtualmente de todos os outros organismos. O código genético do mtDNA é altamente degenerado, de modo que apenas 22 tRNAs são necessários para a tradução. Quando a uridina está na posição oscilante, todos os 4 membros de uma família de códons podem ser lidos por 1 tRNA mitocondrial. © 1994, ACADEMIC PRESS, INC. © 2018 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Mitochondrial Myopathies: Genetic Aspects: This chapter discusses the genetic aspects of mitochondrial myopathies. Mitochondria are the major producers of cellular adenosine triphosphate (ATP) by the process of oxidative phosphorylation (OXPHOS). The mitochondrial OXPHOS system encompasses five multiple subunit enzyme complexes plus the adenine nucleotide translocator (ANT), all of which are embedded in the mitochondrial inner membrane. Four of these five OXPHOS enzyme complexes contain polypeptide subunits encoded by both the nucleus and the mitochondria. The two promoters, light strand promoter (LSP) and heavy-strand promoter (HSP), of mtDNA transcription are adjacent to each other within the displacement loop (D-loop). Inverted sequences located upstream from both promoters bind mitochondrial transcription factor (mtTFl). MtTFl is required in addition to the mitochondrial RNA (mtRNA) polymerase for efficient transcription. The genetic code of the mtDNA differs from nucleus and virtually all other organisms. The mtDNA genetic code is highly degenerate, so that only 22 tRNAs are required for translation. When uridine is in the wobble position, all 4 members of a codon family can be read by 1 mitochondrial tRNA. © 1994, ACADEMIC PRESS, INC. © 2018 Elsevier B.V., All rights reserved.

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Desert ants [1]: N/A

2′-Desoxi-3′-antraniloiladenosina-5-trifosfato (Ant-dATP) foi utilizado como uma sonda sensível ao ambiente do sítio de ligação de nucleotídeo da chaperona molecular Hsc70. Quando coordenado ao íon lantanídeo Tb3+, o Ant-dATP não é hidrolisado pela Hsc70. O íon lantanídeo atua como um forte inibidor competitivo em relação ao Mg2+ (Ki= 0,1 μM). Tb·Ant-dATP reconhece o sítio de nucleotídeo da Hsc70, conforme revelado por um aumento na anisotropia de emissão de 0,03 para 0,21 e por uma mudança no tempo de decaimento de fluorescência de 2,52 ns para 3,75 ns. A luminescência sensibilizada resultante da transferência de energia de ressonância do grupo antraniloil para Tb3+ é substancialmente aumentada na presença de Hsc70. A ligação de um peptídeo de 20 resíduos de aminoácidos (peptídeo Rnase-S) à Hsc70 causa um deslocamento para o azul no espectro de fluorescência do Ant-dATP e aumenta a luminescência de Tb3+ sob excitação a 330 nm. Postula-se que a ligação do peptídeo ao domínio COOH-terminal da Hsc70 inicia movimento de domínios e que as mudanças estruturais podem se estender até o sítio de ligação de nucleotídeo. Copyright © 1995, Wiley Blackwell. Todos os direitos reservados © 2016 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Binding of a Fluorescent Nucleotide Analog to Hsc70: The Effect of Peptide Protein Interactions on the Luminescence Properties of the Probe: 2′‐Deoxy‐3′‐anthraniloyladenosine‐5‐triphosphate(Ant‐dATP) was used as an environmentally sensitive probe of the nucleotide‐binding site of the molecular chaperone Hsc70. When coordinated to the lanthanide ion Tb3+, Ant‐dATP is not hydrolyzed by Hsc70. The lanthanide ion acts as strong competitive inhibitor with respect to Mg2+ (K<inf>i</inf>= 0.1 μM). Tb · Ant‐dATP recognizes the nucleotide site of Hsc70 as revealed by an increase in the emission anisotropy from 0.03 to 0.21 and by a change in the fluorescence‐decay time from 2.52 ns to 3.75 ns. Sensitized luminescence arising from resonance energy transfer from the anthraniloyl group to Tb3+ is substantially enhanced in the presence of Hsc70. Binding of a 20‐amino‐acid‐residue peptide (Rnase‐S peptide) to Hsc70 causes a blue shift in the fluorescence spectrum of Ant‐dATP and enhances Tb3+ luminescence upon excitation at 330 nm. It is postulated that binding of the peptide to the COOH‐terminal domain of Hsc70 initiates domain movement and the structural changes might extend to the nucleotide‐binding site. Copyright © 1995, Wiley Blackwell. All rights reserved © 2016 Elsevier B.V., All rights reserved.

Um anticorpo monoclonal reativo com a proteína de choque térmico de 65 kDa micobacteriana (ML 30) foi investigado quanto à reatividade com biópsias de articulações normais de ratos e com articulações inflamadas devido à artrite por adjuvante (AA) ou artrite induzida por colágeno (CIA). Colorações imuno-histoquímicas com o anticorpo anti-hsp 65 em seções paralelas de articulações normais de ratos revelaram uma coloração fraca, mas exclusiva, de células dentro do revestimento sinovial. Condrócitos normais e células da medula óssea também apresentaram coloração ocasional. Em biópsias de articulações inflamadas obtidas de ratos com AA ou CIA, foi observada uma coloração intensa com ML 30 na junção cartilagem-pannus, bem como em locais de erosão óssea. Um aumento na coloração, comparado ao normal, também foi observado em condrócitos da cartilagem erodida e em algumas células da medula óssea. Nenhuma coloração com ML 30 foi observada em biópsias de lesões inflamatórias devido a reações de hipersensibilidade do tipo tardio na pele de ratos. A reatividade de ML 30 também foi observada em um ensaio de Western blot realizado em lisados de sinóvia inflamada de ratos com CIA, preferencialmente com um componente ligeiramente abaixo de 60 kDa em peso molecular. A demonstração de epítopos cross-reativos com hsp 65 de micobactérias em articulações normais e, em maior quantidade, em articulações artríticas de ratos, sugere, juntamente com nossos achados bioquímicos preliminares, que uma contraparte mamífera recentemente identificada da hsp 65 bacteriana é tanto preferencialmente expressa em articulações normais quanto sujeita a expressão aumentada na artrite de diferentes etiologias.

A Monoclonal Antibody to the Mycobacterial 65kDa Heat Shock Protein (ML 30) Binds to Cells in Normal and Arthritic Joints of Rats: A monoclonal antibody reactive with the mycobacterial 65 kDa heal shock protein (ML 30) was investigated for reactivity with biopsies from normal rat joints and with inflamed joints due to adjuvant arthritis (AA) or collagen induced arthrilis (CIA). Immunohistochemical stainings with the ant‐hsp 65 antibody on paralVm sections from normal rat joints revealed a weak but exclusive staining of cells within the synovial lining. Also normal chondrocytes and bone marrow cells showed oceasioniil staining. In biopsies from inflamed joints obtained from rats suffering from AA or CIA. an intense staining with ML 30 was seen with in the Ciirtilage‐pannus junction as well as sites of bone erosion. An increased staining, compared with the normal, was also seen in chondroeytes of the eroded cartilage and in some bone marrow cells. No staining with ML 30 was seen in biopsies from inflammatory lesions due to delayed type hyperscnsitivity reactions in the skin of rats. Reactivity of ML 30 was also seen in a Western blot assay performed on lysates from inflamed synovia from rats with CIA, preferentially with a component slightly below 60 kDa in molecular weight. The demonstration of epitopes cross‐reactive with hsp 65 of mycobacteria in normal and. in higher quantity, in arthritic rat joints, suggests, together with our preliminary biochemical findings, that a recently identified mammalian counterpart to bacterial hsp 65 is both preferentially expressed in normal joints and subject to increased expression in arthritis of different aetiologies. Copyright © 1991, Wiley Blackwell. All rights reserved © 2016 Elsevier B.V., All rights reserved.

A fosforilação da proteína de choque térmico 27 (HSP27) pode modular a dinâmica dos filamentos de actina em resposta a fatores de crescimento. Durante o choque térmico, a HSP27 é fosforilada nos mesmos sítios e pela mesma proteína quinase que durante a estimulação mitogênica. Isso sugere que a mesma função da proteína pode ser ativada durante a estimulação por fatores de crescimento e a resposta ao estresse. Para determinar o papel da fosforilação da HSP27 na resposta ao choque térmico, foram desenvolvidas várias linhagens celulares estáveis de hamster chinês que expressam constitutivamente vários níveis da HSP27 do tipo selvagem (células HU27) ou uma forma não fosforilável da HSP27 humana (células HU27pm3). Em contraste com as células HU27, que mostraram maior sobrevivência após choque térmico, as células HU27pm3 mostraram apenas sobrevivência ligeiramente aumentada. Apresenta-se evidência de que a estabilização dos microfilamentos é um alvo principal da função protetora da HSP27. Nas células HU27pm3, os microfilamentos foram termosensibilizados em comparação com os das células controle, enquanto a HSP27 do tipo selvagem causou maior estabilidade dessas estruturas nas células HU27. As células HU27, mas não as HU27pm3, foram altamente resistentes ao tratamento com citocalasina D em comparação com as células controle. Além disso, em células tratadas com citocalasina D, a HSP27 do tipo selvagem, mas não a forma fosforilada da HSP27, acelerou o reaparecimento dos filamentos de actina. As mutações na HSP27 humana não tiveram efeito na mudança induzida por choque térmico na solubilidade e localização celular da proteína, indicando que a fosforilação não estava envolvida nesses processos. No entanto, a indução da fosforilação da HSP27 por agentes estressantes ou mitógenos causou uma redução no tamanho multimérico da proteína do tipo selvagem, um efeito que não foi observado com a proteína mutante. Propomos que, no início do estresse, mudanças conformacionais induzidas por fosforilação nos oligômeros da HSP27 regulam a atividade da proteína no nível da dinâmica dos microfilamentos, resultando tanto em maior estabilidade quanto em recuperação acelerada dos filamentos. O nível de proteção fornecido pela HSP27 durante o choque térmico pode assim representar a contribuição da melhor manutenção da integridade dos filamentos de actina para a sobrevivência celular geral. © 2017 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Modulation of cellular thermoresistance and actin filament stability accompanies phosphorylation-induced changes in the oligomeric structure of heat shock protein 27: Phosphorylation of heat shock protein 27 (HSP27) can modulate actin filament dynamics in response to growth factors. During heat shock, HSP27 is phosphorylated at the same sites and by the same protein kinase as during mitogenic stimulation. This suggests that the same function of the protein may be activated during growth factor stimulation and the stress response. To determine the role of HSP27 phosphorylation in the heat shock response, several stable Chinese hamster cell lines that constitutively express various levels of the wild-type HSP27 (HU27 cells) or a nonphosphorylatable form of human HSP27 (HU27pm3 cells) were developed. In contrast to HU27 cells, which showed increased survival after heat shock, HU27pm3 cells showed only slightly enhanced survival. Evidence is presented that stabilization of microfilaments is a major target of the protective function of HSP27. In the HU27pm3 cells, the microfilaments were thermosensitized compared with those in the control cells, whereas wild-type HSP27 caused an increased stability of these structures in HU27 cells. HU27 but not HU27pm3 cells were highly resistant to cytochalasin D treatment compared with control cells. Moreover, in cells treated with cytochalasin D, wild-type HSP27 but not the phosphorylated form of HSP27 accelerated the reappearance of actin filaments. The mutations in human HSP27 had no effect on heat shock-induced change in solubility and cellular localization of the protein, indicating that phosphorylation was not involved in these processes. However, induction of HSP27 phosphorylation by stressing agents or mitogens caused a reduction in the multimeric size of the wild-type protein, an effect which was ant observed with the mutant protein. We propose that early during stress, phosphorylation-induced conformational changes in the HSP27 oligomers regulate the activity of the protein at the level of microfilament dynamics, resulting in both enhanced stability and accelerated recovery of the filaments. The level of protection provided by HSP27 during heat shock may thus represent the contribution of better maintenance of actin filament integrity to overall cell survival. © 2017 Elsevier B.V., All rights reserved.

A formiga Cataglyphis vive no deserto do Saara e é um dos animais terrestres mais termotolerantes conhecidos. Ela forrageia em temperaturas corporais acima de 50°C, e as máximas térmicas críticas são de 53,6 ± 0,8°C para Cataglyphis bombycina e 55,1 ± 1,1°C para Cataglyphis bicolor. A síntese e acumulação de proteínas de choque térmico (HSPs) foram analisadas em Cataglyphis e comparadas com Formica, uma formiga que vive em climas mais moderados, e com duas espécies de Drosophila. Em Cataglyphis, a síntese proteica continua em temperaturas de até 45°C em comparação com 39°C para Formica e Drosophila. As duas espécies de Drosophila, Drosophila melanogaster e Drosophila ambigua, diferem em relação à sua indução máxima de síntese e acumulação de HSPs por 3-4°C. Em contraste, as duas espécies de formigas acumulam HSPs antes de sua exposição ao calor, e em Cataglyphis a temperatura de indução máxima de HSPs por síntese proteica de novo é apenas 2°C maior do que em Formica. Esses achados são interpretados como pré-adaptação das formigas antes da exposição a altas temperaturas. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Heat shock protein synthesis and thermotolerance in Cataglyphis, an ant from the Sahara desert: The ant Cataglyphis lives in the Sahara desert and is one of the most thermotolerant land animals known. It forages at body temperatures above 50°C, and the critical thermal maxima are at 53.6 ± 0.8°C for Cataglyphis bombycina and 55.1 ± 1.1°C for Cataglyphis bicolor. The synthesis and accumulation of heat shock proteins (HSPs) were analyzed in Cataglyphis and compared to Formica, an ant living in more moderate climates, and to two Drosophila species. In Cataglyphis, protein synthesis continues at temperatures up to 45°C as compared to 39°C for Formica and Drosophila. The two Drosophila species, Drosophila melanogaster and Drosophila ambigua, differ with respect to their maximal induction of HSP synthesis and accumulation by 3-4°C. In contrast, the two ant species accumulate HSPs prior to their exposure to heat, and in Cataglyphis the temperature of maximal HSP induction by de novo protein synthesis is only 2°C higher than in Formica. These findings are interpreted as preadaption of the ants prior to exposure to high temperatures. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A ligação da malato desidrogenase mitocondrial parcialmente dobrada (mMDH) ao GroEL foi avaliada por espectroscopia de emissão estacionária e em nanossegundos. Intermediários parcialmente dobrados de mMDH mostram estrutura secundária residual significativa quando examinados por espectroscopia de dicroísmo circular no UV distante. Eles ligam a sonda fluorescente extrínseca ANS e os complexos proteína-ANS exibem um tempo de correlação rotacional de 19 ns. Tempo de correlação rotacional similar (φ = 18,6 ns) foi determinado para espécies parcialmente dobradas marcadas com antraniloil. GroEL reconhece espécies parcialmente dobradas com K(D) ≃ 60 nM. O tempo de correlação rotacional do complexo, ou seja, GroEL-mMDH-ANT, aproxima-se de um valor de 280 ns na ausência de ATP. A reativação de mMDH-ANT pela adição de GroEL e ATP provoca uma diminuição significativa no tempo de correlação rotacional observado. Os resultados indicam que a malato desidrogenase parcialmente dobrada é rigidamente aprisionada pelo GroEL na ausência de ATP, enquanto a adição de ATP facilita a reativação e liberação de conformações dobradas dotadas de atividade catalítica. © 2017 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Recognition of partially-folded mitochondrial malate dehydrogenase by GroEL. Steady and time-dependent emission anisotropy measurements: The binding of partially-folded mitochondrial malate dehydrogenase (mMDH) to GroEL was assessed by steady and nanosecond emission spectrocopy. Partially-folded intermediates of mMDH show significant residual secondary structure when examined by CD spectroscopy in the far UV. They bind the extrinsic fluorescent probe ANS and the protein-ANS complexes display a rotational correlation time of 19 ns. Similar rotational correlation time (φ = 18.6 ns) was determined for partially-folded species tagged with anthraniloyl. GroEL recognizes partially-folded species with a K(D) ≃ 60 nM. The rotational correlation time of the complex, i.e., GroEL-mMDH-ANT, approaches a value of 280 ns in the absence of ATP. Reactivation of mMDH-ANT by addition of GroEL and ATP brings about a significant decrease in the observed rotational correlation time. The results indicate that partially- folded malate dehydrogenase is rigidly trapped by GroEL in the absence of ATP, whereas addition of ATP facilitates reactivation and release of folded conformations endowed with catalytic activity. © 2017 Elsevier B.V., All rights reserved.

2'-Desoxi-3'-antraniloil adenosina-5-trifosfato (ANT-dATP) coordenado a Tb3+ foi usado como uma sonda sensível ao ambiente do sítio de ligação de nucleotídeos da GroEL. Tb3+·ANT-dATP reconhece o sítio de ligação de nucleotídeos da GroEL e inibe a atividade de ATPase. A luminescência sensibilizada, resultante da transferência de energia de ressonância do grupo antraniloil para Tb3+, é substancialmente aumentada na presença de GroEL. A ligação da malato desidrogenase mitocondrial desnaturada ao domínio apical da GroEL causa um desvio para o vermelho na fluorescência emitida pelo antraniloil e um aumento adicional na fosforescência emitida por Tb3+ sob excitação a 320 nm. Sugere-se que a ligação do substrato proteico inicia movimento de domínio, que se estende até o sítio de ligação de nucleotídeos. Os resultados de luminescência são discutidos em referência à estrutura da GroEL derivada de estudos de cristalografia de raios X. © 2007 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados; Medline é a fonte para os termos MeSH deste documento.

Conformational changes at the nucleotide binding of GroEL induced by binding of protein substrates. Luminescence studies: 2'-Deoxy-3'-anthraniloyl adenosine-5-triphosphate (ANT-dATP) coordinated to Tb3+ was used as an environmentally sensitive probe of the nucleotide- binding site of GroEL. Tb3+·ANT-dATP recognizes the nucleotide-binding site of GroEL and inhibits ATPase activity. Sensitized luminescence, arising from resonance energy transfer from the anthraniloyl moiety to Tb3+, is substantially enhanced in the presence of GroEL. Binding of denatured mitochondrial malate dehydrogenase to the apical domain of GroEL causes a red shift in the fluorescence emitted by anthraniloyl and further enhancement in the phosphorescence emitted by Tb3+ upon excitation at 320 nm. It is suggested that binding of the protein substrate initiates domain movement, which is extended to the nucleotide-binding site. The luminescence results are discussed in reference to the structure of GroEL derived from x-ray crystallographic studies. © 2007 Elsevier B.V., All rights reserved.; Medline is the source for the MeSH terms of this document.

DnaK é uma chaperona Hsp70 de E. coli que participa em diversos processos celulares, incluindo o enovelamento de proteínas e a resposta ao estresse. Sua função envolve ciclos de ligação e liberação de polipeptídeos que estão fortemente acoplados à ligação e hidrólise de ATP. A estrutura cristalina de um fragmento de ligação ao substrato de DnaK levou à hipótese de que uma mudança conformacional interdomínios regulada por ATP está envolvida na ligação e liberação do substrato. Para obter insights sobre o mecanismo de acoplamento, introduzimos duas mutações de cisteína na interface que podem funcionar como uma trava para controlar o estado de abertura interdomínios. O mutante duplo pode ser totalmente oxidado pelo ar e reduzido por DTT. As conformações das formas oxidada e reduzida foram consideradas semelhantes às de DnaK ligado a ADP e ATP, respectivamente, com base na fluorescência de triptofano e sensibilidade à protease. Mais interessante ainda, a forma oxidada exibiu atividade de ATPase três a quatro vezes maior que a forma reduzida, enquanto o peptídeo pôde estimular a atividade de ATPase da forma reduzida para níveis quase tão altos quanto a forma oxidada. Esta observação apoia o modelo de que a hidrólise de ATP não está estequiometricamente acoplada à ligação do substrato e que a forma fechada do domínio de ligação ao substrato acelera a hidrólise de ATP. © 2006 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Interdomain communication in DnaK: Dnak is an E.coli Hsp70 chaperone that participates in a variety of cellular processes including protein folding and the stress response. Its function invoNes cycles of polypeptide binding and release that are tightly coupled to ATP binding and hydrolysis. The crystal structure of a substrate binding fragment of DnaK led to lhe hypothesis that an ATP regulated interdomain conformationM change is involved in substrate binding and release.To gain insight into the coupling mechanism, we introduced two cysteine mutations at the interface which might serve as a latch to control the state of interdomain opening. '['he double rout ant can be fully oxidized by air and reduced by DTT. The conformations of the oxidized and reduced forms were found to be similar to ADP- and ATP- bound l)naK, respectively, based on tryptophan fluorescem:e and protease sensitivity. Most interestingly, the oxidized form exhibited three to four fold higher ATPase activity than the reduced form, while peptide could stimulate the A'FPas(, activity of the reduced form to levels almost as high as the oxidized form. This observation supports the model that ATP hydrolysis is not stoichiometrically coupled to substrate binding and that the dosed form of the subslrale binding domain accelerates ATP hydrolysis. © 2006 Elsevier B.V., All rights reserved.

A proteína Atp12p de Saccharomyces cerevisiae é necessária para a montagem adequada do componente F1 da ATP sintase mitocondrial. A Atp12p nativa é um homodímero (70 kDa) e está presente como um constituinte menor da matriz mitocondrial. O gene atp12 foi clonado e sequenciado a partir de leveduras quimicamente mutagenizadas, que são deficientes respiratórias devido a um defeito na função da Atp12p. Dos nove alelos mutantes que foram identificados, oito resultam em terminação precoce da proteína Atp12p e um altera o Glu-289 para Lys. A análise de leveduras que produzem formas truncadas da Atp12p a partir de plasmídeos mostrou que os domínios necessários para a dimerização da proteína e para a função da Atp12p na montagem de F1 mapeiam ambos para a metade carboxi-terminal (aminoácidos 181-325) do monômero. A metade amino-terminal da Atp12p mostrou-se importante para a estabilidade da proteína. Alterações sítio-dirigidas foram feitas no Glu289 e não impediram a formação do dímero de Atp12p. Curiosamente, as mutações E289K, K289Q e E289A mostraram prejudicar a função da Atp12p na montagem de F1, enquanto a proteína mutante E289D mostrou-se totalmente ativa. Estes últimos resultados sugerem que há uma exigência para um aminoácido ácido na posição 289 na sequência da Atp12p para a atividade chaperona máxima da proteína. © 2006 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Domains/amino acids that are important for the function of the f1atpase chaperone protein, ATP12P: The Atpl'2p protein of Sacrharomycf.s rmvisiaf is required for the proper assembly of tlie K] component of the. mitochondria! ATP synthase. Native Atpl'2p i hoino-dinior 70 kDa) and is present as a minor constituent of the mitochondria! matrix. The atp!2 gene was cloned and sequenccd from chemicallv-mutageni/od yeast, which are respiratory-deficient due to a defect in Atpl2p function. Of The nine mutant allelest hat were identified, eight result in early termination of the AtpI2p protein and one changes Glu-289 to I,vs. The analysis of yeast that produce truncated forms of Atpl2p from plasmids showed that the domains necessary for the dimerization of the protein, and for Atpl2p function in KI assembly both map to the rarboxyl half (amirio acids 1S1-325) of the monomer. The amino half of Atpl2p was shown to be import ant for stability of the protein. Site-directed changes were made at Glu 2S9. and did riot prevent Atpl2p dimer formation. Interestingly, the E2S9K. K289Q, and E289A mutations were shown to impair Atpl2p function in FI assembly, while the E289D mutant protein was found to be fully active- These latter results suggest that there is a requirement for an acidic amino acid at position 289 in the Atpi2p sequence for maximal chapcrone activity of the protein. © 2006 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura modula tanto as necessidades quanto a produção de energia miocárdica. Demonstramos anteriormente que a proteção miocárdica induzida pela adaptação hipotérmica preserva a expressão de genes reguladores da proteína de choque térmico e das proteínas mitocondriais codificadas nuclearmente, o isoforma 1 do translocador de nucleotídeos de adenina (ANT₁) e a subunidade β da F₁-ATPase (βF₁-ATPase). Esta preservação está associada a uma redução na depleção de ATP semelhante à observada em corações parados com cardioplegia preservados em uma temperatura crítica (30°C) ou abaixo. Testamos a hipótese de que a expressão desses genes também pode estar sujeita a este fenômeno do limiar de temperatura. Corações isolados de coelho perfundidos foram submetidos à parada cardioplégica isquêmica a 4, 30 ou 34°C por 120 min. Índices de função cardíaca e níveis de mRNA em estado estacionário para ANT₁, βF₁-ATPase e HSP70-1 foram medidos antes da isquemia (B) e após 45 min de reperfusão. A função cardíaca foi significativamente deprimida no grupo de 34°C. A isquemia a 34°C reduziu os níveis de mRNA em estado estacionário para ANT₁ e βF₁-ATPase em relação a B, mas estes níveis foram similarmente preservados a 4 e 30°C. Os níveis de HSP70-1 foram levemente elevados (quatro vezes) acima de B para níveis semelhantes nas três temperaturas. Estes resultados indicam que a expressão de mRNA para ANT₁ e βF₁-ATPase é especificamente preservada em um padrão consistente com o fenômeno do limiar de temperatura. A expressão de HSP70-1 não é influenciada pela temperatura isquêmica. A preservação da expressão gênica para estas proteínas mitocondriais implica que a sinalização para biogênese ou ressíntese mitocondrial é mantida após o insulto isquêmico.

Temperature Threshold and Preservation of Signaling for Mitochondrial Membrane Proteins during Ischemia in Rabbit Heart 1: Temperature modulates both myocardial energy requirements and production. We have previously demonstrated that myocardial protection induced by hypothermic adaptation preserves expression of genes regulating heat shock protein and the nuclear-encoded mitochondrial proteins, the adenine nucleotide translocator isoform 1 (ANT<inf>1</inf>), and the β subunit of F<inf>1</inf>-ATPase (βF<inf>1</inf>-ATPase). This preservation is associated with a reduction in ATP depletion similar to that noted in cardioplegic arrested hearts preserved at a critical temperature (30°C) or below. We tested the hypothesis that expression of these genes may also be subject to this temperature threshold phenomenon. Isolated perfused rabbit hearts were subjected to ischemic cardioplegic arrest at 4, 30, or 34°C for 120 min. Cardiac function indices and steady-state mRNA levels for ANT<inf>1</inf>, βF<inf>1</inf>-ATPase, and HSP70-1 were measured prior to ischemia (B) and after 45 min of reperfusion. Cardiac function was significantly depressed in the 34°C group. Ischemia at 34°C reduced steady-state mRNA levels for ANT<inf>1</inf> and βF<inf>1</inf>-ATPase from B, but these levels were similarly preserved at 4 and 30°C. HSP70-1 levels were mildly elevated (fourfold) above B to similar levels at all three temperatures. These results indicate that mRNA expression for ANT<inf>1</inf> and βF<inf>1</inf>-ATPase is specifically preserved in a pattern consistent with the temperature threshold phenomenon. HSP70-1 expression is not influenced by ischemic temperature. Preservation of gene expression for these mitochondrial proteins implies that signaling for mitochondrial biogenesis or resynthesis is maintained after ischemic insult. © 1998 Academic Press. © 2018 Elsevier B.V., All rights reserved.

Estudos experimentais e clínicos detectaram uma função respiratória prejudicada das mitocôndrias dos cardiomiócitos na insuficiência cardíaca. Como as razões para a insuficiência cardíaca são múltiplas, o envolvimento mitocondrial também o é. As características da participação mitocondrial na insuficiência cardíaca são as seguintes: (1) Mutações hereditárias ou adquiridas do genoma mitocondrial ou nuclear causam defeitos em diferentes componentes mitocondriais, eventualmente resultando em cardiomiopatia. (2a) O estresse oxidativo deprime a função mitocondrial. Isso ocorre lenta e inevitavelmente no processo 'fisiológico' de envelhecimento, mas rapidamente em condições fisiopatológicas como a reperfusão pós-isquêmica. (2b) Radicais livres danificam o DNA mitocondrial, proteínas e lipídios de membrana. Interações entre lipídios de membrana alterados, componentes da cadeia respiratória e proteínas transportadoras aumentam ainda mais a disfunção mitocondrial. (3) A transferência de energia mitocondrial via transportador de nucleotídeos de adenina (ANT) e creatina quinase mitocondrial é perturbada na insuficiência cardíaca. Especialmente uma expressão alterada e um comprometimento funcional do ANT parecem estar envolvidos no metabolismo energético perturbado da cardiomiopatia dilatada e inflamatória. (4) As mitocôndrias estão principalmente envolvidas na iniciação e modulação do processo de morte celular programada (apoptose). (5) Desencadeado por uma variedade de condições durante a disfunção celular, a permeabilidade da membrana mitocondrial aumenta subitamente, seguida pelo colapso do potencial de membrana, assim abolindo a produção de energia e agravando ainda mais o dano celular. (6a) Níveis aumentados de citocinas, em particular TNF-α, na insuficiência cardíaca e cardiomiopatia modulam a função mitocondrial. (6b) As citocinas ativam a geração de óxido nítrico e proteínas de choque térmico, deprimindo ou preservando ainda mais a atividade mitocondrial. Estes principais mecanismos de participação ativa e passiva das mitocôndrias na insuficiência cardíaca são revisados neste artigo. Atualmente, a maioria deles não está completamente resolvida e alguns ainda são hipotéticos. © 2004 Elsevier Science B.V., Amsterdã. Todos os direitos reservados.

Mitochondrial function in heart failure: Experimental and clinical studies have detected an impaired respiratory function of cardiomyocyte mitochondria in heart failure. Since the reasons for heart failure are manifold, so is mitochondrial involvement. Characteristics of mitochondrial participation in heart failure are as follows: (1) Inherited or acquired mutations of the mitochondrial or nuclear genome cause defects in different mitochondrial components, eventually resulting in cardiomyopathy. (2a) Oxidative stress depresses mitochondrial function. This occurs slowly and inevitably in the 'physiological' process of ageing, but rapidly in pathophysiologic conditions such as post-ischemic reperfusion. (2b) Free radicals damage mitochondrial DNA, proteins, and membrane lipids. Interactions between altered membrane lipids, respiratory chain components, and carrier proteins further enhance mitochondrial dysfunction. (3) Mitochondrial energy transfer via the adenine nucleotide translocator (ANT) and the mitochondrial creatine kinase is disturbed in heart failure. Especially an altered expression and a functional impairment of the ANT seems to be involved in the disturbed energy metabolism of dilated and inflammatory cardiomyopathy. (4) Mitochondria are mainly involved in the initiation and modulation of the process of programmed cell death (apoptosis). (5) Triggered by a variety of conditions during cellular dysfunction mitochondrial membrane permeability suddenly increases, followed by the collapse of the membrane potential, thus abolishing energy production and further aggravating cellular damage. (6a) Increased levels of cytokines, in particular TNF-α, in heart failure and cardiomyopathy modulate mitochondrial function. (6b) Cytokines activate the generation of nitric oxide and heat shock proteins, thus further depressing or preserving mitochondrial activity. These main mechanisms of active and passive participation of mitochondria in heart failure are reviewed in this article. At present, most of them are not completely resolved and some are still hypothetical. © 2004 Elsevier Science B.V., Amsterdam. All rights reserved.

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Panting desert ants - And how they navigate: N/A

Objetivo: Neste estudo testamos a hipótese de que a degradação do colágeno pela metaloproteinase de matriz 2 (MMP-2) precede a deposição de matriz extracelular (MEC) após tratamento prolongado com norepinefrina (NE). Métodos: Ratas Sprague-Dawley receberam infusão intravenosa contínua de NE (0,1 mg/kg·h) por 1, 2, 3, 4 e 14 dias. Foram examinadas a função e o peso cardíacos, bem como a expressão de coligina cardíaca e de colágeno I e III. Além disso, avaliamos a via de degradação do colágeno medindo o mRNA e a atividade da MMP-2 miocárdica e do inibidor tecidual de metaloproteinase 2 (TIMP-2), bem como o nível proteico do TIMP-2. Resultados: A NE induziu hipertrofia predominantemente do ventrículo esquerdo (VE) de maneira dependente do tempo. Aumentou os mRNAs de coligina, colágeno I e III, e de MMP-2 e TIMP-2, bem como a atividade da MMP-2 em duas fases: Na fase inicial, aos 3 e 4 dias, o mRNA de coligina e de colágeno I e III estava elevado predominantemente no VE, enquanto o mRNA de MMP-2 e TIMP-2, bem como a proteína TIMP-2 e a atividade da MMP estavam aumentados em ambos os ventrículos. A segunda fase, após 14 dias, foi caracterizada por um aumento menos pronunciado na coligina, colágeno I e III e na atividade da MMP-2 que ocorreu exclusivamente no VE. Finalmente, o tratamento de longo prazo com NE induziu um aumento de 37% na fibrose intersticial que ocorreu exclusivamente no VE após 14 dias. Conclusão: O tratamento com NE induziu fibrose exclusivamente no VE que foi associada com hipertrofia predominantemente do VE. A atividade elevada da MMP-2 parece ser necessária para que a MEC se adapte ao aumento dos miócitos e para reduzir a superprodução de colágeno.

Cardiac remodeling after long term norepinephrine treatment in rats: Objective: In this study we have tested the hypothesis that degradation of collagen by matrix metalloproteinase 2 (MMP-2) precedes the deposition of extracellular matrix (ECM) after long term norepinephrine (NE) treatment. Methods: Female Sprague-Dawley rats received continuous i.v. infusion of NE (0.1 mg/kg·h) for 1, 2, 3, 4 and 14 days. Heart function and weight as well as expression of cardiac colligin and of collagen I and III were examined. Furthermore, we have assessed the degradation pathway of collagen by measuring the mRNA and activity of myocardial MMP-2 and tissue inhibitor of metalloproteinase 2 (TIMP-2) as well as the protein level of TIMP-2. Results: NE induced hypertrophy predominantly of the left ventricle (LV) in a time-dependent manner. It increased the mRNAs of colligin, collagen I and III, and of MMP-2 and TIMP-2 as well as MMP-2 activity in two phases: In the initial phase, at 3 and 4 days, the mRNA of colligin and of collagen I and III was elevated predominantly in the LV, MMP-2 and TIMP-2 mRNA, as well as TIMP-2 protein and MMP-activity were increased in both ventricles. The second phase, after 14 days, was characterized by a less pronounced increase in colligin, collagen I and III and in MMP-2 activity which occurred exclusively in the LV. Finally, long-term treatment with NE induced a 37% increase in interstitial fibrosis which was shown to occur exclusively in the LV after 14 days. Conclusion: NE treatment induced fibrosis exclusively in the LV which was associated with hypertrophy predominantly of the LV. The elevated MMP-2 activity seems to be necessary for the ECM to adapt to the enlargement of myocytes and to reduce overproduction of collagen. © 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved. © 2007 Elsevier B.V., All rights reserved.; Medline is the source for the MeSH terms of this document.

A infecção viral do coração é relativamente comum, geralmente assintomática e tem resolução espontânea e completa. Pode, no entanto, em casos raros, levar a danos cardíacos substanciais, desenvolvimento de cardiomiopatia viral e insuficiência cardíaca congestiva. A cardiomiopatia viral é definida como persistência viral em um coração dilatado. Pode ser acompanhada por inflamação miocárdica e então denominada cardiomiopatia viral inflamatória (ou miocardite viral com cardiomegalia). Se nenhuma inflamação for observada na biópsia de um coração dilatado (<14 linfócitos e macrófagos/mm2), o termo cardiomiopatia viral ou persistência viral na cardiomiopatia dilatada deve ser aplicado. O diagnóstico de miocardite e cardiomiopatia viral só pode ser feito por biópsia endomiocárdica, implementando os critérios da OMS/WHF e técnicas de PCR para identificação do genoma viral. Os vírus cardiotrópicos mais frequentes detectados por biópsia endomiocárdica são Parvo B19, enterovírus, adenovírus, citomegalovírus e, menos frequentemente, vírus Epstein-Barr e vírus influenza. Vários estudos forneceram suporte convincente à hipótese de que a expressão em baixo nível do genoma viral pode induzir lesão miocárdica crônica dinâmica. A reexpressão do receptor humano Coxsackie-adenovírus (hCAR), conforme observado na cardiomiopatia dilatada, pode ser um determinante chave da suscetibilidade cardíaca a infecções virais. Pode também haver uma predisposição familiar para o desenvolvimento de cardiomiopatia dilatada inflamatória. Dos 208 pacientes que atenderam aos nossos critérios para cardiomiopatia inflamatória, 13 (6%) tinham familiares com a mesma forma de doença do músculo cardíaco. Além disso, a autoimunidade humoral na doença cardíaca pós-viral permanece uma hipótese atraente, mas controversa, abordando a fisiopatologia da cardiomiopatia viral humana. Foi demonstrado que o mimetismo antigênico com ou sem propriedades de anticorpos citolíticos desempenha um papel na imunopatogênese da miocardite em relação a epítopos em proteínas sarcolemais/miolemais (incluindo o receptor beta), miosina e algumas proteínas mitocondriais, incluindo o transportador ANT e a diidrolipoamida desidrogenase. Pacientes com cardiomiopatia não viral dilatada que se deterioram apesar do tratamento médico máximo podem ser considerados para imunossupressão. Em pacientes com cardiomiopatia dilatada e expressão de HLA regulada positivamente, a imunossupressão com prednisona e azatioprina melhorou significativamente sua fração de ejeção ventricular esquerda (FEVE) tanto em 3 meses quanto em 2 anos após o início do tratamento. Melhoras semelhantes também foram evidentes em 2 anos na classe funcional da NYHA. O transplante cardíaco só deve ser considerado quando todas as outras opções, incluindo assistência circulatória mecânica, tenham falhado. A avaliação contínua de terapias antivirais, incluindo o Estudo Europeu de Epidemiologia e Tratamento de Doenças Inflamatórias Cardíacas (ESETCID), remoção de anticorpos por imunoabsorção, vacinas específicas para vírus e dispositivos de suporte mecânico podem fornecer novas opções de tratamento. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Human viral cardiomyopathy: Viral infection of the heart is relatively common, usually asymptomatic and has a spontaneous and complete resolution. It can, however, in rare cases, lead to substantial cardiac damage, development of viral cardiomyopathy and congestive heart failure. Viral cardiomyopathy is defined as viral persistence in a dilated heart. It may be accompanied by myocardial inflammation and then termed inflammatory viral cardiomyopathy (or viral myocarditis with cardiomegaly). If no inflammation is observed in the biopsy of a dilated heart (<14 lymphocytes and macrophages/mm2) the term viral cardiomyopathy or viral persistence in dilated cardiomyopathy should be applied. The diagnosis of myocarditis and viral cardiomyopathy can be made only by endomyocardial biopsy, implementing the WHO/WHF criteria, and PCR techniques for identification of viral genome. The most frequent cardiotropic viruses detected by endomyocardial biopsy are Parvo B19, enteroviruses, adenoviruses, cytomegalovirus, and less frequently Epstein-Barr virus, and influenza virus. Several studies have provided convincing support to the hypothesis that low-level expression of viral genome can induce chronic dynamic myocardial injury. Reexpression of human Coxsackie-adenovirus receptor (hCAR), as observed in dilated cardiomyopathy, may be a key determinant of cardiac susceptibility to viral infections. There may also be a familial predisposition for the development of inflammatory dilated cardiomyopathy. Out of the 208 patients, who met our criteria for inflammatory cardiomyopathy, 13 (6%) had family members with the same form of heart muscle disease. In addition, humoral autoimmunity in postviral heart disease remains an attractive but controversial hypothesis addressing the pathophysiology of human viral cardiomyopathy. Antigenic mimicry with or without cytolytic antibody properties has been shown to play a role in the immunopathogenesis of myocarditis with respect to epitopes on sarcolemmal/myolemmal (including the beta-receptor) proteins, myosin and some mitochondrial proteins, including the ANT-carrier and dihydrolipoamid dehydrogenase. Patients with dilated non-viral cardiomyopathy who deteriorate despite maximum medical management may be considered for immunosuppression. In patients with dilated cardiomyopathy and upregulatcd HLA expression, immunosuppression with prednisone and azathioprine significantly improved their left ventricular ejection fraction (LVEF) both at 3 months and 2 years after the initiation of treatment. Similar improvements were also evident at 2 years in NYHA functional class. Cardiac transplantation should only be considered when all other options, including mechanical circulatory assistance, have failed. Ongoing evaluation of antiviral therapies including the European Study of Epidemiology and Treatment of Cardiac Inflammatory Diseases (ESETCID), removal of antibodies by immunoabsorption, virus-specific vaccines, and mechanical support devices may provide new treatment options. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

A hibridização subtrativa por PCR com tag direcional foi aplicada para construir uma biblioteca de cDNA gerada a partir de três diferentes linhagens celulares-alvo de osteossarcoma humano (OS) (OHS, SaOS-2 e KPDXM), da qual sequências de osteoblastos normais (NO) foram subtraídas. Após duas etapas subtrativas consecutivas, mais de 98% das espécies de mRNA comuns foram depletadas, levando ao enriquecimento efetivo das sequências-alvo remanescentes. Após triagem diferencial de 960 clones, 81 candidatos foram estudados adicionalmente por análise de Northern blot e 73 representavam espécies de mRNA separadas. Cinquenta e três destes mostraram níveis de mRNA enriquecidos, dos quais 36 representavam sequências de cDNA ou EST conhecidas e 17 não publicadas anteriormente. Os mRNAs mostraram um enriquecimento de 1,4 a 504 vezes comparado aos níveis de mRNA em células NO. Os mRNAs conhecidos são: Proteína ribossomal S11, KSP-37, Fator de ancoragem SEC34, FXYD6, Alfa enolase, G-s-alfa, GPR85, DAF, RPL35A, GIF, TAPA-1, ANAPC11, DCI, hsp27, homólogo MRPS7, subunidade p110 do eIF, DPH2L, HMG-14, proteína FB1, condroitina-6-sulfonase, calgizzarina, subunidade da RNA polimerase II, RPL13A, DHS, gp96, HHP2, fosfoproteína ribossomal ácida P2, ANT-2, ARF1, AFG3L2, SKD3, fosfoglicoisomerase, GST pi, CKI gama 2, subunidade pequena da DNA polimerase delta e TRAP delta. Secções de biópsias de osteossarcoma humano e um xenoenxerto foram estudadas por análise in situ. Sete cDNAs altamente expressos na análise de Northern blot foram testados. Sua expressão in situ diferiu entre o xenoenxerto e as secções humanas, assim como a do colágeno I. No xenoenxerto feito a partir de uma das linhagens celulares-alvo (OHS), uma representação moderada a forte de 3 mRNAs clonados foi observada enquanto o mRNA do colágeno I não foi detectável. Concluímos que a heterogeneidade molecular destes tumores é considerável. Estes resultados devem ter implicações para trabalhos futuros visando descrever subtipos fenotípicos com o objetivo de melhorar o diagnóstico de osteossarcomas humanos.

Molecular heterogeneity in human osteosarcoma demonstrated by enriched mRNAs isolated by directional tag PCR subtraction cloning: Directional tag PCR subtractive hybridization was applied to construct a cDNA library generated from three different human osteosarcoma (OS) target cell lines (OHS, SaOS-2 and KPDXM) from which normal osteoblast (NO) sequences were subtracted. After two consecutive subtractive steps more than 98% of the common mRNAs species were depleted, leading to effective enrichment of the remaining target sequences. After differential screening of 960 clones, 81 candidates were further studied by Northern blot analysis and 73 represented separate mRNA species. Fifty-three of these showed enriched mRNA levels, of which 36 represented known and 17 not previously published cDNAs or EST sequences. The mRNAs showed a 1.4 - to 504-fold enrichment compared to the mRNA levels in NO cells. The known mRNAs are: Ribosomal protein S11, KSP-37, Tethering factor SEC34, FXYD6, Alpha enolase, G-s-alpha, GPR85, DAF, RPL35A, GIF, TAPA-1, ANAPC11, DCI, hsp27, MRPS7 homolog, elF p110 subunit, DPH2L, HMG-14, FB1 protein, chondroitin-6-sulphonase, calgizzarin, RNA polymerase II subunit, RPL13A, DHS, gp96, HHP2, acidic ribosomal phosphoprotein P2, ANT-2, ARF1, AFG3L2, SKD3, phosphoglucoisomerase, GST pi, CKI gamma 2, DNA polymerase delta small subunit and TRAP delta. Sections of human osteosarcoma biopsies and a xenograft were studied by in situ analysis. Seven cDNAs highly expressed in Northern blot analysis were tested. Their in situ expression differed between the xenograft and human sections as did that of collagen I. In the xenograft made from one of the target cell lines (OHS), a fair to strong representation of 3 cloned mRNAs was observed while collagen I mRNA was not detectable. We conclude that the molecular heterogeneity of these tumors is considerable. These results ought to have implications for future work to describe phenotypic subtypes with the aim of improving the diagnosis of human osteosarcomas. © 2008 Elsevier B.V., All rights reserved.; MEDLINE® is the source for the MeSH terms of this document.

A transição de permeabilidade mitocondrial (MPT) desempenha um papel importante na morte celular induzida por danos, e agentes que inibem a MPT podem ter potencial terapêutico para tratar condições humanas como lesão de isquemia/reperfusão, trauma e doenças neurodegenerativas. A proteína da matriz mitocondrial, ciclofilina D (CYP D), um membro de uma família de peptidilprolil cis-trans isomerases (PPIases) altamente homólogas, desempenha um papel decisivo na MPT, sendo um constituinte integral do poro MPT. Outras proteínas putativas do poro MPT incluem o translocador de nucleotídeos de adenina (ANT) e o canal aniônico dependente de voltagem (VDAC). Em um modelo alternativo, o poro MPT é formado por aglomerados de proteínas de membrana mal dobradas que delineiam canais aquosos que são regulados por CYP D e outras proteínas com função chaperona. Como a ciclofilina A (CYP A) e outros membros da família das ciclofilinas, a CYP D é alvo do imunossupressor ciclosporina A (CsA). A CsA é citoprotetora em muitos modelos celulares e animais, mas a proteção pode resultar tanto da inibição da MPT através de uma interação com CYP D quanto da inibição da desfosforilação mediada por calcineurina de BAD através de uma interação com CYP A. A relevância da inibição da MPT pela CsA para seus efeitos citoprotetores está bem documentada em muitos modelos celulares. Mecanismos de ação in vivo são mais difíceis de definir e, consequentemente, as evidências são ainda menos convincentes em modelos animais in vivo de lesão de isquemia/reperfusão, trauma e doenças neurodegenerativas. Não obstante, a CYP D é um alvo farmacológico de alto interesse. Considerações estruturais sugerem a viabilidade de projetar ligantes de CYP D sem propriedades imunossupressoras. Isso é altamente desejável, uma vez que eles têm o potencial de serem agentes terapêuticos úteis em uma variedade de estados de doença. Pode ser um desafio mais difícil obter compostos específicos para CYP D versus outras ciclofilinas, e/ou de baixo peso molecular, permitindo penetração cerebral para torná-los adequados para o tratamento de doenças neurodegenerativas. © 2008 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.; MEDLINE® é a fonte para os termos MeSH deste documento.

Cyclophilin D as a drug target: The mitochondrial permeability transition (MPT) plays an important role in damage-induced cell death, and agents inhibiting the MPT may have a therapeutic potential for treating human conditions such as ischemia/reperfusion injury, trauma, and neurodegenerative diseases. The mitochondrial matrix protein, cyclophilin D (CYP D), a member of a family of highly homologous peptidylprolyl cis-trans isomerases (PPIases), plays a decisive role in MPT, being an integral constituent of the MPT pore. Other putative MPT pore proteins include the adenine nucleotide translocator (ANT) and the voltage-dependent anion channel (VDAC). In an alternative model, the MPT pore is formed by clusters of misfolded membrane proteins outlining aqueous channels that are regulated by CYP D and other chaperone-like proteins. Like cyclophilin A (CYP A) and other cyclophilin family members, CYP D is targeted by the immunosuppressant cyclosporin A (CsA). CsA is cytoprotective in many cellular and animal models, but protection may result from either inhibition of the MPT through an interaction with CYP D or inhibition of calcineurin-mediated dephosphorylation of BAD through an interaction with CYP A. The relevance of MPT inhibition by CsA for its cytoprotective effects is well documented in many cellular models. Mechanisms of action in vivo are more difficult to define, and accordingly the evidence is as yet less compelling in in vivo animal models of ischemia/reperfusion injury, trauma and neurodegenerative diseases. Notwithstanding, CYP D is a drug target of high interest. Structural considerations suggest feasibility of designing CYP D ligands without immunosuppressant properties. This is highly desirable, since they have the potential of being useful therapeutic agents in a variety of disease states. It might be a tougher challenge to obtain compounds specific for CYP D vs. other cyclophilins, and/or of small molecular weight, allowing brain penetration to make them suitable for treating neurodegenerative diseases. © 2008 Elsevier B.V., All rights reserved.; MEDLINE® is the source for the MeSH terms of this document.

O objetivo deste estudo foi estabelecer um cultivo primário de células de medula óssea humana para testes de biocompatibilidade de diferentes biomateriais e a investigação de sua capacidade de construir matriz extracelular e sua mineralização. Para isso, a medula óssea humana foi obtida durante uma operação total de articulação do quadril, mecanicamente triturada e isolada em duas frações celulares com auxílio de gradiente de densidade. As frações celulares foram incubadas com dois meios (meio I: enriquecido com fator de crescimento GM-CSF e IL-3; meio II: meio misto consistindo de 1/3 IMDM e 2/3 HSP) e analisadas quanto à sua matriz extracelular e sua mineralização durante um período de 8 semanas. Para a análise, os seguintes métodos foram utilizados: microscopia óptica e MEV; coloração histológica (coloração de von Kossa, Neufuchsin e Alizarina Red S); colorações imuno-histoquímicas; EDS-MEV; Dot Blot (Colágeno I e III, Laminina, Fibronectina). Para a interpretação estatística dos resultados, utilizamos o teste t de Student para grupos independentes. Sob a influência de GM-CSF e IL-3, o cultivo celular da interfase apresentou uma construção de matriz extracelular estatisticamente significativamente maior (Colágeno Tipo I, III e Fibronectina). Os cultivos incubados com HSP demonstraram principalmente Laminina e células adiposas. A maior quantidade de mineralização pôde ser observada no cultivo celular da interfase sob a influência de fatores de crescimento. Apenas nestes cultivos o Ca++ pôde ser determinado. Presumivelmente, GM-CSF e IL-3 afetam um aumento da construção da matriz extracelular e sua mineralização. Sob a influência de HSP, ocorre presumivelmente um desencadeamento da adipogênese e produção de Laminina. A Laminina por si mesma diminui a mineralização da matriz extracelular. © 2008 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Analysis of a long term human bone marrow cell culture - Part II - Extra cellular matrix and its mineralisation: The aim of this study was to establish a primary human bone marrow cell culture for biocompatibility testing of different biomaterials and the investigation due to their ability to build extracellular matrix and the mineralisation of it. Therefore, human bone marrow was obtained during a total hip-joint operation, mechanically crushed and isolated in two cell fractions with the assistance of density grading. The cell fractions were incubated with two mediums (medium I: enriched with growth factor GM-CSF and IL-3; medium II: mixed medium consists of 1/3 IMDM and 2/3 HSP) and analysed in view of their extracellular matrix ant its mineralisation over a period of 8 weeks. For the analysis the following methods were used: lightmicroscopy and SEM; histological colouring (v. Kossa-, Neufuchsin-, und Alizarinrot S-couloring); immune-histochemical colourings; REM-SDX; Dot Blot (Kollagen I und III, Laminin, Fibronektin) For the statistically interpretation of the results we used the students-t-test for independent groups. Under the influence of GM-CSF and IL-3 the interphase cell culture had a statistically significant higher build extracellular matrix (Kollagen Typ I, III und Fibronektin). The cultures incubated with HSP demonstrated mainly Laminin and fat cells. The highest amount of mineralisation of could be observed by the interphase cell culture under the influence of growth factors. Only in these cultures Ca++ could be determined. Presumable GM-CSF and IL-3 effects an increase of building extracellular matrix and their mineralisation. Under the influence of HSP it comes presumable to a triggered adipogenesis and production of Laminin. Laminin itselfs decreases the mineralisation of the extracellular matrix. © 2008 Elsevier B.V., All rights reserved.

O poro de transição de permeabilidade (PT) é um complexo proteico pró-apoptótico importante nas mitocôndrias. Embora seja ativado por muitos sinais para indução de apoptose, o papel de suas várias subunidades na indução da morte celular permaneceu amplamente desconhecido. Descobrimos que, entre seus componentes, apenas o canal ânion-dependente de voltagem na membrana mitocondrial externa e o translocador de nucleotídeos de adenina-1 (ANT-1), uma subunidade do poro PT da membrana interna, são indutores de apoptose. Também relatamos que o interator direto do ANT-1, a ciclofilina D, pode reprimir especificamente a apoptose induzida pelo ANT-1. Além disso, experimentos de cotransfecção revelaram que, para uma ampla gama de indutores de apoptose, a ciclofilina D mostra o mesmo perfil de repressão que o ácido bongkrekico, um inibidor específico do poro PT. Esta atividade parece ser independente de sua atividade de chaperona, a única função conhecida da ciclofilina D até o momento. Importante, a ciclofilina D é especificamente regulada positivamente em tumores humanos da mama, ovário e útero, sugerindo que a inibição do poro PT via regulação positiva da ciclofilina D desempenha um papel na tumorigênese. © 2008 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.; MEDLINE® é a fonte para os termos MeSH deste documento.

Cyclophilin D, a Component of the Permeability Transition-Pore, Is an Apoptosis Repressor: The permeability transition (PT)-pore is an important proapoptotic protein complex in mitochondria. Although it is activated by many signals for apoptosis induction, the role of its various subunits in cell death induction has remained largely unknown. We found that of its components, only the voltage-dependent anion channel in the outer mitochondrial membrane and the adenine nucleotide translocator-1 (ANT-1), a PT-pore subunit of the inner membrane, are apoptosis inducers. We also report that ANT-1's direct interactor, cyclophilin D, can specifically repress ANT-1-induced apoptosis. In addition, cotransfection experiments revealed that for a diverse range of apoptosis inducers, cyclophilin D shows the same repression profile as the compound bongkrekic acid, a specific inhibitor of the PT-pore. This activity seems to be independent of its chaperone activity, the only known function of cyclophilin D to date. Importantly, cyclophilin D is specifically up-regulated in human tumors of the breast, ovary, and uterus, suggesting that inhibition of the PT-pore via up-regulation of cyclophilin D plays a role in tumorigenesis. © 2008 Elsevier B.V., All rights reserved.; MEDLINE® is the source for the MeSH terms of this document.

Objetivo: Testar a hipótese de que a administração de angélica pré-injeção antes da isquemia e reperfusão protege o miocárdio. Métodos: O modelo de isquemia e reperfusão miocárdica foi realizado usando ratos Sprague-Dawley submetidos a 30 minutos de oclusão da artéria coronária esquerda seguida por 40 min ou 120 min de reperfusão. O Grupo I (grupo controle) foi o grupo de operação simulada. O Grupo II foi o grupo de isquemia e reperfusão. O Grupo III foi o grupo de tratamento com angélica. O conteúdo de malondialdeído (MDA) foi detectado por TBA e a atividade de superóxido dismutase (SOD) foi medida por amplificação química. As expressões da proteína de choque térmico-70 (HSP70) foram medidas por técnica imuno-histoquímica. A ultraestrutura miocárdica foi observada sob microscópio eletrônico. A ativação do fator nuclear-kappaB (NF-κB) foi determinada por ensaio de mobilidade eletroforética (EMSA). Resultados: O conteúdo de MDA do miocárdio foi reduzido significativamente no grupo III (P<0,01), mas aumentou significativamente no grupo II (P<0,01). A atividade de SOD e a expressão de HSP70 do miocárdio no grupo III foram maiores do que as do grupo II (P<0,01). Sob microscópio eletrônico, a ultraestrutura miocárdica no grupo III foi significativamente melhorada em comparação com o grupo II. A ativação do NF-κB atingiu seu aumento máximo no grupo II (P<0,01), e foi notavelmente diminuída no grupo III (P<0,01). Conclusão: A angélica pode proteger o miocárdio da lesão de isquemia-reperfusão através da melhora da expressão de HSP70 e da regulação negativa do NF-κB. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effect of intravenous angelica on HSP70 and NF-κB during myocardial ischemia and reperfusion injury in rats: Objective: To test the hypothesis that administration of angelica pro-injection before ischemia and reperfusion protects myocardium. Methods: Myocardial ischemia and reperfusion model was done using Sprague-Dawley rats subjected to 30 minutes occlusion of left coronary artery followed by 40 min or 120 min reperfusion. Group I (control group) was the sham operation group. Group II was ischemia and reperfusion group. Group III was angelica treatment group. Malondialdehyde (MDA) content was detected by TBA and superoxide dismutase (SOD) activity was measured by chemical amplification. The expressions of heat shock protein-70 (HSP70) were measured by immunohistochemical technique. The myocardial ultrastructure was observed under electronic microscope. Nuclear factor-kappaB (NF-κB) activation was determined by electrophoretic mobility shift assay (EMSA). Results: MDA content of myocardium was reduced significantly in group III (P<0.01), but significantly increased in group II (P<0.01). SOD activity and HSP70 expression of myocardium in group III were higher than those of group II (P<0.01). Under electronic microscope, myocardial ultrastuctral in groups III was significantly improved in comparison with group II. NF-κB activation was reached its maximum increase in group II (P< 0.01), ant it was remarkably decreased in group III (P<0.01). Conclusion: Angelica might protect the myocardium from ischemia-reperfusion injury via the improvement of HSP70 expression and the downregulation of NF-κB. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A aceleração da taxa evolutiva observada na maioria das bactérias endossimbióticas pode ser explicada por maiores taxas de mutação, mudanças na pressão seletiva e aumento da fixação de mutações deletérias por deriva genética. Aqui, exploramos as forças que influenciam a evolução molecular em Blochmannia, um endossimbionte obrigatório de Camponotus e gêneros de formigas relacionados. Nossos objetivos foram comparar as taxas de evolução sequencial em Blochmannia com bactérias relacionadas, explorar a variação na força e eficácia da seleção negativa (purificadora) e avaliar o efeito da seleção positiva. Para seis pares de Blochmannia, mais Buchnera e enterobactérias relacionadas, estimativas de divergência sequencial em quatro genes confirmam taxas mais rápidas de evolução sinônima no mutualista de formigas. Esta conclusão é baseada em maior dS entre linhagens de Blochmannia apesar de sua divergência mais recente. Da mesma forma, dN geralmente mais alto em Blochmannia indica taxas mais rápidas de substituição não sinônima neste grupo. Uma exceção é o gene groEL, para o qual menor dN e dN/dS comparado a Buchnera indica seleção negativa excepcionalmente forte em Blochmannia. Além disso, exploramos evidências de seleção positiva em Blochmannia usando modelos de máxima verossimilhança baseados em sítios e linhagens. Essas abordagens confirmaram heterogeneidade de dN/dS entre sítios de códons e revelaram variação significativa em dN/dS entre linhagens de Blochmannia para três genes. A variação de linhagem afetou genes independentemente, sem evidência de mudanças paralelas em dN/dS entre genes ao longo de um determinado ramo. Nossos dados também revelam instâncias de dN/dS maior que um; entretanto, não interpretamos essas grandes razões dN/dS como evidência de seleção positiva. Em suma, enquanto a deriva pode contribuir para uma aceleração geral da taxa em sítios não sinônimos em Blochmannia, pressões seletivas variáveis explicam melhor as aparentes mudanças gene-específicas em dN/dS entre linhagens deste mutualista de formigas. No curso deste estudo, reanalisamos a variação em Buchnera groEL e não encontramos evidência de seleção positiva que foi previamente relatada.

The roles of positive and negative selection in the molecular evolution of insect endosymbionts: The evolutionary rate acceleration observed in most endosymbiotic bacteria may be explained by higher mutation rates, changes in selective pressure, and increased fixation of deleterious mutations by genetic drift. Here, we explore the forces influencing molecular evolution in Blochmannia, an obligate endosymbiont of Camponotus and related ant genera. Our goals were to compare rates of sequence evolution in Blochmannia with related bacteria, to explore variation in the strength and efficacy of negative (purifying) selection, and to evaluate the effect of positive selection. For six Blochmannia pairs, plus Buchnera and related enterobacteria, estimates of sequence divergence at four genes confirm faster rates of synonymous evolution in the ant mutualist. This conclusion is based on higher dS between Blochmannia lineages despite their more recent divergence. Likewise, generally higher dN in Blochmannia indicates faster rates of nonsynonymous substitution in this group. One exception is the groEL gene, for which lower dN and dN / dS compared to Buchnera indicate exceptionally strong negative selection in Blochmannia. In addition, we explored evidence for positive selection in Blochmannia using both site-and lineage-based maximum likelihood models. These approaches confirmed heterogeneity of dN / dS among codon sites and revealed significant variation in dN / dS across Blochmannia lineages for three genes. Lineage variation affected genes independently, with no evidence of parallel changes in dN / dS across genes along a given branch. Our data also reveal instances of dN / dS greater than one; however, we do not interpret these large dN / dS ratios as evidence for positive selection. In sum, while drift may contribute to an overall rate acceleration at nonsynonymous sites in Blochmannia, variable selective pressures best explain the apparent gene-specific changes in dN / dS across lineages of this ant mutualist. In the course of this study, we reanalyzed variation at Buchnera groEL and found no evidence of positive selection that was previously reported. © 2005 Elsevier B.V. All rights reserved. © 2008 Elsevier B.V., All rights reserved.; MEDLINE® is the source for the MeSH terms of this document.

Nós geramos previamente várias linhagens de células mamárias humanas transformadas para a detecção de atividades mediadas por receptores de esteroides e utilizamos essas linhagens celulares para detectar e caracterizar compostos (ant)agonistas de hormônios esteroides. Neste relatório, descrevemos os procedimentos específicos de otimização utilizados para aprimorar a transcrição mediada pelos receptores humanos de glicocorticoides, progesterona e andrógenos, respectivamente. O estresse químico induzido por arsenito de sódio leva a um aumento substancial e específico na transcrição mediada pelo receptor de glicocorticoides, resultando em estímulos máximos de mais de 2000 vezes pelo agonista dexametasona. Similarmente, um tratamento combinado com forskolina (um ativador da adenilato ciclase) e tricostatina A (um inibidor de histona desacetilases) leva a um aprimoramento sinérgico da estimulação por progesterona ou andrógeno, resultando em uma indução máxima de mais de 200 vezes ou cerca de 100 vezes, respectivamente. As respostas aprimoradas a esteroides específicos são mediadas pelo receptor nuclear correspondente. Mostramos que, utilizando esses protocolos de estimulação transcricional aprimorados, é possível detectar quantidades menores de hormônios esteroides sem afetar substancialmente as atividades biológicas relativas de vários agonistas. Finalmente, é avaliada a aplicação desses ensaios celulares repórter aprimorados a amostras biológicas reais de animais produtores de carne, e alguns parâmetros de validação são apresentados.

Enhancement of steroid receptor-mediated transcription for the development of highly responsive bioassays: We have previously generated several transformed human mammary cell lines for the detection of steroid receptor-mediated activities and used these cell lines to detect and characterize steroid hormone (ant)agonistic compounds. In this report, we describe the specific optimization procedures used to enhance receptor-mediated transcription through the human glucocorticoid, progesterone and androgen receptors, respectively. Sodium arsenite-induced chemical stress leads to a substantial and specific increase in the glucocorticoid receptor-mediated transcription, resulting in maximal stimulations of more than 2000-fold by the agonist dexamethasone. Similarly, a combined treatment with forskolin (an activator of adenylate cyclase) and trichostatin A (an inhibitor of histone deacetylases) leads to a synergistic enhancement of progesterone or androgen stimulation, resulting in a maximal induction of more than 200-fold or about 100-fold, respectively. The enhanced responses to specific steroids are mediated by the corresponding nuclear receptor. We show that by using these enhanced transcriptional stimulation protocols, it is possible to detect lower amounts of steroid hormones without substantially affecting the relative biological activities of various agonists. Finally, the application of these enhanced reporter cell assays to real biological samples from meat-producing animals is evaluated, and some validation parameters are presented. © Springer-Verlag 2005. © 2011 Elsevier B.V., All rights reserved.; MEDLINE® is the source for the MeSH terms of this document.

A modulação da sinalização transmembrana por receptores acoplados à proteína G (GPCRs) constitui o alvo terapêutico mais importante na medicina. Os fármacos que atuam nos GPCRs têm sido tradicionalmente classificados como agonistas, agonistas parciais ou antagonistas com base em um modelo de dois estados da função do receptor incorporado no modelo do complexo ternário. Entretanto, na última década, muitas linhas de investigação mostraram que a sinalização dos GPCRs exibe maior diversidade e "textura" do que se apreciava anteriormente. A diversidade de sinal surge de numerosos fatores, entre os quais estão a capacidade dos receptores de adotar múltiplos estados "ativos" com diferentes perfis de acoplamento a efetores; a formação de dímeros de receptores que exibem farmacologia, sinalização e tráfego únicos; a dissociação da "ativação" do receptor da dessensibilização e internalização; e a descoberta de que efetores não proteína G medeiam alguns aspectos da sinalização dos GPCRs. Ao mesmo tempo, o agrupamento de GPCRs com seus efetores a jusante em microdomínios da membrana e as interações entre receptores e uma infinidade de proteínas de andaime multidomínio e moléculas acessórias/chaperonas conferem pré-organização, eficiência e especificidade ao sinal. Neste contexto, o conceito de tráfego agonista-seletivo da sinalização do receptor, que reconhece que um ligante ligado pode selecionar entre um menu de conformações ativas do receptor e induzir apenas um subconjunto do perfil de resposta possível, apresenta a oportunidade de desenvolver fármacos que alteram a qualidade bem como a quantidade da eficácia. À medida que um entendimento mais abrangente da complexidade da sinalização dos GPCRs é desenvolvido, o desenho racional de ligantes com maior eficácia específica e efeitos colaterais atenuados pode se tornar o modo padrão de desenvolvimento de fármacos. © 2008 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.; MEDLINE® é a fonte para os termos MeSH deste documento.

The origins of diversity and specificity in G protein-coupled receptor signaling: The modulation of transmembrane signaling by G protein-coupled receptors (GPCRs) constitutes the single most important therapeutic target in medicine. Drugs acting on GPCRs have traditionally been classified as agonists, partial agonists, or antagonists based on a two-state model of receptor function embodied in the ternary complex model. Over the past decade, however, many lines of investigation have shown that GPCR signaling exhibits greater diversity and "texture" than previously appreciated. Signal diversity arises from numerous factors, among which are the ability of receptors to adopt multiple "active" states with different effector-coupling profiles; the formation of receptor dimers that exhibit unique pharmacology, signaling, and trafficking; the dissociation of receptor "activation" from desensitization and internalization; and the discovery that non-G protein effectors mediate some aspects of GPCR signaling. At the same time, clustering of GPCRs with their downstream effectors in membrane microdomains and interactions between receptors and a plethora of multidomain scaffolding proteins and accessory/chaperone molecules confer signal preorganization, efficiency, and specificity. In this context, the concept of agonist-selective trafficking of receptor signaling, which recognizes that a bound ligand may select between a menu of active receptor conformations and induce only a subset of the possible response profile, presents the opportunity to develop drugs that change the quality as well as the quantity of efficacy. As a more comprehensive understanding of the complexity of GPCR signaling is developed, the rational design of ligands possessing increased specific efficacy and attenuated side effects may become the standard mode of drug development. © 2008 Elsevier B.V., All rights reserved.; MEDLINE® is the source for the MeSH terms of this document.

Em muitos grupos animais, simbiontes bacterianos mutualistas desempenham um papel central na ecologia do hospedeiro, fornecendo nutrientes raros e assim permitindo a especialização em dietas restritas. Entre esses simbiontes, os estudos genômicos são mais avançados para Buchnera, o simbionte obrigatório de pulgões, que se alimentam de seiva floemática. O conteúdo dos genomas altamente reduzidos de Buchnera verificou seu papel na nutrição dos pulgões. Comparações dos conjuntos de genes de Buchnera indicam perdas gênicas contínuas e irreversíveis que devem afetar as necessidades nutricionais dos pulgões. Além disso, quase todos os genes regulatórios foram eliminados, levantando a questão de se e como a expressão gênica responde a mudanças ambientais. Estudos de microarray sobre expressão genômica global indicam que Buchnera evoluiu algumas mudanças constitutivas na expressão gênica: homólogos de genes de estresse térmico apresentam níveis elevados de transcritos em Buchnera (em relação a outras bactérias) mesmo na ausência de estresse. Adicionalmente, os resultados de microarray indicam que as respostas ao estresse térmico e à disponibilidade de aminoácidos são poucas e modestas. As respostas observadas são consistentes com o controle pelos poucos reguladores ancestrais retidos no genoma. Estudos iniciais sobre o papel dos genes do hospedeiro na mediação da simbiose revelam padrões de expressão distintos em células hospedeiras que abrigam Buchnera. Num futuro próximo, um genoma completo do pulgão-da-ervilha acelerará o progresso na compreensão da integração funcional dos genomas do pulgão e de Buchnera. Embora as informações para outras simbioses de insetos sejam relativamente limitadas, estudos sobre simbiontes de formigas carpinteiras e moscas tsé-tsé indicam muitas semelhanças com Buchnera.

Functional genomics of Buchnera and the ecology of aphid hosts: In many animal groups, mutualistic bacterial symbionts play a central role in host ecology, by provisioning rare nutrients and thus enabling specialization on restricted diets. Among such symbionts, genomic studies are most advanced for Buchnera, the obligate symbiont of aphids, which feed on phloem sap. The contents of the highly reduced Buchnera genomes have verified its role in aphid nutrition. Comparisons of Buchnera gene sets indicate ongoing, irreversible gene losses that are expected to affect aphid nutritional needs. Furthermore, almost all regulatory genes have been eliminated, raising the question of whether and how gene expression responds to environmental change. Microarray studies on genome-wide expression indicate that Buchnera has evolved some constitutive changes in gene expression: homologues of heat stress genes have elevated transcript levels in Buchnera (relative to other bacteria) even in the absence of stress. Additionally, the microarray results indicate that responses to heat stress and to amino acid availability are both few and modest. Observed responses are consistent with control by the few ancestral regulators retained in the genome. Initial studies on the role of host genes in mediating the symbiosis reveal distinctive expression patterns in host cells harbouring Buchnera. In the near future, a complete genome of pea aphid will accelerate progress in understanding the functional integration of aphid and Buchnera genomes. Although information for other insect symbioses is relatively limited, studies on symbionts of carpenter ants and tsetse flies indicate many similarities to Buchnera. © 2006 Blackwell Publishing Ltd. © 2008 Elsevier B.V., All rights reserved.; MEDLINE® is the source for the MeSH terms of this document.

Pré-proteínas mitocondriais que são importadas via o receptor Tom70 (translocase da membrana mitocondrial externa) são complexadas com chaperonas citosólicas antes de serem direcionadas para a membrana mitocondrial externa. O transportador de nucleotídeos de adenina (ANT) segue este caminho, e sua forma madura purificada é idêntica à pré-proteína. O ANT purificado foi reconstituído com chaperonas em lisado de reticulócitos, e as proteínas ligadas foram identificadas por espectrometria de massa. Além da proteína de choque térmico cognata de 70-kDa (Hsc70) e da proteína de choque térmico de 90-kDa (Hsp90), um subconjunto específico de co-chaperonas foi encontrado, mas nenhum fator de direcionamento mitocondrial-específico foi identificado. Curiosamente, três diferentes proteínas de domínio J relacionadas à Hsp40 foram identificadas: DJA1, DJA2 e DJA4. As DJAs ligaram-se às pré-proteínas em diferentes extensões através de suas regiões C-terminais. Mutantes dominantes-negativos de DJA sem os domínios J N-terminais prejudicaram a importação mitocondrial. Os mutantes bloquearam a ligação de Hsc70 à pré-proteína, mas com eficiência variável. As DJAs também mostraram diferenças significativas na ativação da ATPase de Hsc70 e no desdobramento de proteínas dependente de Hsc70. Em células HeLa, as DJAs aumentaram o novo dobramento de proteínas e a importação mitocondrial, embora em diferentes extensões. Nenhuma DJA individual foi superior às outras em todos os aspectos, mas cada uma apresentou um perfil de especialização parcial. As co-chaperonas de Hsp90 p23 e Aha1 também regularam as interações Hsp90-pré-proteína. Sugerimos que múltiplas co-chaperonas com propriedades semelhantes, mas parcialmente especializadas, cooperam em complexos chaperona-pré-proteína ótimos.

Multiple 40-kDa heat-shock protein chaperones function in Tom70-dependent mitochondrial import: Mitochondrial preproteins that are imported via the translocase of the mitochondrial outer membrane (Tom)70 receptor are complexed with cytosolic chaperones before targeting to the mitochondrial outer membrane. The adenine nucleotide transporter (ANT) follows this pathway, and its purified mature form is identical to the preprotein. Purified ANT was reconstituted with chaperones in reticulocyte lysate, and bound proteins were identified by mass spectrometry. In addition to 70-kDa heat-shock cognate protein (Hsc70) and 90-kDa heat-shock protein (Hsp90), a specific subset of cochaperones were found, but no mitochondria-specific targeting factors were found. Interestingly, three different Hsp40-related J-domain proteins were identified: DJA1, DJA2, and DJA4. The DJAs bound preproteins to different extents through their C-terminal regions. DJA dominant-negative mutants lacking the N-terminal J-domains impaired mitochondrial import. The mutants blocked the binding of Hsc70 to preprotein, but with varying efficiency. The DJAs also showed significant differences in activation of the Hsc70 ATPase and Hsc70-dependent protein refolding. In HeLa cells, the DJAs increased new protein folding and mitochondrial import, although to different extents. No single DJA was superior to the others in all aspects, but each had a profile of partial specialization. The Hsp90 cochaperones p23 and Aha1 also regulated Hsp90-preprotein interactions. We suggest that multiple cochaperones with similar yet partially specialized properties cooperate in optimal chaperone-preprotein complexes. © 2007 by The American Society for Cell Biology. © 2009 Elsevier B.V., All rights reserved.; MEDLINE® is the source for the MeSH terms of this document.

As proteínas do grupo Polycomb (PcG) e do grupo Trithorax (TrxG) de Drosophila são responsáveis pela manutenção de padrões estáveis de transcrição de muitos reguladores do desenvolvimento, como os genes homeóticos. Utilizamos ChIP-on-chip para comparar a distribuição de várias proteínas PcG/TrxG, bem como modificações de histonas em genes ativos e reprimidos nos dois complexos homeóticos ANT-C e BX-C. Nossos dados indicam a colocalização do complexo repressivo Polycomb 1 (PRC1) com Trx e a proteína de ligação ao DNA Pleiohomeotic (Pho) em elementos de sequência discretos, bem como diferenças significativas na montagem da cromatina em regiões ativas e inativas. Trx liga-se aos promotores de genes ativos e transcritos não codificantes. Mais impressionantemente, no estado ativo, Pho cobre domínios de cromatina estendidos ao longo de muitos quilobases. Esta característica de Pho, observada em muitos "puffs" de cromossomos politênicos, reflete uma função previamente não descrita. No gene hsp70, demonstramos em mutantes que Pho é necessária para a recuperação transcricional após choque térmico. Além de sua presumível função no recrutamento de complexos PcG para seu local de ação, nossos resultados agora revelam que Pho desempenha um papel adicional na repressão de genes já induzidos.

Comparing active and repressed expression states of genes controlled by the Polycomb/Trithorax group proteins: Drosophila Polycomb group (PcG) and Trithorax group (TrxG) proteins are responsible for the maintenance of stable transcription patterns of many developmental regulators, such as the homeotic genes. We have used ChIP-on-chip to compare the distribution of several PcG/TrxG proteins, as well as histone modifications in active and repressed genes across the two homeotic complexes ANT-C and BX-C. Our data indicate the colocalization of the Polycomb repressive complex 1 (PRC1) with Trx and the DNA binding protein Pleiohomeotic (Pho) at discrete sequence elements as well as significant chromatin assembly differences in active and inactive regions. Trx binds to the promoters of active genes and noncoding transcripts. Most strikingly, in the active state, Pho covers extended chromatin domains over many kilobases. This feature of Pho, observed on many polytene chromosome puffs, reflects a previously undescribed function. At the hsp70 gene, we demonstrate in mutants that Pho is required for transcriptional recovery after heat shock. Besides its presumptive function in recruiting PcG complexes to their site of action, our results now uncover that Pho plays an additional role in the repression of already induced genes. © 2007 by The National Academy of Sciences of the USA. © 2009 Elsevier B.V., All rights reserved.; MEDLINE® is the source for the MeSH terms of this document.

A expressão de HSP70 é induzida por fatores de estresse, incluindo resfriamento subletal, mas o papel da HSP70 para superar as consequências do estresse pelo frio não é claro. Se o papel for positivo, o nível de expressão de HSP70 pode ser maior em populações de climas mais frios. Através do uso de imunoblotagem, investigamos a dinâmica da expressão de HSP70 em resposta ao estresse pelo frio em duas espécies de Myrmica de três localidades de diferentes latitudes (50, 60 e 67° N). Os resultados mostraram que na espécie mais termofílica Myrmica rubra a expressão de HSP70 após o estresse pelo frio foi mais intensa. As características de expressão dentro de ambas as espécies não mostraram relação direta com a latitude. Em M. rubra a população mais ao sul e em M. ruginodis a população mais ao norte apresentaram a resposta mais rápida e intensa. No entanto, em M. rubra as outras duas populações estudadas foram semelhantes no tempo e intensidade da resposta, enquanto em M. ruginodis a população intermediária mostrou a resposta mais lenta e fraca. Os dados sugerem que a expressão de HSP70 pode desempenhar o papel mais considerável na adaptação ao frio na população mais ao sul de M. ruginodis. © 2011 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.; MEDLINE® é a fonte para os termos MeSH deste documento.

Expression of stress proteins of family HSP70 in response to cold in Myrmica ants from different geographic populations: Expression of HSP70 is induced by stress factors, including sub-lethal chilling, but the role of HSP70 for overcoming consequenses of cold stress is not clear. If the role is positive, the level of HSP70 expression might be higher in populations from colder climates. By use of immunoblotting we investigated dynamics of HSP70 expression in response to cold stress in two Myrmica species from three localities of different latitude (50, 60 and 67° N). The results showed that in the more thermophilic species Myrmica rubra expression of HSP70 after cold stress was more intense. Expression traits within both species did not show direct relationship with latitude. In M. rubra the southernmost population and in M. ruginodis the northernmost one displayed the fastest and most intense response. However, in M. rubra the two other studied populations were similar in timing and intensity of the response, while in M. ruginodis the intermediate population showed the slowest and weakest response. The data suggest that the expression of HSP70 might play the most considerable role in the adaptation to cold in the southernmost population of M. ruginodis. © 2011 Elsevier B.V., All rights reserved.; MEDLINE® is the source for the MeSH terms of this document.

Objetivos: A fosforilação reversível de proteínas mitocondriais é essencial na regulação da função respiratória, metabolismo energético e morte celular mediada por mitocôndrias. Nossa hipótese foi que a fosforilação de proteínas mitocondriais desempenha um papel crítico na cardioproteção durante o pré e pós-condicionamento, duas das terapias anti-isquêmicas mais eficientes. Métodos e resultados: Utilizando abordagens fosfoproteômicas, investigamos os perfis de proteínas fosforiladas em mitocôndrias cardíacas de ratos Wistar protegidas pelo pré e pós-condicionamento farmacológico induzido por isoflurano. Sessenta e um spots foram detectados por eletroforese bidimensional em gel azul nativo acoplada a Western blot usando um anticorpo específico para fosfo-Ser/Thr/Tyr, e 45 destes spots foram identificados por espectrometria de massa por tempo de voo/desorção a laser assistida por matriz. Onze spots proteicos relacionados à fosforilação oxidativa, metabolismo energético, funções de chaperona e carreador exibiram mudanças significativas em seu estado de fosforilação quando as mitocôndrias protegidas foram comparadas com as não protegidas. Usando um protocolo de enriquecimento de fosfopeptídeos seguido por cromatografia líquida-MS/MS, 26 potenciais sítios de fosforilação foram identificados em 19 proteínas. Entre estes, um novo sítio de fosforilação foi detectado no translocador de nucleotídeos de adenina-1 (ANT1) no resíduo Tyr194. Mudanças na fosforilação do ANT entre mitocôndrias protegidas e não protegidas foram confirmadas por imunoprecipitação. A significância biológica da fosforilação do ANT na Tyr194 foi testada adicionalmente com mutagênese sítio-dirigida em levedura. A substituição da Tyr194 por Phe, mimetizando o estado não fosforilado, resultou na inibição do crescimento da levedura em fontes de carbono não fermentáveis, implicando um papel crítico da fosforilação neste resíduo na regulação da função do ANT e respiração celular. Conclusões: Nossa análise enfatiza as funções regulatórias do fosfoproteoma em mitocôndrias cardíacas e revela uma nova ligação potencial entre bioenergética e cardioproteção. © O Autor 2008. © 2009 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.; MEDLINE® é a fonte para os termos MeSH deste documento.

Phosphoproteome analysis of isoflurane-protected heart mitochondria: Phosphorylation of adenine nucleotide translocator-1 on Tyr194 regulates mitochondrial function: Aims: Reversible phosphorylation of mitochondrial proteins is essential in the regulation of respiratory function, energy metabolism, and mitochondrion-mediated cell death. We hypothesized that mitochondrial protein phosphorylation plays a critical role in cardioprotection during pre and postconditioning, two of the most efficient anti-ischaemic therapies. Methods and results: Using phosphoproteomic approaches, we investigated the profiles of phosphorylated proteins in Wistar rat heart mitochondria protected by pharmacological pre and postconditioning elicited by isoflurane. Sixty-one spots were detected by two-dimensional blue-native gel electrophoresis-coupled Western blotting using a phospho-Ser/Thr/Tyr-specific antibody, and 45 of these spots were identified by matrix-assisted laser desorption/ionization-time of flight mass spectrometry. Eleven protein spots related to oxidative phosphorylation, energy metabolism, chaperone, and carrier functions exhibited significant changes in their phosphorylation state when protected mitochondria were compared with unprotected. Using a phosphopeptide enrichment protocol followed by liquid chromatography-MS/MS, 26 potential phosphorylation sites were identified in 19 proteins. Among these, a novel phosphorylation site was detected in adenine nucleotide translocator-1 (ANT1) at residue Tyr 194. Changes in ANT phosphorylation between protected and unprotected mitochondria were confirmed by immunoprecipitation. The biological significance of ANT phosphorylation at Tyr194 was further tested with site-directed mutagenesis in yeast. Substitution of Tyr194 with Phe, mimicking the non-phosphorylated state, resulted in the inhibition of yeast growth on non-fermentable carbon sources, implying a critical role of phosphorylation at this residue in regulating ANT function and cellular respiration. Conclusions: Our analysis emphasizes the regulatory functions of the phosphoproteome in heart mitochondria and reveals a novel, potential link between bioenergetics and cardioprotection. © The Author 2008. © 2009 Elsevier B.V., All rights reserved.; MEDLINE® is the source for the MeSH terms of this document.

De acordo com a necessidade do corpo, a água é reabsorvida da pré-urina formada por ultrafiltração no rim. Este processo é regulado pelo hormônio antidiurético arginina-vasopressina (AVP), que se liga ao seu receptor tipo 2 (V2R) no rim. Mutações no gene que codifica o V2R frequentemente levam à forma hereditária ligada ao X da diabetes insípida nefrogênica (NDI), um distúrbio no qual os pacientes são incapazes de concentrar sua urina apesar da presença de AVP. Muitas dessas mutações são mutações de sentido errôneo que não interferem na funcionalidade intrínseca do V2R, mas causam sua retenção no retículo endoplasmático (RE), tornando-o indisponível para a ligação com AVP. Como os tratamentos atuais para NDI aliviam seus sintomas até certo ponto, mas não curam o distúrbio, antagonistas permeáveis à célula (chaperonas farmacológicas) têm sido usados com sucesso para estabilizar os receptores mutantes e restaurar sua localização na membrana plasmática. Recentemente, agonistas permeáveis à célula também demonstraram resgatar mutantes do V2R retidos no RE, levando ao aumento dos níveis de AMPc e translocação da aquaporina-2 para a membrana apical. Isso torna agonistas permeáveis à célula específicos para V2R terapêuticas muito promissoras para NDI resultante de receptores V2R mal dobrados. © 2010 Os Autores. Compilação do Jornal © 2010 Blackwell Publishing Ltd. © 2012 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Potential of nonpeptide (ant)agonists to rescue vasopressin v2 receptor mutants for the treatment of X-linked nephrogenic diabetes insipidus: According to the body's need, water is reabsorbed from the pro-urine that is formed by ultrafiltration in the kidney. This process is regulated by the antidiuretic hormone arginine-vasopressin (AVP), which binds to its type 2 receptor (V2R) in the kidney. Mutations in the gene encoding the V2R often lead to the X-linked inheritable form of nephrogenic diabetes insipidus (NDI), a disorder in which patients are unable to concentrate their urine despite the presence of AVP. Many of these mutations are missense mutations that do not interfere with the intrinsic functionality of V2R, but cause its retention in the endoplasmic reticulum (ER), making it unavailable for AVP binding. Because the current treatments for NDI relieve its symptoms to some extent, but do not cure the disorder, cell-permeable antagonists (pharmacological chaperones) have been successfully used to stabilise the mutant receptors and restore their plasma membrane localisation. Recently, cell-permeable agonists also were shown to rescue ER-retained V2R mutants, leading to increased cAMP levels and translocation of aquaporin-2 to the apical membrane. This makes V2R-specific cell-permeable agonists very promising therapeutics for NDI as a result of misfolded V2R receptors. © 2010 The Authors. Journal Compilation © 2010 Blackwell Publishing Ltd. © 2012 Elsevier B.V., All rights reserved.

Pesquisas recentes sobre proteínas de choque térmico (Hsps) em doenças inflamatórias crônicas indicam que as Hsps podem ter atividades supressoras da doença. Nosso objetivo foi caracterizar a resposta imune direcionada às Hsp40 bacterianas (DnaJ) e humanas em pacientes com artrite reumatoide (AR). Encontramos níveis elevados de anticorpos séricos anti-DnaJ, anti-Hdj2 e anti-Hdj3 (mas não anti-Hdj1) nos pacientes com AR (P ≥ 0,001) em comparação com controles saudáveis. Em culturas de células mononucleares do sangue periférico (PBMCs), todas as proteínas Hsp40 testadas inibiram significativamente as divisões de células T CD4+ e CD8+ dos pacientes com AR, mas não as dos controles. Tanto DnaJ quanto Hdj2 estimularam a secreção da principal citocina anti-inflamatória IL-10 pelas PBMCs dos pacientes com AR (P < 0,05), e de IL-6 pelas PBMCs dos grupos AR (P < 0,001) e controle (P < 0,01). DnaJ reduziu a secreção de TNFα (P < 0,05) por ambos os grupos de PBMCs. Nossos resultados mostram pela primeira vez que os pacientes com AR têm uma resposta humoral aumentada às proteínas humanas Hsp40 Hdj2 e Hdj3. Esta é também a primeira descrição do efeito imunomodulador das Hsp40 humanas sobre células T e secreção de citocinas na AR, sugerindo que as Hsp40 atuam como agentes anti-inflamatórios naturais na AR.

Hsp40 proteins modulate humoral and cellular immune response in rheumatoid arthritis patients: Recent research on the heat shock proteins (Hsps) in chronic inflammatory diseases indicates that Hsps may have disease-suppressive activities. Our aim was to characterize immune response directed to bacterial (DnaJ) and human Hsp40s in patients with rheumatoid arthritis (RA). We found elevated levels of anti-DnaJ, anti-Hdj2, and anti-Hdj3 (but not ant-Hdj1) serum antibodies in the RA patients (P∈ ≥ ∈0.001) compared to healthy controls. In peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) culture, all tested Hsp40 proteins significantly inhibited the divisions of CD4+ and CD8+ T cells of the RA patients but not those of the controls. Both DnaJ and Hdj2 stimulated secretion of the main anti-inflammatory cytokine IL-10 by PBMCs of the RA patients (P∈<∈0.05), and of IL-6 by PBMCs of the RA (P∈<∈0.001) and control (P∈<∈0.01) groups. DnaJ reduced TNFα secretion (P∈<∈0.05) by both groups of PBMCs. Our results show for the first time that the RA patients have an increased humoral response to human Hsp40 proteins Hdj2 and Hdj3. This is also the first description of immunomodulatory effect of human Hsp40s on T cells and cytokine secretion in RA, suggesting that Hsp40s act as natural anti-inflammatory agents in RA. © 2010 Cell Stress Society International. © 2011 Elsevier B.V., All rights reserved.; MEDLINE® is the source for the MeSH terms of this document.

As pequenas GTPases semelhantes a Arf (Arl) possuem uma diversidade de funções na célula eucariótica. A Arl2 de metazoários atua como reguladora da biogênese de microtúbulos, ligando-se ao chaperone específico de tubulina cofator D. A Arl2 também possui uma função mitocondrial através de suas interações com BART e ANT-1, sendo o único membro da superfamília Ras encontrado neste organelo até o momento. No presente estudo, descrevemos a caracterização do ortólogo de Arl2 no parasita protozoário Trypanosoma brucei. A modulação da expressão de TbARL2 em parasitas de forma sanguínea por interferência de RNA (RNAi) causa inibição da formação do sulco de clivagem, resultando em um defeito severo na citocinese e no acúmulo de células multinucleadas. O RNAi de TbARL2 também resulta na perda de α-tubulina acetilada, mas não da α-tubulina total, dos microtúbulos celulares. Embora a superexpressão de TbARL2myc também leve a um defeito na citocinese, um excesso de proteína não marcada não tem efeito na divisão celular, demonstrando a importância do extremo C-terminal na função correta. Células com superexpressão de TbARL2 (marcadas com myc ou não marcadas) apresentam um aumento na α-tubulina acetilada. Nossos dados indicam que a Arl2 tem um papel fundamentalmente conservado na biogênese de microtúbulos em tripanossomas que se correlaciona com a acetilação da α-tubulina.

The small GTPase ARL2 is required for cytokinesis in Trypanosoma brucei: The Arf-like (Arl) small GTPases have a diverse range of functions in the eukaryotic cell. Metazoan Arl2 acts as a regulator of microtubule biogenesis, binding to the tubulin-specific chaperone cofactor D. Arl2 also has a mitochondrial function through its interactions with BART and ANT-1, the only member of the Ras superfamily to be found in this organelle to date. In the present study, we describe characterization of the Arl2 orthologue in the protozoan parasite Trypanosoma brucei. Modulation of TbARL2 expression in bloodstream form parasites by RNA interference (RNAi) causes inhibition of cleavage furrow formation, resulting in a severe defect in cytokinesis and the accumulation of multinucleated cells. RNAi of TbARL2 also results in loss of acetylated α-tubulin but not of total α-tubulin from cellular microtubules. While overexpression of TbARL2myc also leads to a defect in cytokinesis, an excess of untagged protein has no effect on cell division, demonstrating the importance of the extreme C-terminus in correct function. TbARL2 overexpressing cells (either myc-tagged or untagged) have an increase in acetylated α-tubulin. Our data indicate that Arl2 has a fundamentally conserved role in trypanosome microtubule biogenesis that correlates with α-tubulin acetylation. © 2010 Elsevier B.V. © 2010 Elsevier B.V., All rights reserved.; MEDLINE® is the source for the MeSH terms of this document.

Numerosas espécies de insetos abrigam endossimbiontes mutualistas que desempenham um papel na ciclagem de nutrientes ou conferem outros benefícios adaptativos aos seus hospedeiros. Os insetos hospedeiros enfrentam o problema de ter que manter tais bactérias mutualistas enquanto desencadeiam uma resposta imune contra patógenos durante a infecção. Além disso, os hospedeiros podem regular o número de endossimbiontes presentes em seus tecidos através do sistema imunológico inato. As formigas Camponotus floridanus abrigam o endossimbionte obrigatório Blochmannia floridanus em células especializadas do intestino médio e ovários. Identificamos genes transcritos em resposta a lesão séptica por hibridização subtrativa por supressão (SSH). Entre estes estavam genes envolvidos no reconhecimento de patógenos (ex.: GNBP), transdução de sinal (ex.: MAPK-quinase), atividade antimicrobiana (ex.: defensina e himenoptaecina) ou resposta geral ao estresse (ex.: proteína de choque térmico). Uma análise quantitativa da expressão de genes imunes revelou diferentes cinéticas de expressão de fatores individuais e também perfis de expressão característicos após injeção de bactérias gram-negativas e gram-positivas. Da mesma forma, B. floridanus injetado no hemocelo provocou uma resposta imune comparável em seu hospedeiro C. floridanus. Assim, o sistema imunológico do hospedeiro pode contribuir para controlar a população do endossimbionte. © 2011 Elsevier Ltd. © 2018 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Immune response of the ant Camponotus floridanus against pathogens and its obligate mutualistic endosymbiont: Numerous insect species harbor mutualistic endosymbionts that play a role in nutrient cycling or confer other fitness benefits to their hosts. Insect hosts face the problem of having to maintain such mutualistic bacteria while staging an immune response towards pathogens upon infection. In addition, hosts may regulate the number of endosymbionts present in their tissues via the innate immune system. Camponotus floridanus ants harbor the obligate endosymbiont Blochmannia floridanus in specialized midgut cells and ovaries. We identified genes transcriptionally induced in response to septic injury by suppression subtractive hybridization (SSH). Among these were genes involved in pathogen recognition (e.g. GNBP), signal transduction (e.g. MAPK-kinase), antimicrobial activity (e.g. defensin and hymenoptaecin), or general stress response (e.g. heat shock protein). A quantitative analysis of immune-gene expression revealed different expression kinetics of individual factors and also characteristic expression profiles after injection of gram-negative and gram-positive bacteria. Likewise, B. floridanus injected into the hemocoel elicited a comparable immune response of its host C. floridanus. Thus, the host immune system may contribute to controlling the endosymbiont population. © 2011 Elsevier Ltd. © 2018 Elsevier B.V., All rights reserved.

Sumário O transcriptoma de Blochmannia floridanus, o endossimbionte da formiga carpinteira Camponotus floridanus, é apresentado durante vários estágios de desenvolvimento de seu hospedeiro holometábolo através do uso de um macroarray de DNA de genoma completo. Os padrões de transcrição detectados indicam a presença de unidades de transcrição locais, bem como mecanismos regulatórios globais. No entanto, a escala geral de regulação é muito modesta, raramente excedendo um fator de três. Um grande número de genes mostra expressão diferencial em diferentes estágios de vida e um padrão distinto de expressão de genes possivelmente envolvidos na função simbiótica em comparação com genes de manutenção é aparente. No entanto, essas alterações transcricionais são pequenas em comparação com as mudanças no número de bactérias durante o desenvolvimento do hospedeiro, que é maior em pupas e em imagos jovens. O controle da replicação das bactérias em certos estágios de vida pode, portanto, ser o parâmetro decisivo que influencia o nível geral de expressão gênica de Blochmannia no animal. Os poucos genes altamente expressos, como aqueles que codificam chaperonas moleculares, exibem um conteúdo de G+C significativamente maior do que genes moderadamente expressos.

Transcriptional profiling of the endosymbiont Blochmannia floridanus during different developmental stages of its holometabolous ant host: Summary The transcriptome of Blochmannia floridanus, the endosymbiont of the carpenter ant Camponotus floridanus, is presented during various developmental stages of its holometabolous host by use of a whole-genome DNA macroarray. The detected transcription patterns indicate the presence of local transcription units as well as global regulatory mechanisms. Yet, the overall regulation scale is very modest, rarely exceeding a factor of three. A large number of genes show differential expression in different life stages and a distinct expression pattern of genes possibly involved in symbiotic function as compared with housekeeping genes is apparent. However, these transcriptional changes are small as compared with the changes in the number of bacteria during host development, which is the highest in pupae and in young imagines. Control of replication of the bacteria in certain life stages may therefore be the decisive parameter influencing the overall level of gene expression of Blochmannia in the animal. The few highly expressed genes like those encoding molecular chaperones exhibit a significantly higher G+C content than moderately expressed genes. © Journal compilation © 2008 Society for Applied Microbiology and Blackwell Publishing Ltd. © 2018 Elsevier B.V., All rights reserved.

A doença de Charcot-Marie-Tooth tipo 2A (CMT2A), uma neuropatia periférica herdada de forma dominante, é causada por mutações no gene MFN2, uma proteína de fusão mitocondrial. Tendo demonstrado previamente um defeito de acoplamento mitocondrial em fibroblastos de pacientes com CMT2A, investigamos aqui o consumo mitocondrial de oxigênio e a expressão da translocase de nucleotídeos de adenina (ANT) e proteínas desacopladoras de outros oito pacientes com a doença. O desacoplamento mitocondrial foi associado a uma maior taxa respiratória, envolvendo essencialmente proteínas do complexo II. Além disso, um aumento de duas vezes na expressão de ANT levou à redução da eficiência da fosforilação oxidativa em células CMT2A, sugerindo que a MFN2 desempenha um papel no controle das trocas de ATP/ADP.

Adenine nucleotide translocase is involved in a mitochondrial coupling defect in MFN2-related Charcot-Marie-Tooth type 2A disease: Charcot-Marie-Tooth type 2A disease (CMT2A), a dominantly inherited peripheral neuropathy, is caused by mutations in MFN2, a mitochondrial fusion protein. Having previously demonstrated a mitochondrial coupling defect in CMT2A patients' fibroblasts, we here investigate mitochondrial oxygen consumption and the expression of adenine nucleotide translocase (ANT) and uncoupling proteins from eight other patients with the disease. The mitochondrial uncoupling was associated with a higher respiratory rate, essentially involving complex II proteins. Furthermore, a twofold increase in the expression of ANT led to the reduced efficiency of oxidative phosphorylation in CMT2A cells, suggesting that MFN2 plays a role in controlling ATP/ADP exchanges. © 2009 Springer-Verlag. © 2010 Elsevier B.V., All rights reserved.; MEDLINE® is the source for the MeSH terms of this document.

Nós previamente estabelecemos transformantes estáveis da linhagem celular HEK293 (células embrionárias humanas do rim) que expressam as cadeias α3, α4 do colágeno tipo IV e cadeias α5 do tipo selvagem ou mutante. Utilizando essas linhagens celulares, confirmamos que essas três cadeias formam um heterotrímero e que as cadeias α5 contendo mutações observadas na síndrome de Alport são defeituosas na heterotrimerização. Nestes estudos, a quantidade de heterotrímero formada foi muito menor do que o esperado em relação à quantidade de cadeias α(IV) expressas. O objetivo do presente estudo foi determinar o efeito do chaperone molecular específico do colágeno, proteína de choque térmico 47 (HSP47), cuja expressão é baixa em células HEK293, na heterotrimerização das cadeias α3(IV), α4(IV) e α5(IV). A redução dos níveis de HSP47 por siRNA resultou em defeitos na heterotrimerização entre as três cadeias, indicando que HSP47 desempenha um papel crítico na heterotrimerização. Por outro lado, a superexpressão de HSP47 não influenciou a heterotrimerização. Como muitas enzimas e chaperones moleculares auxiliam o correto enovelamento e trimerização dos colágenos, uma ou mais enzimas e/ou chaperones moleculares, além do HSP47, podem ser deficientes em células HEK293. A superexpressão de HSP47 diminuiu a secreção de heterotrímeros contendo a cadeia α5(IV) mutante, sugerindo que a superexpressão de HSP47 pode melhorar os mecanismos de controle de qualidade da síntese de colágeno inibindo a secreção de heterotrímeros com estrutura incorreta. © 2011 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados; MEDLINE® é a fonte para os termos MeSH deste documento.

Effect of HSP47 expression levels on hetero trimmer formation among type iv collagen α3, α4 and α5 chains: We previously established stable transform ants of the human embryonic kidney 293 (HEK293) cell line that express type IV collagen α3, α4 and wild-type or mutant-type α5 chains. Using these cell lines, we confirmed that these three chains form a hetero trimmer and that α5 chains containing mutations seen in Apart syndrome are defective in hetero trimerization. In these studies, the amount of hetero trimmer that formed was much less than expected relative to the amount of α(IV) chains expressed. The aim of the present study was to determine the effect of the collagen-specific molecular chaperone heat shock protein 47 (HSP47), whose expression is low in HEK293 cells, on the hetero trimerization of α3(IV), α4(IV) and α5(IV) chains. Reduction of HSP47 levels by SIRNA resulted in defects of hetero trimerization among the three chains, indicating that HSP47 plays a critical role in the hetero trimerization. On the other hand, over expression of HSP47 did not infuence heterotrimerization. Since many enzymes and molecular chaperons assist correct folding and trimerization of collagens, one or more enzymes and/or molecular chaperones, other than HSP47, might be deficient in HEK293 cells. Over expression of HSP47 decreased the secretion of hetero trimmers containing the mutant α5(IV) chain, suggesting that HSP47 over expression might enhance the quality control mechanisms of collagen synthesis by inhibiting the secretion of incorrectly structured hetero trimmers. © 2011 Elsevier B.V., All rights reserved.; MEDLINE® is the source for the MeSH terms of this document.

Muitos grupos de insetos coevoluíram com endossimbiontes bacterianos que vivem dentro de células especializadas do hospedeiro. Como exemplo marcante, formigas da tribo Camponotini dependem de Blochmannia, um mutualista bacteriano intracelular que sintetiza aminoácidos e recicla nitrogênio para o hospedeiro. Realizamos uma análise proteômica quantitativa shotgun, livre de marcação, LC/MS/MS para investigar o proteoma de Blochmannia associado com Camponotus chromaiodes. Identificamos mais de 330 proteínas de Blochmannia, ou 54% de cobertura do proteoma previsto, bem como 244 proteínas de Camponotus. Usando a intensidade média dos 3 peptídeos "best flier" principais juntamente com adição de um padrão substituto em concentração conhecida, estimamos a concentração (fmol/μg) dessas proteínas com identificação confiante. A faixa dinâmica estimada da abundância proteica de Blochmannia abrangeu 3 ordens de magnitude e cobriu diversas categorias funcionais, com representação particularmente alta de metabolismo, transferência de informação e chaperonas. GroEL, a proteína mais abundante, totalizou 6% da abundência proteica de Blochmannia. Biossíntese de aminoácidos essenciais, ácidos graxos e nucleotídeos, e assimilação de sulfato tiveram cobertura desproporcionalmente alta no proteoma, apoiando ainda mais um papel nutricional da simbiose. Esta primeira análise proteômica quantitativa de um endossimbionte de formiga ilustra uma abordagem promissora para estudar a base funcional de simbioses íntimas.

Proteomic analysis of an unculturable bacterial endosymbiont (blochmannia) reveals high abundance of chaperonins and biosynthetic enzymes: Many insect groups have coevolved with bacterial endosymbionts that live within specialized host cells. As a salient example, ants in the tribe Camponotini rely on Blochmannia, an intracellular bacterial mutualist that synthesizes amino acids and recycles nitrogen for the host. We performed a shotgun, label-free, LC/MS/MS quantitative proteomic analysis to investigate the proteome of Blochmannia associated with Camponotus chromaiodes. We identified more than 330 Blochmannia proteins, or 54% coverage of the predicted proteome, as well as 244 Camponotus proteins. Using the average intensity of the top 3 "best flier" peptides along with spiking of a surrogate standard at a known concentration, we estimated the concentration (fmol/μg) of those proteins with confident identification. The estimated dynamic range of Blochmannia protein abundance spanned 3 orders of magnitude and covered diverse functional categories, with particularly high representation of metabolism, information transfer, and chaperones. GroEL, the most abundant protein, totaled 6% of Blochmannia protein abundance. Biosynthesis of essential amino acids, fatty acids, and nucleotides, and sulfate assimilation had disproportionately high coverage in the proteome, further supporting a nutritional role of the symbiosis. This first quantitative proteomic analysis of an ant endosymbiont illustrates a promising approach to study the functional basis of intimate symbioses. © 2012 American Chemical Society. © 2013 Elsevier B.V., All rights reserved.; MEDLINE® is the source for the MeSH terms of this document.

A inflamação pode ser benéfica ou prejudicial para o fígado, dependendo de múltiplos fatores. Respostas inflamatórias leves (isto é, limitadas em intensidade e destinadas a se resolver) demonstraram exercer efeitos hepatoprotetores consistentes, contribuindo para o reparo tecidual e promovendo o restabelecimento da homeostase. Por outro lado, a inflamação excessiva (isto é, desproporcional em intensidade e permanente) pode induzir uma perda massiva de hepatócitos e, portanto, exacerbar a gravidade de várias condições hepáticas, incluindo lesão de isquemia-reperfusão, alterações metabólicas sistêmicas (por exemplo, obesidade, diabetes, distúrbios hepáticos gordurosos não alcoólicos), hepatite alcoólica, intoxicação por xenobióticos e infecção, estando de fato associada a dano hepático irreversível, fibrose e carcinogênese. Tanto células residentes no fígado (por exemplo, células de Kupffer, células estreladas hepáticas, células endoteliais sinusoidais) quanto células recrutadas em resposta à lesão (por exemplo, monócitos, macrófagos, células dendríticas, células natural killer) emitem sinais pró-inflamatórios incluindo - mas não limitados a - citocinas, quimiocinas, mensageiros lipídicos e espécies reativas de oxigênio que contribuem para a morte apoptótica ou necrótica de hepatócitos. Por sua vez, hepatócitos moribundos liberam padrões moleculares associados a danos que - ao se ligarem a receptores de reconhecimento de padrões evolutivamente conservados - ativam células do sistema imunológico inato para estimular ainda mais as respostas inflamatórias, estabelecendo assim um ciclo de realimentação altamente hepatotóxico de inflamação e morte celular. Nesta revisão, discutimos os mecanismos celulares e moleculares responsáveis pelo efeito mais deletério da inflamação hepática em nível celular, isto é, o início de uma resposta massiva de morte celular entre os hepatócitos. © 2013 European Association for the Study of the Liver. © 2013 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Decoding cell death signals in liver inflammation: Inflammation can be either beneficial or detrimental to the liver, depending on multiple factors. Mild (i.e., limited in intensity and destined to resolve) inflammatory responses have indeed been shown to exert consistent hepatoprotective effects, contributing to tissue repair and promoting the re-establishment of homeostasis. Conversely, excessive (i.e., disproportionate in intensity and permanent) inflammation may induce a massive loss of hepatocytes and hence exacerbate the severity of various hepatic conditions, including ischemia-reperfusion injury, systemic metabolic alterations (e.g., obesity, diabetes, non-alcoholic fatty liver disorders), alcoholic hepatitis, intoxication by xenobiotics and infection, de facto being associated with irreversible liver damage, fibrosis, and carcinogenesis. Both liver-resident cells (e.g., Kupffer cells, hepatic stellate cells, sinusoidal endothelial cells) and cells that are recruited in response to injury (e.g., monocytes, macrophages, dendritic cells, natural killer cells) emit pro-inflammatory signals including - but not limited to - cytokines, chemokines, lipid messengers, and reactive oxygen species that contribute to the apoptotic or necrotic demise of hepatocytes. In turn, dying hepatocytes release damage-associated molecular patterns that-upon binding to evolutionary conserved pattern recognition receptors-activate cells of the innate immune system to further stimulate inflammatory responses, hence establishing a highly hepatotoxic feedforward cycle of inflammation and cell death. In this review, we discuss the cellular and molecular mechanisms that account for the most deleterious effect of hepatic inflammation at the cellular level, that is, the initiation of a massive cell death response among hepatocytes. © 2013 European Association for the Study of the Liver. © 2013 Elsevier B.V., All rights reserved.

A hormese induzida por imidacloprido na forma de reprodução estimulada foi previamente relatada no pulgão verde do pêssego, Myzus persicae. Mudanças na expressão gênica que acompanham esta resposta hormética não foram investigadas anteriormente. Neste estudo, a expressão de genes de resposta ao estresse (Hsp60), dispersão (OSD, TOL e ANT) e desenvolvimento (FPPS I) foi examinada por duas gerações durante a estimulação reprodutiva induzida por imidacloprido em M. persicae. A metilação global do DNA também foi medida para testar a hipótese de que mudanças na expressão gênica são hereditárias. Em concentrações horméticas, a regulação negativa de Hsp60 foi seguida por regulação positiva deste gene na geração subsequente. Da mesma forma, a expressão de genes relacionados à dispersão e FPPS I variou com a concentração, estágio de vida e geração. Estes resultados indicam que a hormese reprodutiva em M. persicae é acompanhada por um padrão transgeracional complexo de regulação positiva e negativa de genes que provavelmente reflete compensações na expressão gênica e processos fisiológicos relacionados durante a resposta fenotípica à dose. Além disso, a metilação do DNA na segunda geração de M. persicae ocorreu em doses mais altas do que nos pulgões da primeira geração, sugerindo que pode ter ocorrido adaptabilidade hereditária a baixas doses do agente estressor. © 2014 University of Massachusetts. © 2014 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Gene expression during imidacloprid-induced hormesis in green peach aphid: Imidacloprid-induced hormesis in the form of stimulated reproduction has previously been reported in green peach aphid, Myzus persicae. Changes in gene expression accompanying this hormetic response have not been previously investigated. In this study, expression of stress response (Hsp60), dispersal (OSD, TOL and ANT), and developmental (FPPS I) genes were examined for two generations during imidacloprid-induced reproductive stimulation in M. persicae. Global DNA methylation was also measured to test the hypothesis that changes in gene expression are heritable. At hormetic concentrations, down-regulation of Hsp60was followed by up-regulation of this gene in the subsequent generation. Likewise, expression of dispersal-related genes and FPPS I varied with concentration, life stage, and generation. These results indicate that reproductive hormesis in M. persicae is accompanied by a complex transgenerational pattern of up- and down-regulation of genes that likely reflects trade-offs in gene expression and related physiological processes during the phenotypic dose-response. Moreover, DNA methylation in second generation M. persicae occurred at higher doses than in first-generation aphids, suggesting that heritable adaptability to low doses of the stressor might have occurred. © 2014 University of Massachusetts. © 2014 Elsevier B.V., All rights reserved.

As proteínas de choque térmico (HSPs) são uma família de proteínas cuja expressão é aumentada em resposta a estressores ambientais. Os genes hsp90 e hsp26 de Apostichopus japonicus foram clonados usando as técnicas de sequência expressa etiquetada e amplificação rápida das extremidades do cDNA. O cDNA de comprimento total de Aphsp90 e Aphsp26 contém 3.458 e 1.688 nucleotídeos codificando 720 e 236 aminoácidos, respectivamente. Alinhamentos múltiplos indicaram que as sequências de aminoácidos deduzidas de ApHsp90 e ApHsp26 compartilham alto nível de identidade com as sequências de Hsp90 e pequenas HSPs (sHSPs) de zebrafish, formiga, vermes-de-bolota, etc., e compartilham características estruturais idênticas com Hsp90 e sHSPs. Os perfis de expressão desses dois genes sob tratamento térmico foram investigados por PCR quantitativo em tempo real. Verificou-se que os transcritos de RNA mensageiro (mRNA) dos dois genes de A. japonicus variaram entre diferentes tecidos sob condições normais e choque térmico, e que a expressão de mRNA dos dois genes foi maior no intestino comparado a outros tecidos. O choque térmico elevou significativamente a expressão de Aphsp90 e Aphsp26 mRNA de maneira dependente de temperatura e tempo. Os resultados indicam que Aphsp90 e Aphsp26 desempenharam papéis importantes na mediação do estresse ambiental em A. japonicus. © 2011 Cell Stress Society International. © 2012 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados; MEDLINE® é a fonte para os termos MeSH deste documento.

The molecular characterization and expression of heat shock protein 90 (Hsp90) and 26 (Hsp26) cDNAs in sea cucumber (Apostichopus japonicus): The heat shock proteins (HSPs) are a family of proteins whose expression is enhanced in response to environmental stressors. The Apostichopus japonicus hsp90 and hsp26 genes were cloned using expressed sequence tag and rapid amplification of cDNA ends techniques. The full-length cDNA of Aphsp90 and Aphsp26 contains 3,458 and 1,688 nucleotides encoding 720 and 236 amino acids, respectively. Multiple alignments indicated that the deduced amino acid sequences of ApHsp90 and ApHsp26 shared a high level of identity with Hsp90 and small SHPs (sHSPs) sequences of zebrafish, ant, acorn worms, etc., and shared identical structural features with Hsp90 and sHSPs. The expression profiles of these two genes under heat treatment were investigated by real-time quantitative PCR. It was found that the messenger RNA (mRNA) transcripts of the two A. japonicus genes varied among different tissues under normal conditions and heat shock, and that the mRNA expression of the two genes was higher in the intestine compared to other tissues. Heat shock significantly elevated the expression of Aphsp90 and Aphsp26 mRNA in a temperature- and time-dependent manner. The results indicate that Aphsp90 and Aphsp26 played important roles in mediating the environmental stress in A. japonicus. © 2011 Cell Stress Society International. © 2012 Elsevier B.V., All rights reserved.; MEDLINE® is the source for the MeSH terms of this document.

As chaperonas moleculares da família HSP70 auxiliam na apresentação de peptídeos antigênicos exógenos por células apresentadoras de antígenos (APC). Os complexos HSP70-peptídeo são agentes imunoterapêuticos potentes que aumentam a apresentação cruzada do antígeno capturado em células dendríticas e macrófagos. Vários ensaios clínicos demonstraram que as vacinas contra o câncer baseadas em HSP possuem boa eficácia e segurança. No entanto, às vezes é impossível isolar uma quantidade suficiente da vacina. Isso nos fez prestar atenção às vacinas recombinantes HSP70HYB e otimizar o mecanismo de formação de complexos in vitro. Aqui investigamos duas proteínas recombinantes humanas HSP70HYB e HSC70. Os valores ótimos de concentração de ADP, pH, temperatura e excesso de peptídeos são determinados neste trabalho. Também demonstramos que o método proposto de formação de complexos enriquece o repertório de peptídeos eluídos dos complexos HSP70 em comparação com os montados in vivo. © 2017 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Analysis of complex formation of human recombinant HSP70 with tumor-associated peptides: Molecular chaperones of HSP7U family assists presentation of exogenous antigenic peptides by ant,gen-presenting cells (APC). HSP70-peptide complexes are powerful immunotherapeutic agents which enhance cross-presentation of captured antigen in dendritic cells and macrophages. Several clinical trials have shown that HSP-based cancer vaccines possess good efficacy and safety. However, sometime it is imnossible to isolate sufficient amount of vaccine. These make us to pay attention for recombinant HSP70<inf>HYB</inf> vaccines and to optimize in vitro complex formation mechanism. Here we have investigated two human recombinatinant protiens HSP70<inf>HYB</inf> and HSC70. Optimal valoes of ADP concentration, pH. temnerature and neptides excess are determined in Uns work. We have also shown that proposed complex formation method enriches eluted from HSP70-complexes peptide repertoire compared to in vivo assembled ones. © 2017 Elsevier B.V., All rights reserved.

O veneno da aranha Lachesana tarabaevi contém uma ampla variedade de peptídeos antimicrobianos. Entre eles, um lugar especial pertence às cito-insectotoxinas, uma classe de moléculas citolíticas que mostram efeitos antimicrobianos e inseticidas igualmente potentes. Testamos uma delas, CIT 1a, quanto à capacidade de suprimir a infecção por Chlamydia trachomatis. Células HEK293 foram transfectadas com vetores plasmidiais contendo o gene cit 1a. A expressão controlada do transgene levou a uma diminuição significativa na viabilidade de C. trachomatis dentro das células infectadas. Usando abordagens proteômicas e transcriptômicas, encontramos alterações nos padrões de expressão proteica e identificamos genes diferencialmente expressos em células transfectadas. © 2012 Springer Science + Business Media, LLC. © 2012 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Cyto-Insectotoxin 1a from Lachesana tarabaevi Spider Venom Inhibits Chlamydia trachomatis Infection: Venom of the ant spider Lachesana tarabaevi contains a wide variety of antimicrobial peptides. Among them, a special place belongs to cyto-insectotoxins, a class of cytolytic molecules showing equally potent antimicrobial and insecticidal effects. We tested one of them, CIT 1a, for ability to suppress Chlamydia trachomatis infection. HEK293 cells were transfected with plasmid vectors harboring the cit 1a gene. Controlled expression of the transgene led to a significant decrease in C. trachomatis viability inside the infected cells. Using proteomic and transcriptomic approaches, we found alterations in protein expression patterns and identified differentially expressed genes in transfected cells. © 2012 Springer Science + Business Media, LLC. © 2012 Elsevier B.V., All rights reserved.

Um experimento foi conduzido para determinar os efeitos da combinação de contatos agradáveis e desagradáveis com seres humanos na fisiologia e comportamento de frangos de corte. As aves foram submetidas aos seguintes tratamentos: (i) não receberam contato físico ou visual com humanos (controle); (ii) do dia 1 ao 28, os pintinhos foram individualmente acariciados suavemente por 30 s uma vez ao dia (PL); (iii) do dia 1 ao 28, os pintinhos foram individualmente pegos, suspensos por ambas as pernas, expostos a ruído gravado e balançados suavemente por 15 s uma vez ao dia (UNPL); (iv) do dia 1 ao 14 e do dia 15 ao 28, os pintinhos foram submetidos a PL e UNPL, respectivamente (PL-UNPL); e (v) do dia 1 ao 14 e do dia 15 ao 28, os pintinhos foram submetidos a UNPL e PL, respectivamente (UNPL-PL). No dia 42, aves de cada grupo de tratamento foram transportadas por rodovia por 3 h. A expressão da proteína de choque térmico (hsp) 70, os níveis plasmáticos de corticosterona, a concentração sérica de creatina quinase, as razões heterófilo/linfócito (HLR) e a duração da imobilidade tônica foram determinados antes e depois do transporte. Houve interações significativas (P < 0,05) entre duração do transporte × tratamento de contato humano para HLR e densidade de hsp 70. Após o transporte, os pintinhos PL apresentaram HLR significativamente (P < 0,05) menor e maior densidade de hsp 70 do que os outros grupos. A corticosterona dos pintinhos PL e UNPL foi menor do que suas contrapartes controle, PL-UNPL e UNPL-PL. Os tratamentos PL e PL-UNPL foram eficazes em encurtar significativamente (P < 0,05) a duração da imobilidade tônica. Exceto para UNPL-PL, a atividade sérica de creatina quinase de PL foi significativamente menor do que os outros grupos. Em conclusão, submeter as aves a contato humano agradável reduziu as reações de estresse e medo ao transporte ao aumentar a capacidade de expressar hsp 70 no cérebro. O contato humano desagradável teve efeito adverso na resposta das aves ao transporte. A experiência agradável precoce com humanos não conseguiu anular os efeitos adversos do contato desagradável subsequente.

Changes in heat shock protein 70, blood parameters, and fear-related behavior in broiler chickens as affected by pleasant and unpleasant human contact: An experiment was conducted to deter-mine the effects of combining both pleasant and un-pleasant contacts with human beings on physiology and behavior of broiler chickens. Birds were subjected to the following treatments: (i) received no physical or visual contact with humans (control); (ii) from d 1 to 28, chicks were individually stroked gently for 30 s once daily (PL); (iii) from d 1 to 28, chicks were picked up in-dividually, suspended by both legs, exposed to recorded noise, and swung gently for 15 s once daily (UNPL); (iv) from d 1 to 14 and from d 15 to 28, chicks were subjected to PL and UNPL, respectively (PL-UNPL); and (v) from d 1 to 14 and from d 15 to 28, chicks were subjected to UNPL and PL, respectively (UNPL-PL). On d 42, birds from each treatment group were road-transported for 3 h. Heat shock protein (hsp) 70 ex-pression, plasma levels of corticosterone, serum creatine kinase concentration, heterophil/lymphocyte ratios (HLR), and tonic immobility duration were determined pre-and posttransit. There were significant (P < 0. 05) duration of transportation × human contact treatment interactions for HLR and hsp 70 density. Following transit, the PL chicks had significantly (P < 0. 05) lower HLR and greater hsp 70 density than the other groups. The corticosterone of PL and UNPL chicks were lower than their control, PL-UNPL, and UNPL-PL counter-parts. The PL and PL-UNPL treatments were effective in shortening tonic immobility duration significantly (P < 0. 05). Except for UNPL-PL, the serum creatine kinase activity of PL was significantly lower than the other groups. In conclusion, subjecting birds to pleas-ant human contact reduced stress and fear reactions to transportation by enhancing the ability to express hsp 70 in the brain. Unpleasant human contact had adverse effect on the birds' response to transportation. Early age pleasant experience with humans failed to negate the adverse effects of subsequent unpleasant contact. © 2013 Poultry Science Association Inc. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Diploscapter formicidae sp. n. foi coletado da formiga Prolasius advenus e seus ninhos em florestas nativas de faia da Ilha Sul, Nova Zelândia. Este é um novo registro de hospedeiro para o gênero de nematóide e o primeiro relato de um associado de formiga do hemisfério sul. Diploscapter formicidae sp. n. parece ser nativo da Nova Zelândia. Nenhum macho foi encontrado nas coletas de 16 ninhos, em concordância com dados previamente publicados sobre outros membros deste gênero, sugerindo que machos estão ausentes ou são muito raros. As fêmeas adultas apresentam simetria bilateral da cabeça, projeções dorsais e ventrais características do putative queilostoma com estruturas pareadas em forma de gancho ou hâmulos, expansivas abas labiais laterais membranosas ou lacínias, ginmostoma e estegostoma com paredes paralelas, pró-corpo inchado, bulbo terminal grande com válvula forte, ovários pareados com vulva medial, e cauda curta conoide com ápice pontiagudo ou espiculado delgado. Micrografias eletrônicas de varredura da estrutura da cabeça confirmaram que as lacínias laterais com dentes digitiformes ou filopódios são móveis (cobrindo e expondo alternadamente a boca). Estas abas labiais laterais estão localizadas posteriormente ao estoma, mas anteriormente às aberturas anfídias semelhantes a poros. A margem anterior do queilostoma possui projeções laterais apomórficas em forma de sino e os hâmulos são mais largos e menos pontiagudos do que outras espécies que foram examinadas. A filogenia molecular de subunidade pequena quase completa, segmentos de expansão D2/D3 da subunidade grande do gene rRNA e gene da proteína de choque térmico 90 (Hsp90) mostraram que D. formicidae sp. n. é monofilético com as espécies e isolados de Diploscapter disponíveis no GenBank, mas está em uma trajetória independente suportando status de espécie separada. © 2013 Koninklijke Brill NV, Leiden. © 2013 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Diploscapter formicidae sp. n. (Rhabditida: Diploscapteridae), from the ant Prolasius advenus (Hymenoptera: Formicidae) in New Zealand: Diploscapter formicidae sp. n. was collected from the ant Prolasius advenus and its nests in native beech forests of the South Island, New Zealand. This is a new host record for the nematode genus and the first report of an ant associate from the southern hemisphere. Diploscapter formicidae sp. n. appears to be native to New Zealand. No males were found from collections from 16 nests, in agreement with previously published data on the other members of this genus, suggesting that males are absent or very rare. The adult females have bilateral symmetry of the head, characteristic dorsal and ventral projections of the putative cheilostom with paired hook-like structures or hamuli, expansive membranous lateral lip flaps or laciniae, gymnostom and stegostom with parallel walls, a swollen procorpus, large terminal bulb with a strong valve, paired ovaries with medial vulva, and a short conoid tail with slender pointed or spicate tip. Scanning electron micrographs of the structure of the head confirmed that the lateral laciniae with finger-like tines or filopodia are moveable (alternately covering and exposing the mouth). These lateral lip flaps are located posterior to the stoma, but anterior to the pore-like amphidial openings. The anterior margin of the cheilostom possesses apomorphic lateral bell-shaped projections and the hamuli are broader and less pointed than other species that have been examined. Molecular phylogeny of near full-length small subunit, D2/D3 expansion segments of the large subunit rRNA gene and heat shock protein 90 (Hsp90) gene showed that D. formicidae sp. n. is monophyletic with the Diploscapter species and isolates available in GenBank, but is on an independent trajectory supporting separate species status. © 2013 Koninklijke Brill NV, Leiden. © 2013 Elsevier B.V., All rights reserved.

A calreticulina (CRT) é uma proteína ubiquitária e altamente conservada que se liga ao cálcio e existe no retículo endoplasmático (RE), possuindo uma variedade de funções biológicas na regulação da homeostase do cálcio celular, no chaperonamento molecular e na imunidade inata. Em nossa pesquisa, o gene homólogo da calreticulina (referido como PvCRT) foi clonado da formiga Polyrhachis vicina Roger (Hymenoptera: Formicidae), o cDNA de fita dupla completa do PvCRT tem 1584 pares de base (pb), contendo uma região 5' não traduzida de 87pb e uma região 3' não traduzida de 246pb. A região codificadora (ORF) de 1251pb codifica 416 aminoácidos. O uso de RT-PCR quantitativo em tempo real para estudar os níveis de expressão de mRNA do PvCRT indica que este gene foi expresso em diferentes estágios de desenvolvimento das castas de P. vicina. O nível de expressão de mRNA tanto em embriões quanto em adultos mostra que o gene PvCRT pode desempenhar papéis essenciais no desenvolvimento da formiga. © 2014 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Molecular cloning, characterization and expression analysis of calreticulin gene in the ant polyrhachis vicina roger (hymenoptera: SsFormicidae): Calreticulin (CRT) as a ubiquitous and highly conserved calcium-binding protein that exists in endoplasmic reticulum (ER), which possesses a variety of biological functions in the regulation of cell calcium homeostasis, molecular chaperoning and innate immunity.In our research, the calreticulin homologous gene (refered as PvCRT) was cloned from the ant Polyrhachis vicina Roger (Hymenoptera: Formicidae), the full-length cDNA of PvCRT is 1584bp base pairs (bp), contains a 5'-untranslated region of 87bp and a 3'-untranslated region of 246bp. The open reading frame (ORF) of 1251bp encodes 416 amino acids. Using real-time quantitative RT-PCR to study PvCRT mRNA expression levels indicates that this gene was expressed in different developmental stages of castes of P. vicina. The mRNA expression level in both embryos and adults shows that PvCRT gene may play some essential roles in the ant's development. © 2014 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os endossimbiontes hereditários obrigatórios de insetos possuem alguns dos menores genomas bacterianos conhecidos. Isso provavelmente se deve à perda de material genômico durante a simbiose. O modo e a taxa dessa erosão podem mudar ao longo do tempo evolutivo: mais rápidos em associações recém-formadas e mais lentos em associações estabelecidas há muito tempo. Os endossimbiontes de piolhos humanos e de primatas antropoides apresentam uma oportunidade única para estudar a erosão genômica em simbiontes recém-estabelecidos (ou jovens). Isso porque temos uma história filogenética detalhada desses endossimbiontes com datas de divergência para espécies próximas. Isso permite que a evolução do genoma seja estudada em detalhes e que as taxas de mudança sejam estimadas em um contexto filogenético. Aqui, sequenciamos o genoma do endossimbionte do piolho do chimpanzé (Candidatus Riesia pediculischaeffi) e o comparamos com o genoma intimamente relacionado do endossimbionte do piolho do corpo humano. A partir dessa comparação, encontramos evidências de erosão genômica recente levando à perda de genes nesses endossimbiontes. Embora a perda de genes tenha sido detectada, ela não foi significativamente maior do que em endossimbiontes mais antigos de pulgões e formigas. Além disso, buscamos genes associados à síntese de vitaminas B nos dois genomas de endossimbiontes de piolhos porque acredita-se que esses endossimbiontes sintetizam vitaminas B essenciais ausentes na dieta do piolho. Todos os genes esperados estavam presentes, exceto aqueles envolvidos na síntese de tiamina. Não encontramos genes que codificam proteínas envolvidas na biossíntese de tiamina ou qualquer meio exógeno completo de recuperação de tiamina, sugerindo que existe um mecanismo não descrito para a recuperação de tiamina. Finalmente, genes que codificam a via de biossíntese de novo de pantotenato estavam localizados em um plasmídeo em ambos os táxons, juntamente com uma proteína de choque térmico. A movimentação desses genes para um plasmídeo pode ser funcional e evolutivamente significativa, potencialmente aumentando a produção e protegendo contra os efeitos deletérios da mutação. Esses dados acrescentam a um recurso crescente de genomas de endossimbiontes obrigatórios e à nossa compreensão da taxa e modo de erosão genômica em bactérias obrigatórias associadas a animais. Em última análise, o sequenciamento de genomas adicionais de p-endossimbiontes de piolhos fornecerá um sistema modelo para estudar a evolução do genoma em bactérias obrigatórias associadas a hospedeiros. © 2018 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Genome Sequence of Candidatus riesia pediculischaeffi, endosymbiont of chimpanzee lice, and genomic comparison of recently acquired endosymbionts from human and chimpanzee lice: The obligate-heritable endosymbionts of insects possess some of the smallest known bacterial genomes. This is likely due to loss of genomic material during symbiosis. The mode and rate of this erosion may change over evolutionary time: faster in newly formed associations and slower in long-established ones. The endosymbionts of human and anthropoid primate lice present a unique opportunity to study genome erosion in newly established (or young) symbionts. This is because we have a detailed phylogenetic history of these endosymbionts with divergence dates for closely related species. This allows for genome evolution to be studied in detail and rates of change to be estimated in a phylogenetic framework. Here, we sequenced the genome of the chimpanzee louse endosymbiont (Candidatus Riesia pediculischaeffi) and compared it with the closely related genome of the human body louse endosymbiont. From this comparison, we found evidence for recent genome erosion leading to gene loss in these endosymbionts. Although gene loss was detected, it was not significantly greater than in older endosymbionts from aphids and ants. Additionally, we searched for genes associated with B-vitamin synthesis in the two louse endosymbiont genomes because these endosymbionts are believed to synthesize essential B vitamins absent in the louse's diet. All of the expected genes were present, except those involved in thiamin synthesis. We failed to find genes encoding for proteins involved in the biosynthesis of thiamin or any complete exogenous means of salvaging thiamin, suggesting there is an undescribed mechanism for the salvage of thiamin. Finally, genes encoding for the pantothenate de novo biosynthesis pathway were located on a plasmid in both taxa along with a heat shock protein. Movement of these genes onto a plasmid may be functionally and evolutionarily significant, potentially increasing production and guarding against the deleterious effects of mutation. These data add to a growing resource of obligate endosymbiont genomes and to our understanding of the rate and mode of genome erosion in obligate animal-associated bacteria. Ultimately sequencing additional louse p-endosymbiont genomes will provide a model system for studying genome evolution in obligate host associated bacteria. © 2018 Elsevier B.V., All rights reserved.

Introdução: A apoptose é uma das causas presumidas de depleção de células T CD4+ durante a infecção pelo HIV e progressão para AIDS. Entretanto, o papel preciso do HIV-1 neste processo permanece não explicado. A protease do HIV-1 (PR) tem sido sugerida como um possível fator, mas uma ligação direta entre a atividade enzimática da PR do HIV-1 e a apoptose não foi estabelecida. Resultados: Aqui, mostramos que a expressão da PR ativa do HIV-1 induz morte em células HeLa e HEK-293 via via apoptótica mitocondrial. Esta conclusão é baseada em observações in vivo da localização direta da PR do HIV-1 nas mitocôndrias, um componente chave no desencadeamento da apoptose. Além disso, observamos uma diminuição dependente da concentração de PR do HIV-1 no potencial de membrana mitocondrial e o papel da PR do HIV-1 na ativação da caspase 9, clivagem de PARP e fragmentação de DNA. Adicionalmente, dados in vitro demonstraram que a PR do HIV-1 media a clivagem de proteínas mitocondriais Tom22, VDAC e ANT, levando à liberação das proteínas AIF e Hsp60. Usando triagem de duplo-híbrido em levedura, também identificamos um novo parceiro de interação da PR do HIV-1, a proteína associada ao carcinoma de mama 3 (BCA3). Descobrimos que a BCA3 acelera a atividade transcricional de p53 no promotor de bax, assim elevando o nível celular da proteína Bax pró-apoptótica. Conclusão: Em resumo, nossos resultados descrevem o envolvimento da PR do HIV-1 na apoptose, que é causada tanto por um efeito direto da PR do HIV-1 na integridade da membrana mitocondrial quanto por sua interação com a proteína celular BCA3.

HIV-1 protease-induced apoptosis: Background: Apoptosis is one of the presumptive causes of CD4+ T cell depletion during HIV infection and progression to AIDS. However, the precise role of HIV-1 in this process remains unexplained. HIV-1 protease (PR) has been suggested as a possible factor, but a direct link between HIV-1 PR enzymatic activity and apoptosis has not been established.Results: Here, we show that expression of active HIV-1 PR induces death in HeLa and HEK-293 cells via the mitochondrial apoptotic pathway. This conclusion is based on in vivo observations of the direct localization of HIV-1 PR in mitochondria, a key player in triggering apoptosis. Moreover, we observed an HIV-1 PR concentration-dependent decrease in mitochondrial membrane potential and the role of HIV-1 PR in activation of caspase 9, PARP cleavage and DNA fragmentation. In addition, in vitro data demonstrated that HIV-1 PR mediates cleavage of mitochondrial proteins Tom22, VDAC and ANT, leading to release of AIF and Hsp60 proteins. By using yeast two-hybrid screening, we also identified a new HIV-1 PR interaction partner, breast carcinoma-associated protein 3 (BCA3). We found that BCA3 accelerates p53 transcriptional activity on the bax promoter, thus elevating the cellular level of pro-apoptotic Bax protein.Conclusion: In summary, our results describe the involvement of HIV-1 PR in apoptosis, which is caused either by a direct effect of HIV-1 PR on mitochondrial membrane integrity or by its interaction with cellular protein BCA3. © 2014 Rumlová et al.; licensee BioMed Central Ltd. © 2014 Elsevier B.V., All rights reserved.

A identificação de genes envolvidos na evolução adaptativa de organismos não-modelo com genomas não caracterizados constitui um grande desafio. Este estudo empregou uma abordagem rigorosa e direcionada de gene candidato para testar seleção positiva em genes codificadores de proteínas do caranguejo-azul, Callinectes sapidus. Quatro genes com supostos papéis na adaptação fisiológica ao estresse ambiental foram escolhidos como candidatos. Um quinto gene não esperado para desempenhar um papel na adaptação ambiental foi usado como controle. Grandes amostras (n>800) de sequências de DNA de C. sapidus foram usadas em testes de neutralidade seletiva baseados em polimorfismos de sequência. Em combinação com estes, sequências do congênere C. similis foram usadas em testes de neutralidade baseados na divergência interespecífica. Em múltiplos testes, foram encontrados desvios significativos das expectativas neutras e indicativos de seleção positiva para o gene candidato trealose 6-fosfato sintase (tps). Estes desvios não puderam ser explicados por nenhum dos cenários de expansão populacional histórica ou gargalo que foram avaliados em simulações de coalescência. Evidências também foram encontradas para seleção balanceadora na subunidade 9 da ATP-sintase (atps) usando uma versão de máxima verossimilhança do teste de Hudson, Kreitman e Aguadé, e seleção positiva favorecendo substituições de aminoácidos dentro da translocase ATP/ADP (ant) foi detectada usando o teste de McDonald-Kreitman. Em contraste, as estatísticas de teste para o gene controle, proteína ribossomal L12 (rpl), que presumivelmente experimentou os mesmos efeitos demográficos que os loci candidatos, não foram significativamente diferentes das expectativas neutras e puderam ser prontamente explicadas por efeitos demográficos. Juntos, estes achados demonstram a utilidade da abordagem de gene candidato para investigar adaptação ao nível molecular em um invertebrado marinho para o qual extensos recursos genômicos não estão disponíveis.

Detecting selection in the blue crab, Callinectes sapidus, using DNA sequence data from multiple nuclear protein-coding genes: The identification of genes involved in the adaptive evolution of non-model organisms with uncharacterized genomes constitutes a major challenge. This study employed a rigorous and targeted candidate gene approach to test for positive selection on protein-coding genes of the blue crab, Callinectes sapidus. Four genes with putative roles in physiological adaptation to environmental stress were chosen as candidates. A fifth gene not expected to play a role in environmental adaptation was used as a control. Large samples (n>800) of DNA sequences from C. sapidus were used in tests of selective neutrality based on sequence polymorphisms. In combination with these, sequences from the congener C. similis were used in neutrality tests based on interspecific divergence. In multiple tests, significant departures from neutral expectations and indicative of positive selection were found for the candidate gene trehalose 6-phosphate synthase (tps). These departures could not be explained by any of the historical population expansion or bottleneck scenarios that were evaluated in coalescent simulations. Evidence was also found for balancing selection at ATP-synthase subunit 9 (atps) using a maximum likelihood version of the Hudson, Kreitmen, and Aguadé test, and positive selection favoring amino acid replacements within ATP/ADP translocase (ant) was detected using the McDonald-Kreitman test. In contrast, test statistics for the control gene, ribosomal protein L12 (rpl), which presumably has experienced the same demographic effects as the candidate loci, were not significantly different from neutral expectations and could readily be explained by demographic effects. Together, these findings demonstrate the utility of the candidate gene approach for investigating adaptation at the molecular level in a marine invertebrate for which extensive genomic resources are not available. © 2014 Yednock, Neigel. © 2014 Elsevier B.V., All rights reserved.

Em uma perspectiva recente nesta revista, Herb (2014) discutiu como a epigenética é um possível mecanismo para contornar a "dificuldade especial" de Charles Darwin ao usar a seleção natural para explicar a existência do dimorfismo estéril-fértil em insetos eussociais. O livro clássico de Darwin "A Origem das Espécies por Meio da Seleção Natural" explica como a seleção natural dos indivíduos mais aptos em uma população pode permitir que uma espécie se adapte a um ambiente novo ou em mudança. No entanto, em abelhas e outros insetos eussociais, como formigas e cupins, existem duas ou mais castas de fêmeas geneticamente semelhantes, desde rainhas férteis até múltiplas subcastas de operárias estéreis, com fenótipos, tempos de vida e comportamentos extremamente diferentes. Isso exige a seleção de grupos (ou parentes) em vez de indivíduos na evolução das colmeias de abelhas, mas as teorias de seleção de grupo e parentesco na evolução são controversas e mecanicamente incertas. Além disso, a seleção de grupo pareceria proibitivamente ineficiente porque o tamanho populacional efetivo de uma colônia é reduzido de milhares para uma única rainha reprodutora. Nesta perspectiva de acompanhamento, elaboramos sobre possíveis mecanismos de como uma combinação de epigenética, especificamente a seleção de epialelos metastáveis, e genética, a seleção de mutações geradas pelos epialelos metastáveis selecionados, permite um meio combinado para seleção entre os membros férteis de uma espécie para aumentar a aptidão da colônia. Esta hipótese de "evolução intra-casta" é uma variação da hipótese de erro genético direcionado epigeneticamente, que propõe que epialelos metastáveis selecionados aumentam a variabilidade genética direcionando mutações especificamente para os epialelos. A seleção natural de epialelos metastáveis aleatórios seguida por uma segunda rodada de seleção natural de mutações aleatórias geradas pelos epialelos metastáveis permitiria uma forma de contornar o pequeno tamanho populacional efetivo dos insetos eussociais. © 2015 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Epigenetics as an answer to Darwin's "special difficulty," part 2: Natural selection of metastable epialleles in honeybee castes: In a recent perspective in this journal, Herb (2014) discussed how epigenetics is a possible mechanism to circumvent Charles Darwin's "special difficulty" in using natural selection to explain the existence of the sterile-fertile dimorphism in eusocial insects. Darwin's classic book "On the Origin of Species by Means of Natural Selection" explains how natural selection of the fittest individuals in a population can allow a species to adapt to a novel or changing environment. However, in bees and other eusocial insects, such as ants and termites, there exist two or more castes of genetically similar females, from fertile queens to multiple sub-castes of sterile workers, with vastly different phenotypes, lifespans, and behaviors. This necessitates the selection of groups (or kin) rather than individuals in the evolution of honeybee hives, but group and kin selection theories of evolution are controversial and mechanistically uncertain. Also, group selection would seem to be prohibitively inefficient because the effective population size of a colony is reduced from thousands to a single breeding queen. In this follow-up perspective, we elaborate on possible mechanisms for how a combination of both epigenetics, specifically, the selection of metastable epialleles, and genetics, the selection of mutations generated by the selected metastable epialleles, allows for a combined means for selection amongst the fertile members of a species to increase colony fitness. This "intra-caste evolution" hypothesis is a variation of the epigenetic directed genetic error hypothesis, which proposes that selected metastable epialleles increase genetic variability by directing mutations specifically to the epialleles. Natural selection of random metastable epialleles followed by a second round of natural selection of random mutations generated by the metastable epialleles would allow a way around the small effective population size of eusocial insects. © 2015 Elsevier B.V., All rights reserved.

O projeto de medicamentos baseado em estrutura é atualmente, sem dúvida, um contribuinte essencial para abordar a necessidade de melhorar a produtividade da pesquisa e desenvolvimento enfrentada pela indústria farmacêutica. O propósito deste encontro é destacar o impacto da interseção da biologia estrutural com a química e biologia, particularmente sobre como as estruturas de alvos medicamentosos relevantes podem servir como ponto de partida para o projeto e desenvolvimento de medicamentos e proporcionar a máxima sinergia entre validação de alvo, determinação de estrutura e desenvolvimento de hit-to-lead. Algumas reflexões serão propostas com relação ao futuro do projeto de medicamentos baseado em estrutura e onde a ênfase poderia ser colocada para aumentar ainda mais a utilização desta abordagem na descoberta de medicamentos. © 2017 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effective and emerging strategies for utilizing structure in drug discovery Cambridge, UK - March 19, 2015: Structure-based drug design is now arguably an essential contributor to addressing the need to improve research and development product ivity faced by the pharmaceutical industry. The purpose of this meeti ng is to highlight the impact of the intersection of structural biology with chemistry and biology particularly on how the structures of relev ant drug targets can serve as a starting paint for drug design and development and provide the maximal synergy between target validat ion, structure determination, and hit-to-lead development. Some thoughts will be proposed with regard to the future of structure-based drug design and where emphasis could be placed to further increase the utilization of this approach on drug discovery. © 2017 Elsevier B.V., All rights reserved.

Contexto: Os Hymenoptera eussociais irradiaram por uma ampla gama de ambientes térmicos, expondo-os a estressores fisiológicos significativos. Reconstruímos a história evolutiva de três famílias de Proteínas de Choque Térmico (Hsp90, Hsp70, Hsp40), as principais chaperonas moleculares que protegem contra danos térmicos, em 12 espécies de Hymenoptera e quatro outras ordens de insetos. Também previmos e testamos a indutibilidade térmica de oito Hsps a partir da presença de elementos cis-regulatórios de choque térmico (HSEs). Testamos se os padrões de indução de Hsp em formigas estavam associados a diferentes ambientes térmicos. Resultados: Encontramos evidências de duplicações, perdas e mudanças cis-regulatórias em duas das três famílias gênicas. Um membro da família gênica Hsp90, hsp83, duplicou-se basalmente nos Hymenoptera, com mudanças nos motivos HSE na cópia nova. Ambas as cópias foram retidas em abelhas, mas as formigas retiveram apenas a cópia nova com HSE. Para Hsp70, os Hymenoptera carecem do ortólogo primário termoindutível de Drosophila melanogaster e, em vez disso, induzem a forma cognata, hsc70-4, que também sofreu uma duplicação precoce. Seleção diversificante episódica foi detectada ao longo do ramo anterior à duplicação de hsc70-4 e continuou ao longo de um dos ramos de parálogos após a duplicação. Quatro dos oito genes Hsp foram termoindutíveis e corresponderam às previsões baseadas na presença de HSEs conservados. Para os homólogos indutíveis, a espécie mais termotolerante, Pogonomyrmex barbatus, apresentou maior expressão basal de Hsp e indução em resposta ao estresse térmico do que a espécie menos termotolerante, Aphaenogaster picea. Além disso, não houve compensação entre expressão basal e indução. Conclusões: Nossos resultados destacam a história evolutiva única das Hsps nos Hymenoptera eussociais, que foi moldada por ganhos, perdas e mudanças na cis-regulação. Formigas, e muito provavelmente outros Hymenoptera, utilizam Hsps termoindutíveis específicas da linhagem, cujos padrões de expressão estão associados à variação adaptativa na tolerância térmica entre duas espécies de formigas. Coletivamente, nossas análises sugerem que os padrões de sequência e expressão de Hsp podem refletir as forças de seleção atuando na tolerância térmica em formigas e outros Hymenoptera sociais. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The evolution of heat shock protein sequences, cis-regulatory elements, and expression profiles in the eusocial Hymenoptera: Background: The eusocial Hymenoptera have radiated across a wide range of thermal environments, exposing them to significant physiological stressors. We reconstructed the evolutionary history of three families of Heat Shock Proteins (Hsp90, Hsp70, Hsp40), the primary molecular chaperones protecting against thermal damage, across 12 Hymenopteran species and four other insect orders. We also predicted and tested for thermal inducibility of eight Hsps from the presence of cis-regulatory heat shock elements (HSEs). We tested whether Hsp induction patterns in ants were associated with different thermal environments. Results: We found evidence for duplications, losses, and cis-regulatory changes in two of the three gene families. One member of the Hsp90 gene family, hsp83, duplicated basally in the Hymenoptera, with shifts in HSE motifs in the novel copy. Both copies were retained in bees, but ants retained only the novel HSE copy. For Hsp70, Hymenoptera lack the primary heat-inducible orthologue from Drosophila melanogaster and instead induce the cognate form, hsc70-4, which also underwent an early duplication. Episodic diversifying selection was detected along the branch predating the duplication of hsc70-4 and continued along one of the paralogue branches after duplication. Four out of eight Hsp genes were heat-inducible and matched the predictions based on presence of conserved HSEs. For the inducible homologues, the more thermally tolerant species, Pogonomyrmex barbatus, had greater Hsp basal expression and induction in response to heat stress than did the less thermally tolerant species, Aphaenogaster picea. Furthermore, there was no trade-off between basal expression and induction. Conclusions: Our results highlight the unique evolutionary history of Hsps in eusocial Hymenoptera, which has been shaped by gains, losses, and changes in cis-regulation. Ants, and most likely other Hymenoptera, utilize lineage-specific heat inducible Hsps, whose expression patterns are associated with adaptive variation in thermal tolerance between two ant species. Collectively, our analyses suggest that Hsp sequence and expression patterns may reflect the forces of selection acting on thermal tolerance in ants and other social Hymenoptera. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

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A note in passing: Walter Gehring and desert ants: N/A

A resposta ao choque térmico é uma resposta adaptativa a estresses proteotóxicos, incluindo o choque térmico, e é regulada pelo fator de choque térmico 1 (HSF1) em mamíferos. Estresses proteotóxicos afetam todos os compartimentos subcelulares, incluindo a mitocôndria. Portanto, deve haver conexões próximas entre sinais mitocondriais e a atividade do HSF1. Aqui, mostramos que o choque térmico desencadeia a translocação nuclear do SSBP1 mitocondrial, que está envolvido na replicação do DNA mitocondrial, de maneira dependente do complexo do poro de transição de permeabilidade mitocondrial ANT-VDAC1 e da interação direta com o HSF1. O HSF1 recruta o SSBP1 para os promotores de genes que codificam chaperonas citoplasmáticas/nucleares e mitocondriais. O complexo HSF1-SSBP1 então aumenta sua indução ao facilitar o recrutamento de um fator de remodelação de cromatina BRG1, e apoia a sobrevivência celular e a manutenção do potencial de membrana mitocondrial contra estresses proteotóxicos. Estes resultados sugerem que a translocação nuclear do SSBP1 mitocondrial é necessária para a regulação da proteostase citoplasmática/nuclear e mitocondrial contra estresses proteotóxicos. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Mitochondrial SSBP1 protects cells from proteotoxic stresses by potentiating stress-induced HSF1 transcriptional activity: Heat-shock response is an adaptive response to proteotoxic stresses including heat shock, and is regulated by heat-shock factor 1 (HSF1) in mammals. Proteotoxic stresses challenge all subcellular compartments including the mitochondria. Therefore, there must be close connections between mitochondrial signals and the activity of HSF1. Here, we show that heat shock triggers nuclear translocation of mitochondrial SSBP1, which is involved in replication of mitochondrial DNA, in a manner dependent on the mitochondrial permeability transition pore ANT-VDAC1 complex and direct interaction with HSF1. HSF1 recruits SSBP1 to the promoters of genes encoding cytoplasmic/nuclear and mitochondrial chaperones. HSF1-SSBP1 complex then enhances their induction by facilitating the recruitment of a chromatin-remodelling factor BRG1, and supports cell survival and the maintenance of mitochondrial membrane potential against proteotoxic stresses. These results suggest that the nuclear translocation of mitochondrial SSBP1 is required for the regulation of cytoplasmic/nuclear and mitochondrial proteostasis against proteotoxic stresses. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A reprodução de insetos pode ser estimulada pela exposição a doses subletais de inseticida que matam os mesmos insetos em altas doses. Esta resposta dose-resposta bifásica a um estressor é conhecida como hormese e foi demonstrada em muitos modelos diferentes de inseto-inseticida. Os mecanismos específicos do aumento da reprodução em insetos após exposição subletal a pesticidas são desconhecidos, mas podem estar relacionados ao hormônio juvenil (HJ), que tem um papel importante na regulação da metamorfose e do desenvolvimento reprodutivo em insetos. Testamos a hipótese de que a exposição a concentrações subletais de precoceno, um antagonista do HJ, não resultaria em estímulo da produção reprodutiva no pulgão verde do pessegueiro, Myzus persicae, como pode ser demonstrado com muitos inseticidas neurotóxicos. Também medimos os títulos de HJ e a expressão de vários genes de desenvolvimento (FPPS I), resposta ao estresse (Hsp60) e dispersão (OSD, TOL e ANT) em pulgões após exposição aos mesmos tratamentos com precoceno. Descobrimos que quando ninfas de pulgão foram tratadas com certas concentrações subletais de precoceno, ocorreu um estímulo reprodutivo de 1,5 a 2 vezes quando se tornaram adultas, mas este efeito diminuiu na geração seguinte. Os tratamentos com precoceno em ninfas não resultaram em efeitos mensuráveis nos níveis de HJ em adultos reprodutivos subsequentes. Embora tenhamos detectado efeitos importantes na expressão gênica após alguns tratamentos com precoceno (por exemplo, aumento de 100 a 300 vezes na expressão de alguns genes), não houve relações claras entre a expressão gênica e as respostas reprodutivas para um determinado tratamento. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effect of low doses of precocene on reproduction and gene expression in green peach aphid: Insect reproduction can be stimulated by exposure to sublethal doses of insecticide that kill the same insects at high doses. This bi-phasic dose response to a stressor is known as hormesis and has been demonstrated with many different insect-insecticide models. The specific mechanisms of the increased reproduction in insects following sublethal pesticide exposure are unknown, but may be related to juvenile hormone (JH), which has a major role in regulation of metamorphosis and reproductive development in insects. We tested the hypothesis that exposure to sublethal concentrations of precocene, an antagonist of JH, would not result in stimulated reproductive outputs in the green peach aphid, Myzus persicae, as can be demonstrated with many neurotoxic insecticides. We also measured JH titers and the expression of various developmental (FPPS I), stress response (Hsp60), and dispersal (OSD, TOL and ANT) genes in aphids following exposure to the same precocene treatments. We found that when aphid nymphs were treated with certain sublethal concentrations of precocene, 1.5- to 2-fold increased reproductive stimulation occurred when they became adults, but this effect subsided in the following generation. Precocene treatments to nymphs resulted in no measurable effects on JH levels in subsequent reproducing adults. Although we detected major effects on gene expression following some precocene treatments (e.g. 100- to 300-fold increased expression of some genes), there were no clear relationships between gene expression and reproductive responses for a given treatment. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

O objetivo deste estudo foi demonstrar os efeitos de 6 semanas de treinamento de baixa intensidade sobre mudanças em indicadores de capacidade aeróbica e na expressão de HSPA1A, HSPB1 e LDHb em células brancas do sangue em remadores de alto nível. Nossa hipótese foi que o tipo de treinamento teria impacto não apenas na adaptação dos atletas à natureza aeróbica dos exercícios, mas também na expressão de genes, designados durante exercícios "até a recusa". Nove remadores masculinos poloneses de peso leve (21,8 ± 3,77 anos de idade, 74,2 ± 1,76 kg, 184,8 ± 4,58 cm) de alto nível participaram do experimento. Para determinar o limiar anaeróbico (AnT) e o pico de consumo de oxigênio (VO₂max) no início e no final do período de treinamento de 6 semanas, os indivíduos realizaram o teste "até a exaustão", com carga crescente. Diretamente antes e após o teste, amostras de sangue foram coletadas da veia ulnar para isolamento de RNA. Consecutivamente, foi realizada transcrição reversa e amplificação por reação em cadeia da polimerase em tempo real. Foi detectada uma influência significativa do treinamento aplicado sobre parâmetros fisiológicos como VO₂max (P = 0,0001), AnT (W/AT) (P = 0,0007) e concentração máxima de lactato ácido (P = 0,018), bem como sobre a expressão de HSPA1A (P = 0,0129) nos remadores. O treinamento aeróbico de baixa intensidade de 6 semanas afetou significativamente os parâmetros fisiológicos e a expressão de HSPA1A nos remadores. Portanto, sugerimos que a resposta dos leucócitos através da ativação de HSPA1A foi dependente do tipo de treinamento. O período de 6 semanas provou ser suficientemente longo para a adaptação dos leucócitos em atletas a exercícios de alta intensidade. © 2016 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of 6-week specific low-intensity training on selected aerobic capacity parameters and HSPA1A, HSPB1, and LDHB gene expression in high-level rowers: The aim of this study was to demonstrate the effects of 6-week low-intensity training on changes in indicators of aerobic capacity and on HSPA1A, HSPB1, and LDHb expression in white blood cells in high level rowers. We hypothesized that the type of training would have an impact not only on the adaptation of athletes to the aerobic nature of the exercises, but also on the expression of genes, designated during exercises "until refusal". Nine Polish lightweight male rowers (21.8 ± 3.77 years of age, 74.2 ± 1.7 6 kg, 184.8 ± 4.58 cm) of high level participated in the experiment. To determine the anaerobic threshold (AnT) and peak oxygen uptake (VO<inf>2max</inf>) at the beginning and end of the 6-week training period, the subjects performed the test "till exhaustion", with increasing load. Directly before and after the test, blood samples were collected from the ulnar vein for isolation of RNA. Consecutively, reverse transcription and real time polymerase chain reaction amplification was performed. A significant influence of applied training on physiological parameters such as VO<inf>2max</inf> (P = 0.0001) AnT (W/AT) (P = 0.0007), and maximal acid lactate concentration (P = 0.018) as well as on HSPA1A expression (P = 0.0129) in rowers were detected. The 6-week low-intensity aerobic training significantly affected the physiological parameters and HSPA1A expression in the rowers. Therefore, we suggest that the response of leukocytes by activating HSPA1A was dependent on the type of training. The 6-week period proved sufficiently long to of adapting leukocytes in athletes to high intensity exercises. © 2016 Elsevier B.V., All rights reserved.

As condições abióticas do habitat desértico flutuam em um ritmo circadiano de dias quentes e noites frias. Espécies que vivem em habitats desérticos evoluíram muitas adaptações para aumentar suas chances de sobrevivência. No entanto, as condições abióticas em habitats xerotérmicos de clima temperado são muito diferentes. As flutuações diurnas não são tão fortes, mas os animais precisam lidar com mudanças sazonais e hibernar durante o inverno, o que pode potencialmente influenciar suas adaptações a condições críticas de temperatura. Tentamos avaliar adaptações de resistência ao calor usando o exemplo de uma formiga xerotérmica amplamente distribuída, Formica cinerea. Usando PCR em Tempo Real, medimos a expressão de três genes de proteínas de choque térmico (Hsp60, Hsp75, Hsp90) e avaliamos as adaptações de F. cinerea para permitir o forrageamento em condições de risco. A análise da expressão gênica usando o Modelo Linear Generalizado indicou surpreendentemente que não houve efeito significativo da temperatura ao comparar operárias do controle (23°C) com operárias forrageando na superfície de areia quente (47-54°C). Como próxima etapa, tentamos estimar o limite de resistência térmica com o uso de câmaras térmicas. A expressão de todos os genes Hsp aumentou em comparação com o grupo controle, a expressão de Hsp60 e Hsp90 continuou até 45°C. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Heat shock proteins expression during thermal risk exposure in the xerothermic ant Formica cinerea: The abiotic conditions of the desert habitat fluctuate in a circadian rhythm of hot days and cold nights. Species living in desert habitats evolved many adaptations to increase their chances of survival. However, abiotic conditions in xerothermic habitats of a temperate climate are much different. Diurnal fluctuations are not as strong, but animals have to cope with seasonal changes and hibernate during the winter, which may potentially influence their adaptations to critical temperature conditions. We attempted to assess heat resistance adaptations using the example of a widely distributed xerothermic ant Formica cinerea. Using Real-Time PCR, we measured the expression of three heat shock protein genes (Hsp60, Hsp75, Hsp90) and assessed the adaptations of F. cinerea to enable foraging in risk prone conditions. The analysis of gene expression using the Generalized Linear Model surprisingly indicated that there was no significant effect of temperature when comparing workers from the control (23°C) with workers foraging on the surface of hot sand (47-54°C). As a next step we tried to estimate the threshold of a thermal resistance with the use of thermal chambers. Expression of all Hsps genes increase compare to the control group, expression of Hsp60 and Hsp90 continued up to 45°C. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Variações de curto prazo nas condições ambientais exigem que os indivíduos se adaptem por meio de mudanças no comportamento e/ou fisiologia. Em particular, a variação de temperatura e umidade é comum, e a adaptação fisiológica a mudanças de temperatura e umidade frequentemente envolve alterações na expressão gênica, especialmente na expressão de proteínas de choque térmico. Entretanto, não apenas características envolvidas na resistência a estresses ambientais, mas também outras características, como defesas imunológicas, podem ser influenciadas indiretamente por mudanças de temperatura e umidade. Aqui investigamos a resposta da formiga F. exsecta a dois regimes de temperatura (20°C e 25°C) e dois regimes de umidade (50% e 75%), para duas populações. Medimos a sobrevivência e a expressão de seis genes relacionados ao metabolismo e imunidade, e ainda comparamos os níveis de expressão em cada condição com os níveis de expressão pré-experimento. Ambas as populações sobreviveram igualmente bem nas duas umidades, mas uma população apresentou maior mortalidade a 25°C do que a 20°C, com 50% de umidade. Similarmente, as duas populações mostraram diferenças marcantes em sua expressão gênica antes do experimento e em suas respostas às condições ambientais. Surpreendentemente, em vez de convergir para níveis de expressão semelhantes nas mesmas condições ambientais, a expressão gênica divergiu ainda mais. Isso indica diferentes normas de reação tanto à temperatura quanto à umidade para as duas populações. Além disso, nossos resultados sugerem que as defesas imunológicas também são indiretamente afetadas pelas condições ambientais. © 2017 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Survival and gene expression under different temperature and humidity regimes in ants: Short term variation in environmental conditions requires individuals to adapt via changes in behavior and/or physiology. In particular variation in temperature and humidity are common, and the physiological adaptation to changes in temperature and humidity often involves alterations in gene expression, in particular that of heat-shock proteins. However, not only traits involved in the resistance to environmental stresses, but also other traits, such as immune defenses, may be influenced indirectly by changes in temperature and humidity. Here we investigated the response of the ant F. exsecta to two temperature regimes (20°C & 25°C), and two humidity regimes (50% & 75%), for two populations. We measured the survival and the expression of six metabolism- and immunity-related genes, and furthermore compared the expression levels in each condition with the pre-experiment expression levels. Both populations survived equally well at the two humidities, but one population showed higher mortality at 25°C than 20°, at 50% humidity. Similarly, the two populations showed striking differences in their gene expression before the experiment, and in their responses to the environmental conditions. Surprisingly, instead of converging to similar expression levels in the same environmental conditions, gene expression diverged further apart. This indicates different reaction norms to both temperature and humidity for the two populations. Furthermore, our results suggest that also immune defenses are indirectly affected by environmental conditions. © 2017 Elsevier B.V., All rights reserved.

Formigas causam uma série de acidentes envolvendo humanos. Tais acidentes geram diferentes reações no organismo, variando desde irritação leve no local da picada até choque anafilático, e essas reações dependem do mecanismo de ação do veneno. O estudo do veneno animal é uma ciência conhecida como venômica. Através da venômica, a composição do veneno de várias espécies de formigas já foi caracterizada e suas atividades biológicas descritas. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar a composição proteica e as atividades biológicas (hemolítica e imunoestimulatória) do veneno de Neoponera villosa (N. villosa), uma formiga amplamente distribuída na América do Sul. A composição proteica foi avaliada por técnicas proteômicas, como eletroforese bidimensional. Para avaliar a atividade biológica, foi realizado ensaio de hemólise e citocinas foram quantificadas após exposição de macrófagos ao veneno. O veneno de N. villosa tem um perfil composto por 145 proteínas, incluindo componentes estruturais e metabólicos (ex.: tubulina e ATPase), proteínas alergênicas e imunomoduladoras (quinase de arginina e proteínas de choque térmico (HSPs)), proteínas protetoras do veneno (superóxido dismutase (SOD) e catalase) e proteínas de degradação tecidual (hialuronidase e fosfolipase A2). O veneno foi capaz de induzir hemólise em eritrócitos humanos e também induziu liberação de citocinas pró-inflamatórias, assim como a liberação de citocinas anti-inflamatórias por macrófagos murinos. Estes resultados permitem melhor compreensão da composição e complexidade do veneno de N. villosa no corpo humano, bem como os possíveis mecanismos de ação após a picada. © 2018 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Analysis of protein composition and bioactivity of Neoponera villosa venom (Hymenoptera: Formicidae): Ants cause a series of accidents involving humans. Such accidents generate different reactions in the body, ranging from a mild irritation at the bite site to anaphylactic shock, and these reactions depend on the mechanism of action of the venom. The study of animal venom is a science known as venomics. Through venomics, the composition of the venom of several ant species has already been characterized and their biological activities described. Thus, the aim of this study was to evaluate the protein composition and biological activities (hemolytic and immunostimulatory) of the venom of Neoponera villosa (N. villosa), an ant widely distributed in South America. The protein composition was evaluated by proteomic techniques, such as two-dimensional electrophoresis. To assess the biological activity, hemolysis assay was carried out and cytokines were quantified after exposure of macrophages to the venom. The venom of N. villosa has a profile composed of 145proteins,includingstructuralandmetaboliccomponents(e.g.,tubulinandATPase),allergenicand immunomodulatory proteins (arginine kinase and heat shock proteins (HSPs)), protective proteins of venom (superoxide dismutase (SOD) and catalase) and tissue degradation proteins (hyaluronidase and phospholipase A2). The venom was able to induce hemolysis in human erythrocytes and also induced release of both pro-inflammatory cytokines, as the anti-inflammatory cytokine release by murinemacrophages. Theseresultsallowbetterunderstandingofthecompositionandcomplexityof N. villosa venom in the human body, as well as the possible mechanisms of action after the bite. © 2018 Elsevier B.V., All rights reserved.

Hsp60 é uma proteína mitocondrial típica em eucariotos e está envolvida em facilitar a correção de proteínas mal dobradas de volta à conformação correta. Anteriormente, identificamos HSPs induzidas por aspirina em resposta ao estresse térmico [1]. Para investigar se Hsp60 pode proteger contra a morte sob estresse térmico, usamos lenti-siRNA para reduzir a expressão de Hsp60. Quando expostas ao estresse térmico, mais apoptose foi observada com o aumento da exposição ao estresse térmico, enquanto a necrose não foi afetada. Além disso, o estresse térmico induziu a perda do potencial de membrana mitocondrial (ΔΨm) e um aumento significativo de espécies reativas de oxigênio (ROS) produzidas nas mitocôndrias, medidos por TMRE e MitoSOXTM red. A perda de ΔΨm indicou uma alteração na função mitocondrial interna. PCR quantitativo em tempo real foi usado para investigar o mecanismo detectando o perfil de expressão de mRNA da membrana mitocondrial interna, incluindo CypD, ANT e PIC. Os resultados não mostraram diferenças entre lenti-siRNA Hsp60 e controle. No entanto, bax no citoplasma translocou para a mitocôndria durante o estresse térmico e regulou a permeabilidade da membrana mitocondrial externa. Nossa hipótese é que Hsp60 pode proteger os cardiomiócitos contra apoptose envolvendo a membrana mitocondrial externa, não a membrana mitocondrial interna, sob estresse térmico. © 2017 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Lenti-siRNA Hsp60 promote bax in mitochondria and induces apoptosis during heat stress: Hsp60 is a typical mitochondrial protein in eukaryotes, and is involved in facilitating the correction of misfolded protein back into the correct conformation. Previous, we identified aspirin-induced HSPs in response to heat stress [1]. To investigate whether Hsp60 can protect against death under heat stress, we used lenti-siRNA to knock down the expression of Hsp60. When exposed to heat stress, more apoptosis was observed with increasing exposure to heat stress, while necrosis was not affected. Furthermore, heat stress induced the loss of mitochondrial membrane potential (ΔΨm) and a significant increase of reactive oxygen species (ROS) produced in mitochondria as measured by TMRE and MitoSOXTM red. The loss of ΔΨm indicated a change in inner mitochondrial function. Real-time Quantitative PCR was used to investigate the mechanism by detecting mRNA expression profile of the inner mitochondrial membrane, including CypD, ANT, and PIC. Results showed no differences between lenti-siRNA Hsp60 and control. However, bax in the cytoplasm translocated to mitochondrial during heat stress and regulated the permeability of outer mitochondrial membrane. We hypothesize that Hsp60 can protect cardiac myocytes against apoptosis involving in outer mitochondrial membrane not the inner mitochondrial membrane under heat stress. © 2017 Elsevier B.V., All rights reserved.

Objetivo: A catarata congênita hereditária varia imensamente em relação à localização e forma das opacidades do cristalino. Um fenótipo específico e muito raro é chamado de catarata "ovo de formiga", primeiramente descrito em 1900. "Ovos de formiga" foram previamente examinados usando microscopia óptica, imagem de elétrons retroespalhados, tomografias de raios X e microscopia eletrônica. O objetivo deste estudo foi caracterizar ainda mais a catarata "ovo de formiga" usando tecnologia moderna e demonstrar a história dos "ovos de formiga" após extração da catarata. Métodos: "Ovos de formiga" foram examinados usando Tomografia de Coerência Óptica (OCT) Heidelberg SPECTRALIS (Heidelberg Engineering, Heidelberg, Alemanha). Dez "ovos de formiga" foram extraídos; quatro destes, bem como tecido controle, foram analisados por espectrometria de massa (AB Sciex). Proteínas foram identificadas e suas abundâncias aproximadas foram determinadas. Coloração imuno-histoquímica foi realizada nos "ovos de formiga" restantes para citoqueratina e S100. Resultados: Nas imagens OCT anteriores, as estruturas de "ovo de formiga" estão localizadas na íris. Imagens comparativas mostraram que elas permaneceram na mesma localização por mais de 45 anos. A espectrometria de massa dos "ovos de formiga" resultou em um proteoma de 56 proteínas diferentes. Dezoito das 56 proteínas dos "ovos de formiga" (32%) não estavam presentes em nossos controles nem em um proteoma conhecido do cristalino fetal. Entre estas estavam citoqueratina e proteína Matrix-Gla. As reações imuno-histoquímicas foram positivas para citoqueratina e S100. Conclusões: Este estudo demonstra a composição proteica previamente desconhecida das estruturas "ovo de formiga" na catarata "ovo de formiga". Dezoito destas proteínas não são encontradas nativamente no cristalino humano. Além disso, "ovos de formiga" não variam ao longo do tempo, após extração da catarata, em relação ao tamanho e localização. © 2017 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

“Ant-egg” cataract revisited: Purpose: Hereditary congenital cataract varies immensely concerning location and form of the lens opacities. A specific and very rare phenotype is called “ant-egg” cataract first described in 1900. “Ant-eggs” have previously been examined using light microscopy, backscattered electron imaging and X-ray scans and electron microscopy. The purpose of this study was to further characterize “ant-egg” cataract using modern technology and display the history of the “ant-eggs” after cataract extraction. Methods: “Ant-eggs” were examined using Heidelberg SPECTRALIS Optical Coherence Tomography (OCT)(Heidelberg Engineering, Heidelberg, Germany). Ten “ant-eggs” were extracted; four of these as well as control tissue were analyzed by mass spectrometry (AB Sciex). Proteins were identified and their approximate abundances were determined. Immunohistochemical staining was carried out on the remaining “ant-eggs” for cytokeratin and S100. Results: In anterior OCT-images, the “ant-egg” structures are localized on the iris. Comparative pictures showed that they stayed in the same location for more than 45 years. Mass spectrometry of “ant-eggs” yielded a proteome of 56 different proteins. Eighteen of the 56 “ant-egg” proteins (32 %) were neither present in our controls nor in a known fetal lens proteome. Among these were cytokeratin and Matrix-Gla protein. Immunohistochemical reactions were positive for cytokeratin and S100. Conclusions: This study demonstrates the previously unknown protein composition of the “ant-egg” structures in “ant-egg” cataract. Eighteen of these proteins are not natively found in the human lens. Moreover, “ant-eggs” do not vary over time, after cataract extraction, regarding size and location. © 2017 Elsevier B.V., All rights reserved.

A baixa imunogenicidade continua sendo o maior obstáculo para que as vacinas de DNA humano atinjam seu potencial. Estratégias para melhorar a eficácia das vacinas de DNA incluem otimização de códons, reagentes de transfecção, eletroporação, adjuvantes vacinais ou combinação com um reforço proteico ou vetorial. O maior entendimento dos eventos moleculares que conduzem as respostas imunes inatas e adaptativas tem auxiliado no desenvolvimento de adjuvantes moleculares para uso em vacinas de DNA. Tais adjuvantes compreendem moléculas de sinalização codificadas por plasmídeos, incluindo citocinas, quimiocinas, moléculas coestimuladoras imunes, agonistas de receptores toll-like ou inibidores de vias imunossupressoras. Novas abordagens, incluindo silenciamento gênico, epigenética e biologia de sistemas, também contribuíram para um aumento na gama de opções de adjuvantes moleculares. Esta revisão explora tendências atuais e futuras no design de vacinas, incluindo os mais recentes adjuvantes moleculares para maior eficácia de vacinas de DNA. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Molecular Adjuvants for DNA Vaccines: Poor immunogenicity remains the single biggest obstacle to human DNA vaccines achieving their potential. Strategies to improve DNA vaccine efficacy include codon optimization, transfection reagents, electroporation, vaccine adjuvants or combination with a protein or vector boost. Increased understanding of molecular events driving innate and adaptive immune responses has assisted development of molecular adjuv-ants for DNA vaccine use. Such adjuvants comp-rise plasmid-encoded signalling molecules including cytokines, chemokines, immune co-stimulatory molecules, toll-like receptor agonists or inhibitors of immune suppressive pathways. New approaches including gene knockdown, epigenetics and systems biology have also contributed to an increased range of molecular adjuvant options. This review explores current and future trends in vaccine design including the latest molecular adjuvants for enhanced DNA vaccine efficacy. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A diversificação ecológica em habitats termicamente divergentes pode empurrar espécies para seus limites fisiológicos, exigindo que elas acomodem extremos de temperatura através de mudanças plásticas ou evolutivas que aumentem a persistência sob o regime térmico local. Uma forma de suportar o estresse térmico é aumentar a produção de proteínas de choque térmico, seja mantendo maior abundância basal dentro das células, seja aumentando a magnitude da indução em resposta ao estresse por calor. Avaliamos se a variação ambiental estava associada à expressão de três genes de proteínas de choque térmico em duas espécies de formigas de floresta intimamente relacionadas, Aphaenogaster picea e A. rudis. Comparamos operárias adultas de colônias coletadas em 25 locais ao longo de suas distribuições geográficas. As colônias foram mantidas em duas temperaturas laboratoriais diferentes e testadas quanto aos efeitos independentes do ambiente, filogenia e temperatura de aclimatação na expressão gênica basal e induzida por calor. A temperatura máxima anual em cada local de coleta (Tmax) não foi um preditor significativo nem da expressão basal nem da magnitude de indução de qualquer um dos genes de proteína de choque térmico testados. Um efeito filogenético foi detectado apenas para a expressão basal de Hsp40, que foi menor nas populações mais ao sul de A. rudis e maior em uma população de faixa intermediária de possível ancestralidade híbrida. Em contraste, uma temperatura de aclimatação mais elevada aumentou significativamente a expressão basal de Hsc70-4 e aumentou a indução de Hsp40 e Hsp83. Assim, a aclimatação fisiológica à variação de temperatura parece envolver a modulação da resposta ao choque térmico, enquanto outros mecanismos provavelmente são responsáveis por mudanças evolutivas no desempenho térmico associadas a gradientes climáticos de larga escala. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Modulation of the heat shock response is associated with acclimation to novel temperatures but not adaptation to climatic variation in the ants Aphaenogaster picea and A. rudis: Ecological diversification into thermally divergent habitats can push species toward their physiological limits, requiring them to accommodate temperature extremes through plastic or evolutionary changes that increase persistence under the local thermal regime. One way to withstand thermal stress is to increase production of heat shock proteins, either by maintaining higher baseline abundance within cells or by increasing the magnitude of induction in response to heat stress. We evaluated whether environmental variation was associated with expression of three heat shock protein genes in two closely-related species of woodland ant, Aphaenogaster picea and A. rudis. We compared adult workers from colonies collected from 25 sites across their geographic ranges. Colonies were maintained at two different laboratory temperatures, and tested for the independent effects of environment, phylogeny, and acclimation temperature on baseline and heat-induced gene expression. The annual maximum temperature at each collection site (Tmax) was not a significant predictor of either baseline expression or magnitude of induction of any of the heat shock protein genes tested. A phylogenetic effect was detected only for basal expression of Hsp40, which was lower in the most southern populations of A. rudis and higher in a mid-range population of possible hybrid ancestry. In contrast, a higher acclimation temperature significantly increased baseline expression of Hsc70-4, and increased induction of Hsp40 and Hsp83. Thus, physiological acclimation to temperature variation appears to involve modulation of the heat shock response, whereas other mechanisms are likely to be responsible for evolutionary shifts in thermal performance associated with large-scale climate gradients. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Nos ectotérmicos, as altas temperaturas impõem limites físicos, impedindo a atividade. A exposição a altos níveis de calor causa vários efeitos deletérios e letais, incluindo desdobramento e desnaturação proteica. Ectotérmicos termofílicos evoluíram várias maneiras de aumentar a estabilidade macromolecular e lidar com temperaturas corporais elevadas; estas incluem a alta expressão constitutiva de chaperonas moleculares. Neste estudo, investigamos o efeito de choque térmico moderado a severo (37-45°C) na sobrevivência, endurecimento térmico, dano proteico e a expressão de cinco genes relacionados à tolerância ao calor (hsc70-4 h1, hsc70-4 h2, hsp83, hsc70-5 e hsf1) em duas formigas Cataglyphis intimamente relacionadas que ocorrem em habitats distintos. Nossos resultados mostram que a formiga do Saara altamente termofílica Cataglyphis bombycina expressa constitutivamente HSC70 em níveis mais elevados, mas tem menor expressão induzida de genes relacionados à tolerância ao calor em resposta ao choque térmico, em comparação com a mais mesofílica Cataglyphis mauritanica encontrada nas Montanhas do Atlas. Como resultado, C. bombycina demonstra maior estabilidade proteica quando exposta ao estresse térmico agudo, mas está menos disposta a adquirir termotolerância induzida via endurecimento térmico. Estes resultados fornecem maior compreensão sobre a plasticidade evolutiva do sistema de expressão do gene hsp e subsequentes adaptações fisiológicas em insetos desérticos termofílicos para se adaptarem a condições ambientais severas. © 2017 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Proteome stability, heat hardening and heat-shock protein expression profiles in Cataglyphis desert ants: In ectotherms, high temperatures impose physical limits, impeding activity. Exposure to high heat levels causes various deleterious and lethal effects, including protein misfolding and denaturation. Thermophilic ectotherms have evolved various ways to increase macromolecular stability and cope with elevated body temperatures; these include the high constitutive expression of molecular chaperones. In this study, we investigated the effect of moderate to severe heat shock (37-45°C) on survival, heat hardening, protein damage and the expression of five heat tolerance-related genes (hsc70-4 h1, hsc70-4 h2, hsp83, hsc70-5 and hsf1) in two closely related Cataglyphis ants that occur in distinct habitats. Our results show that the highly thermophilic Sahara ant Cataglyphis bombycina constitutively expresses HSC70 at higher levels, but has lower induced expression of heat tolerance-related genes in response to heat shock, as compared with the more mesophilic Cataglyphis mauritanica found in the Atlas Mountains. As a result, C. bombycina demonstrates increased protein stability when exposed to acute heat stress but is less disposed to acquiring induced thermotolerance via heat hardening. These results provide further insight into the evolutionary plasticity of the hsp gene expression system and subsequent physiological adaptations in thermophilous desert insects to adapt to harsh environmental conditions. © 2017 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os membros da família das translocases de nucleotídeos de adenina (ANT) trocam ADP por ATP através da membrana mitocondrial interna, uma atividade essencial para a fosforilação oxidativa (OXPHOS). Mutações ou desregulação das ANTs estão associadas com oftalmoplegia externa progressiva, cardiomiopatia, deficiência intelectual não sindrômica, apoptose e o efeito Warburg. Parceiros de ligação das ANTs humanas não foram sistematicamente identificados. A ausência de tal informação impediu uma compreensão molecular detalhada das diversas doenças associadas às ANTs, incluindo insights sobre suas manifestações fenotípicas distintas. Para preencher esta lacuna, neste estudo, definimos os interatomas de duas isoformas humanas de ANT. Análogo à sua contraparte em levedura, as ANTs humanas associam-se com proteínas parceiras heterólogas, incluindo o supercomplexo respiratório (RSC) e outros transportadores de solutos. A associação evolutivamente conservada ANT-RSC é particularmente notável porque a composição, e consequentemente a organização, dos RSCs em levedura e humano é diferente. Surpreendentemente, a ausência da isoforma principal de ANT apenas prejudica modestamente a OXPHOS em células HEK293, indicando que os baixos níveis de outras isoformas fornecem redundância funcional. Em contraste, a inibição farmacológica da expressão e função da OXPHOS inibe a troca ADP/ATP dependente de ANT. Assim, as ANTs e a maquinaria OXPHOS interagem fisicamente e cooperam funcionalmente para aumentar a capacidade de transporte das ANTs e a respiração mitocondrial. © 2017 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Human adenine nucleotide translocases physically and functionally interact with respirasomes: Members of the adenine nucleotide translocase (ANT) family exchange ADP for ATP across the mitochondrial inner membrane, an activity that is essential for oxidative phosphorylation (OXPHOS). Mutations in or dysregulation of ANTs is associated with progressive external ophthalmoplegia, cardiomyopathy, nonsyndromic intellectual disability, apoptosis, and the Warburg effect. Binding partners of human ANTs have not been systematically identifed. The absence of such information has prevented a detailed molecular understanding of the assorted ANT-associated diseases, including insight into their disparate phenotypic manifestations. To fll this void, in this study, we defne the interactomes of two human ANT isoforms. Analogous to its yeast counterpart, human ANTs associate with heterologous partner proteins, including the respiratory supercomplex (RSC) and other solute carriers. The evolutionarily conserved ANT-RSC association is particularly noteworthy because the composition, and thereby organization, of RSCs in yeast and human is different. Surprisingly, absence of the major ANT isoform only modestly impairs OXPHOS in HEK293 cells, indicating that the low levels of other isoforms provide functional redundancy. In contrast, pharmacological inhibition of OXPHOS expression and function inhibits ANT-dependent ADP/ATP exchange. Thus ANTs and the OXPHOS machinery physically interact and functionally cooperate to enhance ANT transport capacity and mitochondrial respiration. © 2017 Elsevier B.V., All rights reserved.

A plasticidade fenotípica é cada vez mais reconhecida por facilitar mudanças adaptativas em plantas e animais, incluindo insetos, nematódeos e vertebrados. A plasticidade pode ocorrer como variação contínua ou discreta (polifenismos). Em insetos sociais, por exemplo, em formigas, algumas espécies possuem operárias de classes de tamanho distintas, enquanto em outras espécies próximas a variação de tamanho pode ser contínua. Apesar da abundância de exemplos na natureza, como os morfos discretos são especificados permanece atualmente desconhecido. Em teoria, polifenismos podem requerer robustez, pela qual a distribuição de morfologias seria limitada pelos mesmos mecanismos que executam o amortecimento de perturbações estocásticas, uma função atribuída às proteínas de choque térmico da família Hsp90. No entanto, esta possibilidade nunca foi testada diretamente porque plasticidade e robustez são consideradas princípios evolutivos opostos. Aqui, usamos um polifenismo de estruturas alimentares no nematódeo Pristionchus pacificus para testar a relação entre robustez e plasticidade usando morfometria geométrica de 20 marcos da forma da boca. Mostramos que a redução da atividade da proteína de choque térmico, que reduz a robustez do desenvolvimento, aumenta a variedade de morfologias da forma da boca. Especificamente, temperatura elevada levou a uma mudança dentro do morfoespaço, a inibição farmacológica de todos os genes Hsp90 usando tratamento com radicicol aumentou a variabilidade de forma em ambas as formas da boca, e o nocaute de Ppa-daf-21/Hsp90 induzido por CRISPR/Cas9 teve um efeito combinado. Assim, Hsp90 canaliza as morfologias de características plásticas resultando em polifenismo discreto de formas da boca. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The Role of DAF-21/Hsp90 in Mouth-Form Plasticity in Pristionchus pacificus: Phenotypic plasticity is increasingly recognized to facilitate adaptive change in plants and animals, including insects, nematodes, and vertebrates. Plasticity can occur as continuous or discrete (polyphenisms) variation. In social insects, for example, in ants, some species have workers of distinct size classes while in other closely related species variation in size may be continuous. Despite the abundance of examples in nature, how discrete morphs are specified remains currently unknown. In theory, polyphenisms might require robustness, whereby the distribution of morphologies would be limited by the same mechanisms that execute buffering from stochastic perturbations, a function attributed to heat-shock proteins of the Hsp90 family. However, this possibility has never been directly tested because plasticity and robustness are considered to represent opposite evolutionary principles. Here, we used a polyphenism of feeding structures in the nematode Pristionchus pacificus to test the relationship between robustness and plasticity using geometric morphometrics of 20 mouth-form landmarks. We show that reducing heat-shock protein activity, which reduces developmental robustness, increases the range of mouth-form morphologies. Specifically, elevated temperature led to a shift within morphospace, pharmacological inhibition of all Hsp90 genes using radicicol treatment increased shape variability in both mouth-forms, and CRISPR/Cas9-induced Ppa-daf-21/Hsp90 knockout had a combined effect. Thus, Hsp90 canalizes the morphologies of plastic traits resulting in discrete polyphenism of mouth-forms. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os aumentos de temperatura associados às mudanças climáticas globais provavelmente serão acompanhados por estressores ambientais adicionais, como dessecação e limitação alimentar, que podem alterar como a temperatura afeta o desempenho dos organismos. Para investigar como as interações entre estressores influenciam a tolerância térmica na formiga florestal comum, Aphaenogaster picea, comparamos a resistência térmica de operárias ao choque térmico com e sem pré-exposição ao estresse de dessecação ou inanição. O tempo de imobilização a 40,5 °C de formigas dessecadas foi reduzido em 6% em comparação com os controles, embora a exposição mais prolongada à dessecação não tenha reduzido ainda mais a tolerância térmica. A inanição, em contraste, teve um efeito progressivamente severo na tolerância térmica: aos 21 dias, o tempo médio de imobilização de formigas famintas foi reduzido em 65% em comparação com os controles. Para testar se a redução na tolerância térmica resulta do comprometimento da resposta ao choque térmico, medimos a expressão gênica basal e a indução transcricional de duas proteínas de choque térmico (hsp70 e hsp40) em formigas tratadas e controles. Não encontramos evidências de que qualquer estressor prejudicasse a resposta Hsp: tanto a dessecação quanto a inanição aumentaram ligeiramente a expressão basal de Hsp sob condições de estresse severo e não afetaram a magnitude da indução sob choque térmico. Estes resultados sugerem que a co-ocorrência de múltiplos estressores ambientais previstos pelos modelos de mudanças climáticas pode tornar as populações mais vulneráveis ao aquecimento futuro do que sugerem os resultados de experimentos de aquecimento com fator único. © 2017 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of desiccation and starvation on thermal tolerance and the heat-shock response in forest ants: Temperature increases associated with global climate change are likely to be accompanied by additional environmental stressors such as desiccation and food limitation, which may alter how temperature impacts organismal performance. To investigate how interactions between stressors influence thermal tolerance in the common forest ant, Aphaenogaster picea, we compared the thermal resistance of workers to heat shock with and without pre-exposure to desiccation or starvation stress. Knockdown (KD) time at 40.5 °C of desiccated ants was reduced 6% compared to controls, although longer exposure to desiccation did not further reduce thermal tolerance. Starvation, in contrast, had an increasingly severe effect on thermal tolerance: at 21 days, average KD time of starved ants was reduced by 65% compared to controls. To test whether reduction in thermal tolerance results from impairment of the heat-shock response, we measured basal gene expression and transcriptional induction of two heat-shock proteins (hsp70 and hsp40) in treated and control ants. We found no evidence that either stressor impaired the Hsp response: both desiccation and starvation slightly increased basal Hsp expression under severe stress conditions and did not affect the magnitude of induction under heat shock. These results suggest that the co-occurrence of multiple environmental stressors predicted by climate change models may make populations more vulnerable to future warming than is suggested by the results of single-factor heating experiments. © 2017 Elsevier B.V., All rights reserved.

Gliomas Difusos Intrínsecos de Ponte (DIPG) são os tumores cerebrais pediátricos mais devastadores. Eles afetam principalmente crianças pequenas e, como não existem tratamentos eficazes, quase todos os pacientes com DIPG morrem do tumor dentro de 12 meses do diagnóstico. Uma característica fundamental deste tumor devastador é sua resistência intrínseca a todas as terapias clinicamente disponíveis. Foi demonstrado que o desenvolvimento do glioma está associado à reprogramação metabólica, interrupção do estado redox e resistência às vias apoptóticas. A mitocôndria é um alvo atraente como organela chave que facilita esses processos críticos. PENAO é um novo composto anticâncer que direciona a função mitocondrial através da inibição do translocador de nucleotídeos de adenina (ANT). Aqui descobrimos que culturas de neuroesferas de DIPG expressam altos níveis de proteína ANT2 e são sensíveis ao inibidor mitocondrial PENAO através do estresse oxidativo, enquanto seus efeitos apoptóticos foram ainda mais intensificados com o co-tratamento com o inibidor de mTOR temsirolimus. Descobriu-se que esta terapia combinada atua através da inibição da via PI3K/AKT/mTOR, HSP90 e ativação de AMPK. Experimentos in vivo empregando um modelo ortotópico de DIPG mostraram um efeito antitumoral marginal provavelmente devido à baixa penetração dos inibidores no cérebro. Mais testes desta estratégia anti-DIPG com compostos que penetram a barreira hematoencefálica são necessários. © 2018 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Dual targeting of mitochondrial function and mTOR pathway as a therapeutic strategy for diffuse intrinsic pontine glioma: Diffuse Intrinsic Pontine Gliomas (DIPG) are the most devastating of all pediatric brain tumors. They mostly affect young children and, as there are no effective treatments, almost all patients with DIPG will die of their tumor within 12 months of diagnosis. A key feature of this devastating tumor is its intrinsic resistance to all clinically available therapies. It has been shown that glioma development is associated with metabolic reprogramming, redox state disruption and resistance to apoptotic pathways. The mitochondrion is an attractive target as a key organelle that facilitates these critical processes. PENAO is a novel anti-cancer compound that targets mitochondrial function by inhibiting adenine nucleotide translocase (ANT). Here we found that DIPG neurosphere cultures express high levels of ANT2 protein and are sensitive to the mitochondrial inhibitor PENAO through oxidative stress, while its apoptotic effects were found to be further enhanced upon co-treatment with mTOR inhibitor temsirolimus. This combination therapy was found to act through inhibition of PI3K/AKT/mTOR pathway, HSP90 and activation of AMPK. In vivo experiments employing an orthotopic model of DIPG showed a marginal anti-tumour effect likely due to poor penetration of the inhibitors into the brain. Further testing of this anti- DIPG strategy with compounds that penetrate the BBB is warranted. © 2018 Elsevier B.V., All rights reserved.

No presente estudo, ensaios de deterência, bioensaio de contato, análise de concentração letal (CL) e análise de expressão gênica foram realizados para revelar o potencial repelente ou inseticida do óleo de M. alternifolia contra M. persicae. O óleo de M. alternifolia demonstrou um excelente índice de deterência (0,8) a 2 g/L após 48 h. O óleo demonstrou uma taxa de mortalidade por contato pronunciada (72%) na dose de 4 g/L após 24 h. A análise de Probit foi realizada para estimar os valores de CL do óleo de M. alternifolia (40%) contra M. persicae (CL₃₀ = 0,115 g/L e CL₅₀ = 0,37 g/L respectivamente) após 24 h. Além disso, para investigar mudanças na expressão gênica devido ao contato com o óleo de M. alternifolia em M. persicae, a expressão dos genes HSP 60, FPPS I, OSD, TOL e ANT foi examinada nas doses de CL₃₀ e CL₅₀. Quatro dos cinco genes selecionados - OSD, ANT, HSP 60 e FPPS I - mostraram regulação positiva na CL₅₀, enquanto o gene TOL mostrou expressão de regulação positiva máxima na CL₃₀. Finalmente, os principais componentes do óleo de M. alternifolia (terpinen-4-ol) foram acoplados e simulados por dinâmica molecular nas proteínas relacionadas aos genes selecionados para explorar os modos de interação ligante-proteína e mudanças na expressão gênica. Os resultados mostram que o óleo de M. alternifolia tem efeitos inseticidas e de deterência notáveis e também tem a capacidade de afetar a reprodução e o desenvolvimento em M. persicae pela ligação com proteínas. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Repellency, toxicity, gene expression profiling and in silico studies to explore insecticidal potential of Melaleuca alternifolia essential oil against Myzus persicae: In the current study, deterrent assay, contact bioassay, lethal concentration (LC) analysis and gene expression analysis were performed to reveal the repellent or insecticidal potential of M. alternifolia oil against M. persicae. M. alternifolia oil demonstrated an excellent deterrence index (0.8) at 2 g/L after 48 h. The oil demonstrated a pronounced contact mortality rate (72%) at a dose of 4 g/L after 24 h. Probit analysis was performed to estimate LC-values of M. alternifolia oil (40%) against M. persicae (LC<inf>30</inf> = 0.115 g/L and LC<inf>50</inf> = 0.37 g/L respectively) after 24 h. Furthermore, to probe changes in gene expression due to M. alternifolia oil contact in M. persicae, the expression of HSP 60, FPPS I, OSD, TOL and ANT genes were examined at doses of LC<inf>30</inf> and LC<inf>50</inf>. Four out of the five selected genes—OSD, ANT, HSP 60 and FPPS I—showed upregulation at LC<inf>50</inf>, whereas, TOL gene showed maximum upregulation expression at LC<inf>30</inf>. Finally, the major components of M. alternifolia oil (terpinen-4-ol) were docked and MD simulated into the related proteins of the selected genes to explore ligand–protein modes of interactions and changes in gene expression. The results show that M. alternifolia oil has remarkable insecticidal and deterrent effects and also has the ability to affect the reproduction and development in M. persicae by binding to proteins. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

As proteínas de membrana residem em bicamadas lipídicas e são tipicamente extraídas desse ambiente para estudo, o que frequentemente compromete sua integridade. Neste trabalho, ejetamos montagens intactas de membranas, sem disrupção química, e usamos espectrometria de massa para definir sua composição. A partir de membranas externas de Escherichia coli, identificamos uma associação chaperona-porina e interações lipídicas na maquinaria de montagem do barril-beta. Observamos bombas de efluxo conectando membranas interna e externa, e a partir de membranas internas identificamos um poro pentamérico de TonB, bem como o canal condutor de proteínas SecYEG em associação com a sintase de adenosina trifosfato (ATP) F₁Fₒ. Membranas mitocondriais intactas de Bos taurus produziram complexos respiratórios e dímeros ligados a ácidos graxos da translocase de adenosina difosfato (ADP)/ATP (ANT-1). Estes resultados destacam a importância dos ambientes de membrana nativos para reter a ligação de pequenas moléculas, interações subunitárias e chaperonas associadas do proteoma de membrana. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Protein assemblies ejected directly from native membranes yield complexes for mass spectrometry: Membrane proteins reside in lipid bilayers and are typically extracted from this environment for study, which often compromises their integrity. In this work, we ejected intact assemblies from membranes, without chemical disruption, and used mass spectrometry to define their composition. From Escherichia coli outer membranes, we identified a chaperone-porin association and lipid interactions in the b-barrel assembly machinery. We observed efflux pumps bridging inner and outer membranes, and from inner membranes we identified a pentameric pore of TonB, as well as the protein-conducting channel SecYEG in association with F<inf>1</inf>F<inf>O</inf> adenosine triphosphate (ATP) synthase. Intact mitochondrial membranes from Bos taurus yielded respiratory complexes and fatty acid–bound dimers of the ADP (adenosine diphosphate)/ATP translocase (ANT-1). These results highlight the importance of native membrane environments for retaining small-molecule binding, subunit interactions, and associated chaperones of the membrane proteome. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A formiga prateada do Saara Cataglyphis bombycina é um dos animais mais termotolerantes do mundo. As operárias forrageiam por artrópodes atingidos pelo calor durante a parte mais quente do dia, quando as temperaturas excedem 50 °C. No entanto, as adaptações fisiológicas necessárias para lidar com condições tão severas permanecem pouco estudadas nesta espécie desértica. Usando transcriptômica, examinamos os transcritos mais responsivos ao calor de C. bombycina com o objetivo de melhor caracterizar os mecanismos moleculares envolvidos com a estabilidade macromolecular e sobrevivência celular ao estresse térmico. Identificamos 67 transcritos fortemente e consistentemente expressos, e mostramos evidências de ambos: seleção evolutiva e indução térmica específica de chaperonas moleculares relacionadas à mitocôndria que não haviam sido documentadas em Formicidae até agora. Isso indica um claro foco da resposta ao choque térmico da formiga prateada na preservação da integridade mitocondrial e produção de energia. A indução conjunta de pequenas proteínas de choque térmico provavelmente retrata a maior necessidade deste inseto para função motora adequada em resposta a surtos extremos de estresses térmicos. Discutimos como essas adaptações fisiológicas podem efetivamente ajudar as operárias a resistir e sobreviver ao calor escaldante e solo ardente do deserto do Saara ao meio-dia. © 2018 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Molecular chaperoning helps safeguarding mitochondrial integrity and motor functions in the Sahara silver ant Cataglyphis bombycina: The Sahara silver ant Cataglyphis bombycina is one of the world's most thermotolerant animals. Workers forage for heat-stricken arthropods during the hottest part of the day, when temperatures exceed 50 °C. However, the physiological adaptations needed to cope with such harsh conditions remain poorly studied in this desert species. Using transcriptomics, we screened for the most heat-responsive transcripts of C. bombycina with aim to better characterize the molecular mechanisms involved with macromolecular stability and cell survival to heat-stress. We identified 67 strongly and consistently expressed transcripts, and we show evidences of both evolutionary selection and specific heat-induction of mitochondrial-related molecular chaperones that have not been documented in Formicidae so far. This indicates clear focus of the silver ant's heat-shock response in preserving mitochondrial integrity and energy production. The joined induction of small heat-shock proteins likely depicts the higher requirement of this insect for proper motor function in response to extreme burst of heat-stresses. We discuss how those physiological adaptations may effectively help workers resist and survive the scorching heat and burning ground of the midday Sahara Desert. © 2018 Elsevier B.V., All rights reserved.

As larvas da formiga escamolera (Liometopum apiculatum Mayr) são consideradas uma iguaria desde os tempos pré-hispânicos. O aumento da demanda por este prato levou à coleta massiva de ninhos de formigas. No entanto, aspectos biológicos das larvas de L. apiculatum permanecem desconhecidos, e mapear o proteoma desta espécie é importante para compreender suas características biológicas. Eletroforese bidimensional em gel (2-DE) seguida de análise por cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas em tandem (LC-MS/MS) foi utilizada para caracterizar o perfil proteômico das larvas. Dos 380 spots proteicos analisados, 174 foram identificados por LC-MS/MS e busca por homologia contra o subconjunto Hymenoptera do banco de dados de proteínas NCBInr usando o mecanismo de busca Mascot. O sequenciamento de novo de peptídeos e o alinhamento baseado em homologia permitiram a identificação de 36 spots proteicos adicionais. As proteínas identificadas foram classificadas por localização celular, função molecular e processo biológico de acordo com a anotação de Ontologia Gênica. Proteínas relacionadas à imunidade e defesa foram identificadas, incluindo PPIases, FK506, PEBP e quitinases. Várias proteoformas de hexamerina foram identificadas e o cDNA da proteína mais abundante detectada no mapa 2-DE foi isolado e caracterizado. A hexamerina de L. apiculatum (LaHEX, número de acesso GeneBank MH256667) contém uma moldura aberta de leitura de 2199 pb codificando um polipeptídeo de 733 resíduos de aminoácidos com massa molecular calculada de 82,41 kDa. A proteína LaHEX é mais semelhante à HEX110 do que à HEX70 de Apis mellifera. A regulação negativa de LaHEX foi observada durante o desenvolvimento da formiga. Este trabalho representa o primeiro mapa proteômico, bem como a primeira hexamerina caracterizada de larvas de L. apiculatum. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The proteome map of the escamolera ant (Liometopum apiculatum Mayr) larvae reveals immunogenic proteins and several hexamerin proteoforms: The larvae of escamolera ant (Liometopum apiculatum Mayr) have been considered a delicacy since Pre-Hispanic times. The increased demand for this stew has led to massive collection of ant nests. Yet biological aspects of L. apiculatum larvae remain unknown, and mapping the proteome of this species is important for understanding its biological characteristics. Two-dimensional gel electrophoresis (2-DE) followed by liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) analysis was used to characterize the larvae proteome profile. From 380 protein spots analyzed, 174 were identified by LC-MS/MS and homology search against the Hymenoptera subset of the NCBInr protein database using the Mascot search engine. Peptide de novo sequencing and homology-based alignment allowed the identification of 36 additional protein spots. Identified proteins were classified by cellular location, molecular function, and biological process according to the Gene Ontology annotation. Immunity- and defense-related proteins were identified including PPIases, FK506, PEBP, and chitinases. Several hexamerin proteoforms were identified and the cDNA of the most abundant protein detected in the 2-DE map was isolated and characterized. L. apiculatum hexamerin (LaHEX, GeneBank accession no. MH256667) contains an open reading frame of 2199 bp encoding a polypeptide of 733 amino acid residues with a calculated molecular mass of 82.41 kDa. LaHEX protein is more similar to HEX110 than HEX70 from Apis mellifera. Down-regulation of LaHEX was observed throughout ant development. This work represents the first proteome map as well as the first hexamerin characterized from L. apiculatum larvae. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

As proteínas de choque térmico 90 (Hsp90) e as proteínas congêneres de choque térmico 70 (Hsc70) foram identificadas como chaperonas do heterocomplexo receptor de ecdisona (EcR)/proteína ultraspiracle (USP). No entanto, pouco se sabe sobre o estado de Hsp90 e Hsc70 em Polyrhachis vicina Roger. Aqui, sequenciamos os transcriptomas de formigas adultas em P. vicina pela primeira vez. Leituras limpas em formigas fêmeas, machos e operárias foram anotadas em 40.147 transcritos, e 37.488, 28.300 e 33.638 unigenes foram montados em formigas fêmeas, machos e operárias, respectivamente. De acordo com RPKM, os números de genes diferencialmente expressos entre formigas fêmeas e machos, entre formigas fêmeas e operárias, entre formigas machos e operárias e os genes diferencialmente expressos comuns foram 12.657, 21.630, 15.112 e 3.704, respectivamente. Esses resultados revelam que a diferenciação de castas, a formação de especificidade de casta e as divisões sociais das formigas P. vicina podem ser devidas a diferenças de expressão gênica. Além disso, PvEcR e PvUSP também foram detectados como genes diferencialmente expressos nas formigas; especificamente, a expressão de PvUSP foi maior que a expressão de PvEcR em todas as castas. Especulamos que PvUSP pode ter um papel semelhante ao do receptor de hormônio juvenil. Quatro membros da família PvHsp90 identificados e 23 membros da família PvHsp70 identificados foram encontrados nas formigas, e 2 genes PvHsp90 e 8 genes PvHsp70 foram analisados por qRT-PCR. Entre esses genes, a expressão de 2 genes PvHsp90 e 5 genes PvHsp70 coincidiu com os perfis de expressão de PvEcR e PvUSP, o que sugere que a caracterização de PvHsp90 e PvHsc70 pode ser como chaperonas moleculares de EcR/USP em P. vicina. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

RNA-Seq analysis of Polyrhachis vicina Roger and insights into the heat shock protein 90 and 70 families: The heat shock protein 90 (Hsp90) and heat shock cognate proteins (Hsc70) have been identified as chaperones of the ecdysone receptor (EcR)/ultraspiracle protein (USP) heterocomplex. However, little is known about the status of Hsp90 and Hsc70 in Polyrhachis vicina Roger. Here, we sequenced the transcriptomes of adult ants in P. vicina for the first time. Clean reads in female, male, and worker ants were annotated into 40,147 transcripts, and 37,488, 28,300, and 33,638 unigenes were assembled in female, male, and worker ants, respectively. According to RPKM, the numbers of differentially expressed genes between female and male ants, between female and worker ants, and between male and worker ants and the common differentially expressed genes were 12,657, 21,630, 15,112 and 3704, respectively. These results reveal that caste differentiation, caste specificity formation, and social divisions of P. vicina ants may be due to gene expression differences. Moreover, PvEcR and PvUSP were also detected as differentially expressed genes in the ants; specifically, PvUSP expression was higher than PvEcR expression in all castes. We speculate that PvUSP may have a role similar to that of juvenile hormone receptor. Four identified PvHsp90 family members and 23 identified PvHsp70 family members were found in the ants, and 2 PvHsp90 genes and 8 PvHsp70 genes were analyzed by qRT-PCR. Among those genes, the expression of 2 PvHsp90 genes and 5 PvHsp70 genes coincided with the expression profiles of PvEcR and PvUSP, which suggest that the characterization of PvHsp90 and PvHsc70 may be as EcR/USP molecular chaperones in P. vicina. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

O proteoma parcial do veneno da vespa Polybia paulista foi previamente relatado em outro lugar usando uma abordagem dependente de gel e resultou na identificação de um número limitado de toxinas do veneno. Aqui, reinvestigamos o veneno de P. paulista usando uma abordagem proteômica shotgun livre de gel; a alta faixa dinâmica desta abordagem facilitou a detecção e identificação de 1673 proteínas, das quais 23 proteínas do veneno apresentaram glicosilação N-ligada como modificação pós-traducional. Três formas moleculares diferentes de PLA1 foram identificadas como proteínas alergênicas, e duas dessas formas foram modificadas por glicosilação N-ligada. Este estudo revela um extenso repertório de proteínas até então não descritas que foram classificadas nos seguintes seis grupos funcionais diferentes: (i) proteínas típicas do veneno; (ii) proteínas relacionadas ao dobramento/conformação e PTMs das toxinas; (iii) proteínas que protegem as toxinas do estresse oxidativo; (iv) proteínas envolvidas na comunicação química; (v) proteínas de manutenção celular; e (vi) proteínas não caracterizadas. Foi possível identificar proteínas semelhantes a toxinas do veneno que são comumente relatadas em outros venenos animais, incluindo artrópodes como aranhas e escorpiões. Assim, os achados relatados aqui podem contribuir para melhorar nossa compreensão da composição do veneno de P. paulista, seu mecanismo de envenenamento e as patologias vivenciadas pela vítima após o acidente de picada da vespa. Significado biológico: O presente estudo expandiu significativamente o número de proteínas identificadas no veneno de P. paulista, contribuindo para melhorias em nossa compreensão do mecanismo de envenenamento produzido por acidentes de picada causados por esta vespa. Por exemplo, novas neurotoxinas de veneno de vespa foram identificadas, mas nenhum estudo avaliou a presença deste tipo de toxina em venenos de vespas sociais. Além disso, 23 proteínas do veneno com glicosilação N-ligada foram identificadas no proteoma do veneno de P. paulista, e algumas dessas proteínas podem ser alérgenos relevantes que são imunorreativos à IgE humana. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Revisiting Polybia paulista wasp venom using shotgun proteomics – Insights into the N-linked glycosylated venom proteins: The partial proteome of Polybia paulista wasp venom was previously reported elsewhere using a gel-dependent approach and resulted in the identification of a limited number of venom toxins. Here, we reinvestigated the P. paulista venom using a gel-free shotgun proteomic approach; the highly dynamic range of this approach facilitated the detection and identification of 1673 proteins, of which 23 venom proteins presented N-linked glycosylation as a posttranslational modification. Three different molecular forms of PLA1 were identified as allergenic proteins, and two of these forms were modified by N-linked glycosylation. This study reveals an extensive repertoire of hitherto undescribed proteins that were classified into the following six different functional groups: (i) typical venom proteins; (ii) proteins related to the folding/conformation and PTMs of toxins; (iii) proteins that protect toxins from oxidative stress; (iv) proteins involved in chemical communication; (v) housekeeping proteins; and (vi) uncharacterized proteins. It was possible to identify venom toxin-like proteins that are commonly reported in other animal venoms, including arthropods such as spiders and scorpions. Thus, the findings reported here may contribute to improving our understanding of the composition of P. paulista venom, its envenoming mechanism and the pathologies experienced by the victim after the wasp stinging accident. Biological significance: The present study significantly expanded the number of proteins identified in P. paulista venom, contributing to improvements in our understanding of the envenoming mechanism produced by sting accidents caused by this wasp. For example, novel wasp venom neurotoxins have been identified, but no studies have assessed the presence of this type of toxin in social wasp venoms. In addition, 23 N-linked glycosylated venom proteins were identified in the P. paulista venom proteome, and some of these proteins might be relevant allergens that are immunoreactive to human IgE. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

O óleo de melaleuca (TTO) é um tipo de extrato vegetal com funções anti-inflamatórias e antitumorais. No entanto, pouco se sabe sobre os efeitos do TTO na imunidade da mucosa intestinal. No presente estudo, noventa leitões desmamados de 21 dias (6,73 ± 0,12 kg) foram divididos aleatoriamente em 5 tratamentos: o controle (CON, alimentado com dietas basais), o tratamento suplementado com antibióticos (ANT, alimentado com dietas suplementadas com antibióticos) e os tratamentos suplementados com TTO em níveis baixo, médio e alto (LTO, MTO e HTO, alimentados com dietas adicionadas de 50 mg/kg, 100 mg/kg e 150 mg/kg de TTO, respectivamente). Após 21 dias de experimento, a suplementação com TTO aumentou o consumo alimentar diário médio (ADFI) (P < 0,05) e mostrou uma tendência de aumento no ganho de peso diário médio (ADG) (0,05 < P < 0,1) dos leitões desmamados. O comprimento das vilosidades do jejuno (P < 0,001) e a razão entre o comprimento das vilosidades e a profundidade da cripta (V/C) de todos os três segmentos do intestino delgado (SI) (P < 0,01) foram melhorados pelos tratamentos com TTO. A suplementação com TTO também aumentou ou levou a uma tendência de aumento nos teores de interleucina (IL)-2 no jejuno (P < 0,05) e no íleo (0,05 < P < 0,1), IL10 no jejuno (0,05 < P < 0,1) e interferon-γ (IFN-γ) no íleo (0,05 < P < 0,1). A expressão gênica de IL1β (P < 0,01) e IL10 (P < 0,01) no jejuno, fator de necrose tumoral-α (TNFα) (P < 0,05) no íleo e ocludina no íleo (P < 0,01) foram todas reguladas positivamente sob os tratamentos com TTO. A suplementação com TTO aumentou a expressão gênica da proteína de choque térmico (Hsp)60 (P < 0,05), Hsp70 (P < 0,01) e Hsp90 (P < 0,001) no jejuno e regulou positivamente a expressão gênica de Hsp70 (P < 0,05) e Hsp90 (P < 0,01) no íleo. Além disso, a suplementação com TTO ativou a sinalização Notch2 no SI (P < 0,05). A suplementação com ANT também pôde melhorar o desenvolvimento intestinal, aumentar a secreção de citocinas, regular positivamente a expressão gênica de proteínas de junção estreita e ativar a expressão gênica da sinalização Notch2 do SI até certo ponto. No entanto, o TTO exibiu efeitos melhores. Em conclusão, a suplementação com TTO pode melhorar a imunidade da mucosa intestinal de leitões desmamados, e os efeitos foram melhores do que os dos antibióticos; esse resultado provavelmente está associado à ativação da sinalização Notch2. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Dietary tea tree oil supplementation improves the intestinal mucosal immunity of weanling piglets: Tea tree oil (TTO) is a kind of plant extract with anti-inflammation and anti-tumor functions. However, little is known about the effects of TTO on intestinal mucosal immunity. In the present study, ninety 21-day-old weanling piglets (6.73 ± 0.12 kg) were randomly divided into 5 treatments, which were the control (CON, feed with basal diets), the antibiotics supplemented treatment (ANT, feed with antibiotics-supplemented diets), and the low-, middle- and high-level TTO-supplemented treatments (LTO, MTO and HTO, feed with 50 mg/kg, 100 mg/kg and 150 mg/kg TTO added diets, respectively). After 21 days of the experiment, TTO supplementation increased the average daily feed intake (ADFI) (P < 0.05) and showed a trend of increased average daily gain (ADG) (0.05<P < 0.1) of the weaned piglets. The villus length of the jejunum (P < 0.001) and the ratio of the villus length versus the crypt depth (V/C) of all of three segments of the small intestine (SI) (P < 0.01) were improved by the TTO treatments. TTO supplementation also increased or led to a trend of increased contents of interleukin(IL)-2 in the jejunum (P < 0.05) and in the ileum (0.05<P < 0.1), IL10 in the jejunum (0.05<P < 0.1) and interferon-γ (IFN-γ) in the ileum (0.05<P < 0.1). The gene expression of IL1β (P < 0.01) and IL10 (P < 0.01) in the jejunum, tumor necrosis factor-α (TNFα) (P < 0.05) in the ileum and occludin in the ileum (P < 0.01) were all upregulated under the TTO treatments. TTO supplementation increased the gene expression of heat shock protein (Hsp)60 (P < 0.05), Hsp70 (P < 0.01) and Hsp90 (P < 0.001) in the jejunum and upregulated the gene expression of Hsp70 (P < 0.05) and Hsp90 (P < 0.01) in the ileum. In addition, TTO supplementation activated Notch2 signaling in the SI (P < 0.05). ANT supplementation could also improve intestinal development, increase cytokines secretion, upregulate the gene expression of tight junction proteins and activate the gene expression of Notch2 signaling of the SI to some extent. However, TTO exhibited better effects. In conclusion, TTO supplementation could improve the intestinal mucosal immunity of weaning piglets, and the effects were better than those of the antibiotics; this outcome was probably associated with the activation of Notch2 signaling. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

O efeito de tolerância cruzada do exercício contra os mecanismos mediados por mitocôndrias cardíacas de controle de qualidade, remodelamento e morte associados ao tratamento subcrônico com Doxorrubicina (DOX) ainda é desconhecido. Portanto, analisamos os efeitos de dois modelos distintos de exercício crônico (treinamento em esteira de resistência - TM e atividade voluntária em roda livre - FW) realizados durante o tratamento subcrônico com DOX na suscetibilidade mitocondrial ao poro de transição de permeabilidade (mPTP), sinalização apoptótica e autofágica e dinâmica mitocondrial. Ratos Sprague-Dawley machos foram divididos em seis grupos (n = 6 por grupo): sedentário com salina (SAL + SED), SAL + TM (esteira por 12 semanas), SAL + FW (roda livre voluntária por 12 semanas), DOX + SED [tratamento subcrônico com DOX por 7 semanas (2 mg kg−1 semana−1)], DOX + TM e DOX + FW. A sinalização apoptótica e regulação do mPTP foram acompanhadas medindo as atividades das caspases 3, 8 e 9, e expressão de Bax, Bcl2, CypD, ANT e ciclofilina. Proteínas relacionadas à dinâmica mitocondrial (Mfn1, Mfn2, OPA1 e DRP1) e auto(mito)fagia (LC3, Beclin1, Pink1, Parkin e p62) foram semiquantificadas. O tratamento com DOX resultou em maior suscetibilidade ao mPTP e sinalização apoptótica (caspases 3, 8 e 9 e razão Bax/Bcl2). Além disso, DOX diminuiu a expressão de proteínas relacionadas à fusão (Mfn1, Mfn2, OPA1), aumentou DRP1 e ativou a sinalização de auto(mito)fagia. TM e FW impediram o aumento da suscetibilidade ao mPTP e sinalização apoptótica induzidos por DOX, alterações na dinâmica mitocondrial e inibiram os aumentos induzidos por DOX na sinalização de auto(mito)fagia. Coletivamente, nossos resultados sugerem que ambos os modelos de exercício crônico utilizados, realizados antes e durante o tratamento subcrônico com DOX, limitam a sinalização apoptótica mediada por mitocôndrias cardíacas e regulam alterações na dinâmica mitocondrial e auto(mito)fagia em animais tratados com DOX. © 2018 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Exercise and Doxorubicin Treatment Modulate Cardiac Mitochondrial Quality Control Signaling: The cross-tolerance effect of exercise against heart mitochondrial-mediated quality control, remodeling and death-related mechanisms associated with sub-chronic Doxorubicin (DOX) treatment is yet unknown. We therefore analyzed the effects of two distinct chronic exercise models (endurance treadmill training—TM and voluntary free wheel activity—FW) performed during the course of the sub-chronic DOX treatment on mitochondrial susceptibility to permeability transition pore (mPTP), apoptotic and autophagic signaling and mitochondrial dynamics. Male Sprague–Dawley rats were divided into six groups (n = 6 per group): saline sedentary (SAL + SED), SAL + TM (12-weeks treadmill), SAL + FW (12-weeks voluntary free-wheel), DOX + SED [7-weeks sub-chronic DOX treatment (2 mg kg−1 week−1)], DOX + TM and DOX + FW. Apoptotic signaling and mPTP regulation were followed by measuring caspase 3, 8 and 9 activities, Bax, Bcl2, CypD, ANT, and cophilin expression. Mitochondrial dynamics (Mfn1, Mfn2, OPA1 and DRP1) and auto(mito)phagy (LC3, Beclin1, Pink1, Parkin and p62)-related proteins were semi-quantified. DOX treatment results in augmented mPTP susceptibility and apoptotic signaling (caspases 3, 8 and 9 and Bax/Bcl2 ratio). Moreover, DOX decreased the expression of fusion-related proteins (Mfn1, Mfn2, OPA1), increased DRP1 and the activation of auto(mito)phagy signaling. TM and FW prevented DOX-increased mPTP susceptibility and apoptotic signaling, alterations in mitochondrial dynamics and inhibits DOX-induced increases in auto(mito)phagy signaling. Collectively, our results suggest that both used chronic exercise models performed before and during the course of sub-chronic DOX treatment limit cardiac mitochondrial-driven apoptotic signaling and regulate alterations in mitochondrial dynamics and auto(mito)phagy in DOX-treated animals. © 2018 Elsevier B.V., All rights reserved.

【Objetivo】A HSP60 é um membro importante das proteínas de choque térmico, que desempenha um papel importante na imunidade inata de insetos, sendo também um fator essencial para o crescimento e desenvolvimento dos insetos. Estudos anteriores comprovaram que a BmHSP60 está envolvida no processo de invasão do nucleopoliedrovírus do bicho-da-seda (BmNPV). O objetivo deste estudo é identificar as proteínas de interação da BmHSP60 e fornecer uma base para explorar ainda mais o mecanismo na imunidade inata de B. mori. 【Método】O vetor de superexpressão de BmHSP60 foi construído e fusionado com a tag Flag para coimunoprecipitação e espectrometria de massa ligada à prata (LC-MS/MS). Após transfecção nas células de B. mori por 48 h, os lisados celulares foram coletados para coimunoprecipitação. O anticorpo foi incubado com as esferas magnéticas para capturar as proteínas de interação. Após coloração com prata, bandas distintas puderam ser detectadas. As faixas diferenciais foram armazenadas a -80℃, e então os peptídeos diferencialmente expressos foram analisados por espectrometria de massa. O tamanho das bandas foi alinhado com o banco de dados do NCBI para triar proteínas candidatas de interação de acordo com os resultados da espectrometria de massa. Finalmente, o vetor de clonagem das proteínas candidatas de interação foi construído e fusionado com a tag HA, e transferido para células de B. mori juntamente com a BmHSP60, respectivamente. Coimunoprecipitação e co-localização por fluorescência confirmaram a interação entre BmHSP60 e as proteínas candidatas. A co-localização das proteínas candidatas de interação com BmHSP60 com as mitocôndrias foi analisada por Mito-Tracker-Green. 【Resultado】A espectrometria de massa mostrou que havia 5 bandas distintas nas proximidades de 110, 90, 75, 60 e 35 kD. Um total de 32 proteínas diferencialmente expressas foram identificadas comparando os resultados da espectrometria de massa ligada à prata com os do banco de dados do genoma do bicho-da-seda e do banco de dados do NCBI. As 5 bandas foram misturadas em um pool de proteínas para espectrometria de massa, e 5 proteínas de interação foram triadas consistentes com as bandas diferenciais na coloração com prata de acordo com o número de peptídeos e peso molecular das proteínas. As proteínas candidatas foram ADP/ATP translocase (ANT), Actina, Alfa-tubulina, Fator de elongação 1-alfa (EF-1α) e HSP90, respectivamente. O vetor de expressão de clonagem da proteína candidata de interação com BmHSP60 foi construído e fusionado com a tag HA, e co-transfectado com BmHSP60 em células de B. mori. A imunoprecipitação (IP) foi incubada com anticorpo α-Flag, o imunoblotting (IB) foi incubado com anticorpo α-Flag, e a expressão de BmHSP60 foi detectada por IP. O IB incubado com anticorpo α-HA mostrou que apenas BmANT e BmHSP90 puderam detectar as bandas correspondentes, enquanto Alfa-tubulina e EF1α não detectaram as bandas correspondentes com BmHSP60, indicando que apenas BmANT e BmHSP90 tiveram interação direta com BmHSP60, e Alfa-tubulina e EF1α não tiveram interação direta com BmHSP60. Análise adicional de co-localização por fluorescência mostrou que BmANT e BmHSP90 puderam co-localizar com BmHSP60 no citoplasma. Os resultados de co-localização com o marcador mitocondrial Mito-Tracker-Green mostraram que BmHSP60, BmANT e BmHSP90 estavam co-localizados com as mitocôndrias. 【Conclusão】A proteína de choque térmico BmHSP60 de B. mori foi identificada como interagindo com BmANT e BmHSP90, e co-localizada nas mitocôndrias. Isso pode ser usado para estudar o mecanismo da BmHSP60 na imunidade antiviral de B. mori. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Screening and identification of candidate proteins interacting with bmhsp60 in the silkworm (bombyx mori): 【Objective】HSP60 is an important member of heat shock proteins, which plays an important role in the innate immunity of insects, and is also an essential factor for insect growth and development. Previous studies have proved that BmHSP60 is involved in the invasion process of Bombyx mori nucleopolyhedrovirus (BmNPV). The objective of this study is to identify the interaction proteins of BmHSP60, and to provide a basis for further exploring the mechanism in the innate immunity of B. mori. 【Method】 BmHSP60 overexpression vector was constructed and fused with the Flag tag for co-immunoprecipitation and silver-linked-mass spectrometry (LC-MS/MS). After transfected into the B. mori cells for 48 h, the cell lysates was collected for co-immunoprecipitation. The antibody was incubated with the magnetic beads to capture the interaction proteins. After silver staining, the distinct bands could be detected. The differential strips were stored at -80℃, and then the differentially expressed peptides were analyzed by mass spectrometry. The size of the bands was aligned with the NCBI database to screen for candidate interaction proteins according to the mass spectrometry results. Finally, the cloning vector of candidate interaction proteins was constructed and fused with HA tag, and transferred into B. mori cells with BmHSP60, respectively. Co-immunoprecipitation and fluorescence co-localization confirmed the interaction between BmHSP60 and candidate proteins. The co-localization of BmHSP60 candidate interaction proteins with mitochondria was analyzed by Mito-Tracker-Green.【Result】Mass spectrometry showed that there were 5 distinct bands in the vicinity of 110, 90, 75, 60 and 35 kD. A total of 32 differentially expressed proteins were identified by comparing the results of silver-linked mass spectrometry with those of silkworm genome database and NCBI database. The 5 bands were mixed into a protein pool for mass spectrometry, and 5 interaction proteins were screened consistent with the differential bands in silver staining according to the number of peptides and molecular weight of proteins. Candidate proteins were ADP/ATP translocase (ANT), Actin, Alpha-tubulin, Elongation factor 1-alpha (EF-1α) and HSP90, respectively. The BmHSP60 candidate interaction protein clone expression vector was constructed and fused with HA tag, and co-transfected with BmHSP60 into B. mori cells. Immunocoprecipitation (IP) was incubated with α-Flag antibody, immunoblotting (IB) was incubated with α-Flag antibody, and BmHSP60 expression was detected by IP. IB incubated with α-HA antibody showed that only BmANT and BmHSP90 could detect the corresponding bands, while Alpha-tubulin and EF1α did not detect the corresponding bands with BmHSP60, indicating that only BmANT and BmHSP90 had direct interaction with BmHSP60, and Alpha-tubulin and EF1α had no direct interaction with BmHSP60. Further analysis of fluorescence co-localization showed that BmANT and BmHSP90 could co-locate with BmHSP60 in cytoplasm. Mitochondrial marker Mito-Tracker-Green co-localization results showed that BmHSP60, BmANT and BmHSP90 were co-localized with mitochondria.【Conclusion】Heat shock protein BmHSP60 of B. mori was identified to interact with BmANT and BmHSP90, and co-localized in mitochondria. It can be used to study the mechanism of BmHSP60 in antiviral immunity of B. mori. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Frequentemente se hipotetiza que os animais empregam uma "resposta ao estresse" generalizada, amplamente mediada por hormônios glicocorticoides (GC), como a corticosterona, para combater condições ambientais desafiadoras. Sob esta hipótese, prediz-se que diversos estressores tenham efeitos concordantes através dos níveis biológicos de um organismo. Testamos a hipótese da resposta generalizada ao estresse em dois experimentos complementares com lagartos-de-cerca-orientais (Sceloporus undulatus) machos juvenis e adultos. Em ambos os experimentos, os animais foram expostos a diversos estressores agudos ecologicamente relevantes (alta temperatura ou formigas-lava-pés, Solenopsis invicta) e examinamos suas respostas em três níveis biológicos: comportamental; fisiológico (endócrino [concentrações plasmáticas de corticosterona e glicose sanguínea] e imunidade inata [complemento e anticorpos naturais]); e respostas celulares (expressão gênica de um painel de cinco proteínas de choque térmico no sangue e fígado) aos 30 ou 90 minutos após o início do estresse. Em ambos os experimentos, observamos grandes diferenças na resposta celular aos dois estressores, o que contrasta com as respostas comportamentais e endócrinas semelhantes. No experimento com adultos para o qual tínhamos dados de imunidade inata, os estressores afetaram a função imunológica independentemente e correlacionaram-se com a CORT em direções opostas. Em conjunto, esses resultados desafiam o conceito de uma resposta generalizada ao estresse. Em vez disso, a resposta ao estresse foi específica do contexto, especialmente no nível celular. Tal especificidade contextual pode explicar por que as tentativas de vincular hormônios GC com história de vida e aptidão têm se mostrado difíceis. Nossos resultados enfatizam a necessidade de indicadores em múltiplos níveis biológicos e exames de estresse em todo o organismo. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Contrasting Responses of Lizards to Divergent Ecological Stressors across Biological Levels of Organization: It is frequently hypothesized that animals employ a generalized "stress response," largely mediated by glucocorticoid (GC) hormones, such as corticosterone, to combat challenging environmental conditions. Under this hypothesis, diverse stressors are predicted to have concordant effects across biological levels of an organism. We tested the generalized stress response hypothesis in two complementary experiments with juvenile and adult male Eastern fence lizards (Sceloporus undulatus). In both experiments, animals were exposed to diverse, ecologically-relevant, acute stressors (high temperature or red imported fire ants, Solenopsis invicta) and we examined their responses at three biological levels: behavioral; physiological (endocrine [plasma corticosterone and blood glucose concentrations] and innate immunity [complement and natural antibodies]); and cellular responses (gene expression of a panel of five heat-shock proteins in blood and liver) at 30 or 90 min post stress initiation. In both experiments, we observed large differences in the cellular response to the two stressors, which contrasts the similar behavioral and endocrine responses. In the adult experiment for which we had innate immune data, the stressors affected immune function independently, and they were correlated with CORT in opposing directions. Taken together, these results challenge the concept of a generalized stress response. Rather, the stress response was context specific, especially at the cellular level. Such context-specificity might explain why attempts to link GC hormones with life history and fitness have proved difficult. Our results emphasize the need for indicators at multiple biological levels and whole-organism examinations of stress. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Compreender como os organismos se adaptam a ambientes extremos é fundamental e pode fornecer estudos de caso perspicazes tanto para a biologia evolutiva quanto para a biologia das mudanças climáticas. Aqui, aproveitamos a vasta diversidade de estilos de vida em formigas para identificar assinaturas genômicas de adaptação a habitats extremos, como a alta altitude. Nossa hipótese era que dois padrões paralelos ocorreriam em um genoma se adaptando a um habitat extremo: 1) seleção positiva forte em genes relacionados à adaptação e 2) relaxamento da seleção purificadora anterior. Testamos esta hipótese sequenciando o especialista de alta altitude Tetramorium alpestre e quatro outras espécies filogeneticamente relacionadas. Em apoio à nossa hipótese, registramos uma forte mudança nas forças seletivas em T. alpestre, em particular uma magnitude mais forte de seleção diversificadora e relaxada quando comparada com todas as outras formigas. Além disso, desvendamos adaptações moleculares candidatas tanto na expressão gênica quanto na sequência codificante de proteínas que foram identificadas por nossas análises em todo o genoma. Em particular, demonstramos que T. alpestre tem 1) um nível mais alto de expressão para stv e outras proteínas de choque térmico em testes de choque pelo frio e 2) aprimoramento enzimático de Hex-T1, uma enzima regulatória limitante da taxa que controla a entrada de glicose na via glicolítica. Juntas, nossas análises destacam as mudanças moleculares adaptativas que sustentam a colonização de ambientes de alta altitude © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Genomic signature of shifts in selection in a subalpine ant and its physiological adaptations: Understanding how organisms adapt to extreme environments is fundamental and can provide insightful case studies for both evolutionary biology and climate-change biology. Here, we take advantage of the vast diversity of lifestyles in ants to identify genomic signatures of adaptation to extreme habitats such as high altitude. We hypothesized two parallel patterns would occur in a genome adapting to an extreme habitat: 1) strong positive selection on genes related to adaptation and 2) a relaxation of previous purifying selection. We tested this hypothesis by sequencing the high-elevation specialist Tetramorium alpestre and four other phylogenetically related species. In support of our hypothesis, we recorded a strong shift of selective forces in T. alpestre, in particular a stronger magnitude of diversifying and relaxed selection when compared with all other ants. We further disentangled candidate molecular adaptations in both gene expression and protein-coding sequence that were identified by our genome-wide analyses. In particular, we demonstrate that T. alpestre has 1) a higher level of expression for stv and other heat-shock proteins in chill-shock tests and 2) enzymatic enhancement of Hex-T1, a rate-limiting regulatory enzyme that controls the entry of glucose into the glycolytic pathway. Together, our analyses highlight the adaptive molecular changes that support colonization of high-altitude environments © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Piolhos-de-cobra são organismos da fauna edáfica e têm sido usados como bioindicadores para avaliação de poluentes no ambiente, pois estão em constante contato com o solo. Este estudo utilizou o piolho-de-cobra Rhinocricus padbergi como substituto para avaliar a toxicidade de dois metal-inseticidas que foram desenvolvidos para o manejo de formigas cortadeiras. Os piolhos-de-cobra foram expostos em terrários contendo diferentes concentrações dos metal-inseticidas e, após períodos de 21 e 90 dias, três indivíduos de cada terrário foram dissecados para remoção do intestino médio, órgão onde ocorre a absorção de nutrientes e, consequentemente, de substâncias tóxicas. A ação tóxica dos metal-inseticidas foi analisada através de análise qualitativa e semiquantitativa de alterações morfofisiológicas e por análise quantitativa da proteína de estresse HSP70. Os resultados mostraram que os metal-inseticidas podem aumentar a marcação de HSP70, embora não em todas as concentrações e períodos de exposição. Alterações histopatológicas não foram significativas em nenhuma concentração, indicando que a ação citoprotetora da HSP70 é capaz de prevenir danos severos ao intestino médio. Portanto, sugere-se que os metal-inseticidas não são tóxicos para a espécie aqui estudada, uma vez que nenhuma toxicidade foi observada nas condições testadas. Além disso, a localização da proteína de estresse no intestino médio ajuda a compreender como os processos morfofisiológicos podem potencialmente ser afetados pela exposição a pesticidas. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Histopatology and HSP70 analysis of the midgut of Rhinocricus padbergi (Diplopoda) in the evaluation of the toxicity of two new metallic-insecticides: Millipedes are organisms of the edaphic fauna and have been used as bioindicators for the evaluation of pollutants in the environment, as they are in constant contact with the soil. This study used the millipede Rhinocricus padbergi as surrogate to evaluate the toxicity of two metallic-insecticides that has been developed for leaf-cutting ants management. Millipedes were exposed in terrariums containing different concentrations of the metallic-insecticides and, after periods of 21 and 90 days, three individuals from each terrarium were dissected in order to remove the midgut, the organ where absorption of nutrients and, consequently, toxic substances occurs. The toxic action of the metallic-insecticides was analyzed through qualitative and semi-quantitative analysis of morphophysiological alterations and by quantitative analysis of the HSP70 stress protein. The results showed that the metallic-insecticides may increase HSP70 labeling, although not at all concentrations and periods of exposure. Histopathological alterations were not significant at any concentration, indicating that the cytoprotective action of HSP70 is able to prevent severe damage to the midgut. It is therefore suggested that the metallic-insecticides are not toxic to the species studied here as no toxicity was observed under the conditions tested. In addition, stress protein localization in midgut helps understand how morphophysiological processes can potentially be affected by pesticide exposure. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A chaperona mitocondrial HSP70 mortalina (HSPA9/GRP75) frequentemente apresenta regulação aumentada e localização inadequada em tumores com desregulação de MEK/ERK. Aqui, demonstramos que a depleção de mortalina pode induzir seletivamente a morte de fibroblastos normais imortalizados IMR90E1A quando combinada com expressão de K-RasG12V, mas não com expressão de K-Ras selvagem, e que a atividade de MEK/ERK dirigida por K-RasG12V é necessária para essa letalidade. Esta morte celular foi atenuada pela redução ou inibição do translocador de nucleotídeos de adenina (ANT), ciclofilina D (CypD) ou uniportador mitocondrial de Ca2+ (MCU), o que implica um mecanismo de morte originado na mitocôndria. De fato, a depleção de mortalina aumentou a permeabilidade da membrana mitocondrial e induziu morte celular em linhagens de adenocarcinoma ductal pancreático humano (PDAC) e câncer de cólon com mutação KRAS, que foram atenuadas pela redução ou inibição de ANT, CypD ou MCU, e ocorreram independentemente de TP53 e p21CIP1. Curiosamente, JG-98, um derivado avançado de MKT-077, reproduziu os efeitos letais da depleção de mortalina em IMR90E1A expressando K-RasG12V e linhagens de células tumorais com mutação KRAS in vitro. Além disso, JG-231, um análogo de JG-98 com estabilidade microsomal melhorada, suprimiu efetivamente o xenotransplante de MIA PaCa-2, uma linhagem de PDAC humano expressando K-RasG12C, em camundongos nus atímicos. Estes dados demonstram que a atividade oncogênica de KRAS sensibiliza as células aos efeitos da depleção de mortalina, sugerindo que a mortalina tem potencial como alvo terapêutico seletivo para tumores com mutação KRAS. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Mortalin/HSPA9 targeting selectively induces KRAS tumor cell death by perturbing mitochondrial membrane permeability: The mitochondrial HSP70 chaperone mortalin (HSPA9/GRP75) is often upregulated and mislocalized in MEK/ERK-deregulated tumors. Here, we show that mortalin depletion can selectively induce death of immortalized normal fibroblasts IMR90E1A when combined with K-RasG12V expression, but not with wild-type K-Ras expression, and that K-RasG12V-driven MEK/ERK activity is necessary for this lethality. This cell death was attenuated by knockdown or inhibition of adenine nucleotide translocase (ANT), cyclophilin D (CypD), or mitochondrial Ca2+ uniporter (MCU), which implicates a mitochondria-originated death mechanism. Indeed, mortalin depletion increased mitochondrial membrane permeability and induced cell death in KRAS-mutated human pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) and colon cancer lines, which were attenuated by knockdown or inhibition of ANT, CypD, or MCU, and occurred independently of TP53 and p21CIP1. Intriguingly, JG-98, an advanced MKT-077 derivative, phenocopied the lethal effects of mortalin depletion in K-RasG12V-expressing IMR90E1A and KRAS-mutated tumor cell lines in vitro. Moreover, JG-231, a JG-98 analog with improved microsomal stability effectively suppressed the xenograft of MIA PaCa-2, a K-RasG12C-expressing human PDAC line, in athymic nude mice. These data demonstrate that oncogenic KRAS activity sensitizes cells to the effects of mortalin depletion, suggesting that mortalin has potential as a selective therapeutic target for KRAS-mutated tumors. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Este estudo avaliou a viabilidade do tratamento com agonista do receptor de glicocorticoides (GRA) como alternativa aos antibióticos na ração (ANT) em suínos do desmame ao término. Um total de 209 leitões foi distribuído em oito tratamentos baseados em um arranjo fatorial, com GRA (+ vs. −; dexametasona, 0,2 mg/kg de peso corporal, PC), ANT (+ vs. −; 110 mg/kg de Tilosina na ração) e sexo (fêmea vs. macho castrado) como fatores principais. A técnica de abate seriado e coleta seriada de sangue foram realizadas em 115 suínos durante a primeira semana pós-desmame para coletar amostras de sangue, tecido e digesta ileal. Amostras fecais foram coletadas para determinar a digestibilidade da energia. Em comparação com ANT, o GRA melhorou mais efetivamente as medidas de inflamação sistêmica, utilização de proteínas e biomarcadores associados à recuperação (p ≤ 0,05). Em relação ao grupo controle, o tratamento com GRA melhorou (p ≤ 0,03) a digestibilidade de nutrientes da dieta em comparação com os suínos controle, o que foi comparável aos efeitos do ANT. Em relação ao grupo controle, todos os grupos apresentaram maior GPD e PC durante a fase inicial (p < 0,01). Semelhante ao grupo ANT, o GRA melhorou a relação ganho:alimento em relação ao grupo controle durante a fase inicial. Em relação aos suínos controle, o PC geral foi maior nos suínos GRA e ANT durante a fase de crescimento ao término (p < 0,01). Coletivamente, estes resultados sugerem que a injeção de GRA melhora o desempenho de crescimento de leitões recém-desmamados ao reduzir a inflamação induzida pelo desmame e melhorar a digestibilidade de nutrientes. O GRA pode ser usado como alternativa ao ANT na ração para mitigar os efeitos do estresse do desmame em suínos. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The effects of a glucocorticoid receptor agonist (GRA) on the immune function, nutrient digestibility, and wean-to-finish growth performance of early-weaned pigs: This study assessed the viability of glucocorticoid receptor agonist (GRA) treatment as an alternative to in-feed antibiotics (ANT) in wean-to-finish pigs. A total of 209 piglets were assigned to eight treatments based on a factorial arrangement, with GRA (+ vs. −; dexamethasone, 0.2 mg/kg body weight, BW), ANT (+ vs. −; 110 mg/kg in-feed Tylosin) and sex (gilt vs. barrow) as the main factors. The serial slaughter technique and serial blood collection were performed on 115 pigs during the first week post-weaning to collect blood, tissue and ileal digesta samples. Fecal samples were collected to determine energy digestibility. In comparison to ANT, GRA more effectively improved the measures of systemic inflammation, protein utilization and recovery-associated biomarkers (p ≤ 0.05). Relative to the control group, GRA treatment improved (p ≤ 0.03) dietary nutrient digestibility relative to control pigs, which was comparable to ANT effects. Relative to the control group, all groups had a higher ADG and BW during the starter phase (p < 0.01). Similar to the ANT group, GRA improved the gain-to-feed ratio relative to the control group during the starter phase. Relative to control pigs, overall BW was higher in GRA and ANT pigs during the grow-to-finish phase (p < 0.01). Collectively, these results suggest that GRA injection improves the growth performance of newly weaned pigs by reducing weaning-induced inflammation and improving nutrient digestibility. GRA can be used as an alternative to in-feed ANT to mitigate the effects of weaning stress on pigs. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A mudança climática é uma séria ameaça à biodiversidade; portanto, é importante entender como os animais reagirão a esse estresse. Ectotérmicos, como formigas, são especialmente sensíveis ao clima, pois a temperatura ambiental influencia inúmeros aspectos de sua biologia, desde o tempo ideal de forrageamento até a taxa de desenvolvimento. Neste estudo, realizamos uma análise de RNA-seq para identificar genes induzidos por estresse na formiga do inverno (Prenolepis imparis). Quantificamos a expressão gênica durante o estresse por calor e frio em relação a uma temperatura controle. De cada uma de nossas condições, sequenciamos o transcriptoma de três indivíduos. Nossa montagem de novo incluiu 13.324 contigs que foram anotados contra os bancos de dados nr e SwissProt. Realizamos análises de ontologia gênica e enriquecimento para obter insights sobre os processos fisiológicos envolvidos na resposta ao estresse. Identificamos um total de 643 genes diferencialmente expressos em ambos os tratamentos. Destes, apenas sete genes foram diferencialmente expressos nas formigas sob estresse frio, o que poderia indicar que a temperatura que escolhemos para os testes não induziu uma forte resposta ao estresse, talvez devido às adaptações ao frio desta espécie. Por outro lado, encontramos uma forte resposta ao calor: 426 genes regulados positivamente e 210 genes regulados negativamente. Destes, dez foram expressos com uma mudança superior a dez vezes em relação ao controle. Os transcritos que pudemos identificar incluíram aqueles que codificam genes de dobramento de proteínas, proteínas de choque térmico, histonas e transporte de íons Ca2+. Um desses transcritos, hsc70-4L, foi encontrado sob seleção positiva. Também caracterizamos as categorias funcionais dos genes diferencialmente expressos. Esses genes candidatos podem ser funcionalmente conservados e relevantes para espécies relacionadas que lidarão com mudanças climáticas rápidas. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Transcriptomic signatures of cold adaptation and heat stress in the winter ant (Prenolepis imparis): Climate change is a serious threat to biodiversity; it is therefore important to understand how animals will react to this stress. Ectotherms, such as ants, are especially sensitive to the climate as the environmental temperature influences myriad aspects of their biology, from optimal foraging time to developmental rate. In this study, we conducted an RNA-seq analysis to identify stress-induced genes in the winter ant (Prenolepis imparis). We quantified gene expression during heat and cold stress relative to a control temperature. From each of our conditions, we sequenced the transcriptome of three individuals. Our de novo assembly included 13,324 contigs that were annotated against the nr and SwissProt databases. We performed gene ontology and enrichment analyses to gain insight into the physiological processes involved in the stress response. We identified a total of 643 differentially expressed genes across both treatments. Of these, only seven genes were differentially expressed in the cold-stressed ants, which could indicate that the temperature we chose for trials did not induce a strong stress response, perhaps due to the cold adaptations of this species. Conversely, we found a strong response to heat: 426 upregulated genes and 210 downregulated genes. Of these, ten were expressed at a greater than ten-fold change relative to the control. The transcripts we could identify included those encoding for protein folding genes, heat shock proteins, histones, and Ca2+ ion transport. One of these transcripts, hsc70-4L was found to be under positive selection. We also characterized the functional categories of differentially expressed genes. These candidate genes may be functionally conserved and relevant for related species that will deal with rapid climate change. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

O estresse térmico é um dos principais fatores de declínio populacional e extinção. Mudanças nos regimes térmicos criam novas condições ambientais, levando à adaptação de características, migração populacional e/ou extinção de espécies. Pesquisas extensivas examinaram adaptações térmicas em artrópodes terrestres. No entanto, pouco se sabe sobre insetos sociais, apesar de seu papel fundamental nos ecossistemas. Somente nos últimos anos as adaptações de insetos sociais ao estresse térmico receberam atenção. Aqui, discutimos o que atualmente se conhece sobre tolerância térmica e adaptação térmica em insetos sociais – especificamente formigas, cupins, abelhas sociais e vespas sociais. Descrevemos as adaptações comportamentais, morfológicas, fisiológicas e moleculares que os insetos sociais evoluíram para lidar com o estresse térmico. Examinamos respostas individuais e coletivas a mudanças térmicas temporárias e persistentes e exploramos até que ponto os indivíduos podem explorar a variabilidade genética para aclimatar. Finalmente, consideramos os custos e benefícios da socialidade diante do estresse térmico, e propomos algumas direções futuras de pesquisa que devem avançar nosso conhecimento sobre adaptações térmicas individuais e coletivas em insetos sociais. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Adaptations to thermal stress in social insects: recent advances and future directions: Thermal stress is a major driver of population declines and extinctions. Shifts in thermal regimes create new environmental conditions, leading to trait adaptation, population migration, and/or species extinction. Extensive research has examined thermal adaptations in terrestrial arthropods. However, little is known about social insects, despite their major role in ecosystems. It is only within the last few years that the adaptations of social insects to thermal stress have received attention. Herein, we discuss what is currently known about thermal tolerance and thermal adaptation in social insects – namely ants, termites, social bees, and social wasps. We describe the behavioural, morphological, physiological, and molecular adaptations that social insects have evolved to cope with thermal stress. We examine individual and collective responses to both temporary and persistent changes in thermal conditions and explore the extent to which individuals can exploit genetic variability to acclimatise. Finally, we consider the costs and benefits of sociality in the face of thermal stress, and we propose some future research directions that should advance our knowledge of individual and collective thermal adaptations in social insects. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Estudos anteriores identificaram o papel do bta-mir-2898 em bovinos. Nosso estudo anterior identificou que o bta-mir-2898 pode ser superexpresso em bovinos mestiços durante o estresse térmico. No entanto, a expressão diferencial do bta-mir-2898 entre bovinos nativos vs mestiços durante o estresse de verão, juntamente com sua correlação com diferentes proteínas de choque térmico (HSPs), ainda não foi estudada. No presente contexto, estudamos a expressão diferencial do bta-mir-2898 entre as raças Frieswal (Bos indicus x Bos taurus) e Sahiwal (Bos indicus) durante uma faixa de temperaturas ambientais do ar e investigamos ainda mais a correlação do bta-mir-2898 com diferentes HSPs (HSP70, HSP90, HSP60, HSF, HSPB8 e HSP27). Observou-se que, na temperatura máxima do ar, o nível relativo de expressão de miRNA (p < 0,05) do bta-mir-2898 foi de 3,4 ± 0,41 e 0,79 ± 0,22 entre Frieswal e Sahiwal, respectivamente. Também observamos níveis significativos (p < 0,05) de abundância de mRNA de HSP70, HSP90, HSPB8 e HSP27 entre as raças. Em todos os casos, o Sahiwal apresentou níveis mais elevados de HSPs em comparação com o Frieswal. Estudos revelaram que o perfil de expressão do bta-mir-2898 foi negativamente correlacionado com a expressão de todas as HSPs durante o estresse térmico em modelo de cultura in vitro de PBMC tratado pós-anti-mir2898 originado de ambas as raças de bovinos Frieswal e Sahiwal. No entanto, correlações negativas significativamente maiores (p < 0,05) foram observadas entre bta-mir-2898 e HSP70, HSP60 e HSPB8. Os presentes achados destacaram o papel preliminar do bta-mir-2898 superexpresso em bovinos durante o estresse térmico e seu impacto em diferentes proteínas de choque térmico. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Expression pattern of bta-mir-2898 miRNA and their correlation with heat shock proteins during summer heat stress among native vs crossbred cattle: Earlier studies identified the role of bta-mir-2898 in bovine. Our earlier study identified that, bta-mir-2898 can be over expressed in crossbred cattle during heat stress. Nevertheless the differential expression of bta-mir-2898 among native vs crossbred cattle during summer stress along with it's correlation with different heat shock proteins (HSPs) is not yet studied. In the present context, we studied the differential expression of bta-mir-2898 among Frieswal (Bos indicus x Bos taurus) and Sahiwal (Bos indicus) breeds of cattle during a range of environmental air temperatures and further investigated the correlation of bta-mir-2898 with different HSPs (HSP70, HSP90, HSP60. HSF, HSPB8 and HSP27). It was observed that, at peak air temperature the relative miRNA expression level (p < 0.05) of bta-mir-2898 was 3.4 ± 0.41 and 0.79 ± 0.22 among Frieswal and Sahiwal, respectively. We also observed significant levels (p < 0.05) of mRNA abundance of HSP70, HSP90, HSPB8 and HSP27 among the breeds. In all the cases Sahiwal found to exhibited higher level of HSPs in comparison to Frieswal. Studies revealed that the expression profile of bta-mir-2898 was negatively correlated with the expression of all the HSPs during thermal stress in post anti-mir2898 treated PBMC invitro cultured model originated from both Frieswal and Sahiwal cattle breeds. However, significantly (p < 0.05) higher negative correlations were observed between bta-mir-2898 and HSP70, HSP60 and HSPB8. Present findings highlighted the preliminary role of overexpressed bta-mir-2898 in cattle during thermal stress and its impact on different heat shock proteins. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

O canal de ânion dependente de voltagem 1 (VDAC1) funciona como uma porina na membrana mitocondrial externa (MME) e desempenha papéis importantes na apoptose celular mediada por mitocôndrias. O VDAC1 interage com uma variedade de proteínas, como proteínas da família Bcl-2, hexose quinase (HK), translocase de nucleotídeos de adenina (ANT) e α-tubulina. No entanto, a associação entre VDAC1 e α-tubulina, particularmente entre VDAC1 e α-tubulina acetilada (Ac-α-tubulina), na apoptose permanece pouco clara. O presente estudo revelou que o inibidor da proteína de choque térmico 90, tanespimicina, induziu a regulação positiva de VDAC1 e a acetilação de α-tubulina durante a apoptose de células Calu-1 no câncer de pulmão humano. A Hsp90 mediou o nível de expressão de VDAC1, e a acetilação de α-tubulina foi potencializada de maneira dependente de α-tubulina acetiltransferase 1 (αTAT1) após um aumento na expressão de VDAC1. Docetaxel, como um inibidor de microtúbulos, aumentou a expressão de Ac-α-tubulina, VDAC1 e Bax induzida por tanespimicina e aumentou o grau de ativação da caspase. Experimentos de imunoprecipitação (IP) revelaram que Ac-α-tubulina, α-tubulina e VDAC1 foram coprecipitadas no complexo de IP, no qual a expressão de α-tubulina foi diminuída e as proteínas VDAC1 foram oligomerizadas, e que a via de sinalização p-Akt/glicogênio sintase quinase 3β (GSK3β) mediou a abertura de VDAC1. Portanto, pode-se afirmar que a acetilação de α-tubulina e a regulação positiva ou oligomerização de VDAC1 induzidas por tanespimicina podem levar à permeabilidade mitocondrial e consequentemente induzir a apoptose de células de câncer de pulmão. Esses achados fornecem evidências para o uso de uma combinação de drogas que têm como alvo VDAC1 e tubulina para induzir a apoptose de células tumorais. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

VDAC upregulation and αTAT1-mediated α-tubulin acetylation contribute to tanespimycin-induced apoptosis in Calu-1 cells: Voltage-dependent anion channel 1 (VDAC1) functions as a porin in the mitochondrial outer membrane (MOM) and plays important roles in mitochondria-mediated cell apoptosis. VDAC1 interacts with a variety of proteins, such as Bcl-2 family proteins, hexose kinase (HK), adenine nucleotide translocase (ANT) and a-tubulin. However, the association between VDAC1 and a-tubulin, particularly between VDAC1 and acetylated a-tubulin (Ac-α-tubulin), in apoptosis remains unclear. The present study revealed that the heat shock protein 90 inhibitor, tanespimycin, induced VDAC1 upregulation and a-tubulin acetylation during Calu-1 cell apoptosis in human lung cancer. Hsp90 mediated the expression level of VDAC1, and the acetylation of a-tubulin was enhanced in an a-tubulin acetyltransferase 1 (αTAT1)-dependent manner following an increase in VDAC1 expression. Docetaxel, as an inhibitor of microtubules, augmented the expression of Ac-α-tubulin, VDAC1 and Bax induced by tanespimycin and increased the degree of caspase activation. Immunoprecipitation (IP) experiments revealed that Ac-α-tubulin, a-tubulin and VDAC1 were co-precipitated in the IP complex, in which a-tubulin expression was decreased and VDAC1 proteins were oligomerized, and that the p-Akt/glycogen synthase kinase 3β (GSK3β) signalling pathway mediated the opening of VDAC1. Therefore, it can be asserted that the acetylation of a-tubulin and VDAC1 upregulation or oligomerization induced by tanespimycin may lead to mitochondrial permeability and consequently induce the apoptosis of lung cancer cells. These findings provide evidence for the use of a combination of drugs that target VDAC1 and tubulin to induce tumour cell apoptosis. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

O antimônio, como o arsênio, é um metaloide tóxico amplamente distribuído no ambiente. A desintoxicação microbiana do antimônio foi recentemente identificada. Aqui descrevemos uma nova ATPase bacteriana do tipo P₁B translocadora de antimonito (Sb(III)) da bactéria de mineração de antimônio Comamonas testosteroni JL40 que confere resistência a Sb(III). Em uma análise proteômica comparativa da linhagem JL40, um operon (operon ant) foi regulado positivamente por Sb(III). O operon ant inclui três genes: antR, antC e antA. AntR pertence à família de proteínas metalorreguladoras ArsR/SmtB que regula a expressão do operon ant. AntA pertence à família P₁B das ATPases translocadoras de cátions do tipo P. Ela apresenta semelhanças e diferenças com outros membros da subfamília P₁B-1 e parece ser o primeiro membro identificado de uma subfamília distinta que designamos P₁B-8. A expressão de AntA em E. coli AW3110 (Δars) conferiu resistência a Sb(III) e reduziu a concentração intracelular de Sb(III), mas não de As(III) ou outros metais. Vesículas de membrana evertidas de células expressando antA acumularam Sb(III) mas não As(III), onde a captação em vesículas evertidas reflete efluxo das células. AntC é uma pequena proteína com um potencial sítio de ligação para Sb(III), e a co-expressão de AntC com AntA aumentou a resistência a Sb(III). Propomos que AntC funciona como uma chaperona de Sb(III) para AntA, aumentando o efluxo de Sb(III). A identificação de uma nova ATPase translocadora de Sb(III) aumenta nossa compreensão da ciclagem biogeoquímica do antimônio ambiental por bactérias. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Comamonas testosteroni antA encodes an antimonite-translocating P-type ATPase: Antimony, like arsenic, is a toxic metalloid widely distributed in the environment. Microbial detoxification of antimony has recently been identified. Here we describe a novel bacterial P<inf>1B</inf>-type antimonite (Sb(III))-translocating ATPase from the antimony-mining bacterium Comamonas testosterone JL40 that confers resistance to Sb(III). In a comparative proteomics analysis of strain JL40, an operon (ant operon) was up-regulated by Sb(III). The ant operon includes three genes, antR, antC and antA. AntR belongs to the ArsR/SmtB family of metalloregulatory proteins that regulates expression of the ant operon. AntA belongs to the P<inf>1B</inf> family of the P-type cation-translocating ATPases. It has both similarities to and differences from other members of the P<inf>1B-1</inf> subfamily and appears to be the first identified member of a distinct subfamily that we designate P<inf>1B-8</inf>. Expression AntA in E. coli AW3110 (Δars) conferred resistance to Sb(III) and reduced the intracellular concentration of Sb(III) but not As(III) or other metals. Everted membrane vesicles from cells expressing antA accumulated Sb(III) but not As(III), where uptake in everted vesicles reflects efflux from cells. AntC is a small protein with a potential Sb(III) binding site, and co-expression of AntC with AntA increased resistance to Sb(III). We propose that AntC functions as an Sb(III) chaperone to AntA, augmenting Sb(III) efflux. The identification of a novel Sb(III)-translocating ATPase enhances our understanding of the biogeochemical cycling of environmental antimony by bacteria. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A resistência terapêutica a um inibidor seletivo de B-Raf (BRAFi) representa um desafio no tratamento de pacientes com melanomas com mutação BRAF. Aqui, relatamos que a interferência de RNA da mortalina (HSPA9/GRP75), uma chaperona molecular mitocondrial frequentemente regulada positivamente e mal localizada no melanoma, pode induzir efetivamente a morte de progênies resistentes ao vemurafenib de linhagens celulares de melanoma humano B-RafV600E, A375 e Colo-829. A depleção de mortalina induziu a morte de células resistentes ao vemurafenib com eficácia semelhante à observada em células parentais virgens de vemurafenib. Essa letalidade foi correlacionada com permeabilidade mitocondrial perturbada e foi atenuada pelo knockdown do translocador de nucleotídeos de adenina (ANT) e ciclofilina D (CypD), os reguladores-chave da permeabilidade mitocondrial. A inibição química de MEK1/2 e ERK1/2 também suprimiu a morte induzida por depleção de mortalina e a permeabilidade mitocondrial nessas células. Esses dados sugerem que a mortalina e MEK/ERK regulam um mecanismo(s) de morte mitocondrial associado a ANT/CypD em células de melanoma B-RafV600E e que essa regulação é conservada mesmo após essas células desenvolverem resistência a BRAFi. Também mostramos que a depleção de mortalina induzida por doxiciclina pode suprimir efetivamente os xenoenxertos da progênie A375 resistente ao vemurafenib em camundongos nus atímicos. Essas descobertas sugerem que a mortalina tem potencial como candidata a alvo terapêutico para tumores com mutação BRAF resistentes a BRAFi. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Mortalin depletion induces MEK/ERK-dependent and ANT/CypD-mediated death in vemurafenib-resistant B-RafV600E melanoma cells: Therapy resistance to a selective B-Raf inhibitor (BRAFi) poses a challenge in treating patients with BRAF-mutant melanomas. Here, we report that RNA interference of mortalin (HSPA9/GRP75), a mitochondrial molecular chaperone often upregulated and mislocalized in melanoma, can effectively induce death of vemurafenib-resistant progenies of human B-RafV600E melanoma cell lines, A375 and Colo-829. Mortalin depletion induced death of vemurafenib-resistant cells at similar efficacy as observed in vemurafenib-naïve parental cells. This lethality was correlated with perturbed mitochondrial permeability and was attenuated by knockdown of adenine nucleotide translocase (ANT) and cyclophilin D (CypD), the key regulators of mitochondrial permeability. Chemical inhibition of MEK1/2 and ERK1/2 also suppressed mortalin depletion-induced death and mitochondrial permeability in these cells. These data suggest that mortalin and MEK/ERK regulate an ANT/CypD-associated mitochondrial death mechanism(s) in B-RafV600E melanoma cells and that this regulation is conserved even after these cells develop BRAFi resistance. We also show that doxycycline-induced mortalin depletion can effectively suppress the xenografts of vemurafenib-resistant A375 progeny in athymic nude mice. These findings suggest that mortalin has potential as a candidate therapeutic target for BRAFi-resistant BRAF-mutant tumors. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

A canalização fundamenta a expressão de fenótipos estáveis face a condições ambientais instáveis ou a diferentes origens genéticas. A chaperona HSP90 foi identificada como um componente-chave da maquinaria molecular que regula a canalização, e um crescente corpo de pesquisa sugere que a HSP90 poderia atuar como um capacitador geral na evolução. No entanto, dados empíricos sobre a variação fenotípica dependente da HSP90 e seu impacto evolutivo ainda são escassos, particularmente para espécies não-modelo. Aqui relatamos como a supressão farmacológica da HSP90 aumenta a variação morfológica em até 87% na formiga invasora Cardiocondyla obscurior. Mostramos que operárias tratadas com o inibidor de HSP90 17-DMAG são significativamente mais diversas em comparação com operárias não tratadas em duas de quatro características medidas: distância máxima dos olhos e distância máxima dos espinhos do propódeo. Adicionalmente, encontramos diferenciação morfológica entre populações naturais de C. obscurior nas mesmas características que responderam ao nosso tratamento farmacológico. Esses achados acrescentam suporte ao impacto putativo da HSP90 na canalização, na modularidade das características fenotípicas e em seu potencial papel na evolução morfológica das formigas. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Inhibition of HSP90 causes morphological variation in the invasive ant Cardiocondyla obscurior: Canalization underlies the expression of steady phenotypes in the face of unsteady environmental conditions or varying genetic backgrounds. The chaperone HSP90 has been identified as a key component of the molecular machinery regulating canalization and a growing body of research suggests that HSP90 could act as a general capacitator in evolution. However, empirical data about HSP90-dependent phenotypic variation and its evolutionary impact is still scarce, particularly for non-model species. Here we report how pharmacological suppression of HSP90 increases morphological variation up to 87% in the invasive ant Cardiocondyla obscurior. We show that workers treated with the HSP90 inhibitor 17-DMAG are significantly more diverse compared to untreated workers in two of four measured traits: maximal eye distance and maximal propodeal spine distance. We further find morphological differentiation between natural populations of C. obscurior in the same traits that responded to our pharmacological treatment. These findings add support for the putative impact of HSP90 on canalization, the modularity of phenotypic traits, and its potential role in morphological evolution of ants. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Introdução: BCL2L13 pertence à superfamília BCL2, com seu produto proteico exibindo capacidade de mediação da apoptose em diversas linhagens celulares. Estudos anteriores demonstraram que BCL2L13 tem consequências funcionais em vários tipos de tumores, incluindo LLA e GBM, porém sua função no câncer renal permanece ainda não esclarecida. Métodos: Múltiplos portais baseados na web foram empregados para analisar o efeito de BCL2L13 no câncer renal utilizando dados do banco de dados TCGA. Análise de enriquecimento funcional e hubs de genes co-expressos com BCL2L13 no carcinoma renal de células claras (ccRCC) e carcinoma renal papilar (pRCC) foram realizados no Cytoscape. A avaliação do nível proteico de BCL2L13 foi realizada através de imuno-histoquímica em seções de tecido renal canceroso embebidas em parafina. Western blotting e citometria de fluxo foram implementados para analisar adicionalmente a função pró-apoptótica de BCL2L13 na linhagem celular de ccRCC 786-0. Resultados: A expressão de BCL2L13 está significativamente diminuída em pacientes com ccRCC e pRCC, porém mutações e alterações no número de cópias são raramente observadas. O prognóstico desfavorável do ccRCC derivado da regulação negativa de BCL2L13 é independente do gênero dos pacientes ou grau do tumor. Adicionalmente, BCL2L13 correlaciona-se apenas fracamente com os genes mutados no câncer renal ou com os genes associados à síndrome de predisposição hereditária ao câncer renal, enquanto correlaciona-se ativamente com SLC25A4. Como um efetor downstream de BCL2L13 em sua via pró-apoptótica, SLC25A4 foi identificado como um dos genes hub envolvidos na função fisiológica de BCL2L13 em tecidos de câncer renal. Conclusões: A regulação negativa de BCL2L13 resulta em prognóstico desfavorável no ccRCC e pRCC. Este fator desvantajoso é independente de quaisquer genes conhecidos relacionados ao câncer renal, portanto BCL2L13 pode ser usado como um indicador efetivo para avaliação prognóstica do carcinoma de células renais. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Down-regulation of BCL2L13 renders poor prognosis in clear cell and papillary renal cell carcinoma: Background: BCL2L13 belongs to the BCL2 super family, with its protein product exhibits capacity of apoptosis-mediating in diversified cell lines. Previous studies have shown that BCL2L13 has functional consequence in several tumor types, including ALL and GBM, however, its function in kidney cancer remains as yet unclearly. Methods: Multiple web-based portals were employed to analyze the effect of BCL2L13 in kidney cancer using the data from TCGA database. Functional enrichment analysis and hubs of BCL2L13 co-expressed genes in clear cell renal cell carcinoma (ccRCC) and papillary renal cell carcinoma (pRCC) were carried out on Cytoscape. Evaluation of BCL2L13 protein level was accomplished through immunohistochemistry on paraffin embedded renal cancer tissue sections. Western blotting and flow cytometry were implemented to further analyze the pro-apoptotic function of BCL2L13 in ccRCC cell line 786-0. Results: BCL2L13 expression is significantly decreased in ccRCC and pRCC patients, however, mutations and copy number alterations are rarely observed. The poor prognosis of ccRCC that derived from down-regulated BCL2L13 is independent of patients’ gender or tumor grade. Furthermore, BCL2L13 only weakly correlates with the genes that mutated in kidney cancer or the genes that associated with inherited kidney cancer predisposing syndrome, while actively correlates with SLC25A4. As a downstream effector of BCL2L13 in its pro-apoptotic pathway, SLC25A4 is found as one of the hub genes that involved in the physiological function of BCL2L13 in kidney cancer tissues. Conclusions: Down-regulation of BCL2L13 renders poor prognosis in ccRCC and pRCC. This disadvantageous factor is independent of any well-known kidney cancer related genes, so BCL2L13 can be used as an effective indicator for prognostic evaluation of renal cell carcinoma. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

As formigas são insetos sociais altamente diversos que vivem em colônias compostas por até milhões de indivíduos com divisão reprodutiva de trabalho. Devido ao interesse em revelar os mecanismos de regulação genética e epigenética subjacentes às distintas trajetórias de desenvolvimento entre castas e divisão de trabalho nas colônias, muitas espécies de formigas foram recentemente estabelecidas como modelos laboratoriais para estudos de desenvolvimento evolutivo e comportamento social. Esses estudos funcionais frequentemente exigem uma quantificação precisa do nível relativo de expressão gênica, que depende de genes de referência expressos de forma estável para normalização. Um conjunto central de genes de referência confiáveis para este propósito, no entanto, ainda não foi estabelecido em formigas. No presente estudo, testamos os padrões de expressão e eficiências de amplificação de 12 genes candidatos abundantemente expressos em Monomorium pharaonis, uma das poucas espécies de formigas adequadas para criação e experimentação laboratorial. Quantificamos os níveis de expressão desses genes por RT-qPCR em sete condições diferentes: desenvolvimento embrionário, desenvolvimento sexual, desenvolvimento de operárias, fenótipos adultos, tecidos e dois tratamentos manipulativos abióticos na formiga-faraó. Finalmente, cinco genes - fator de elongação-1 alfa (EF1A), gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (GAPDH), proteína de ligação à caixa TATA (TATA), cadeia de tubulina gama-2-like (TBLg2) e proteína de choque térmico 67B2-like (HSP67) - foram identificados como os genes de referência mais estáveis nas sete condições. Também identificamos os genes de referência mais estáveis aplicáveis para cada condição distinta e avaliamos o número ideal de genes de referência necessários. Nosso estudo valida genes de referência confiáveis para análise de RT-qPCR que estabelecem a base para estudos futuros na formiga-faraó. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Validation of Potential Reference Genes for Real-Time qPCR Analysis in Pharaoh Ant, Monomorium pharaonis (Hymenoptera: Formicidae): Ants are highly diverse social insects living in colonies consisted of up to millions of individuals with reproductive division of labors. Due to the interests in disclosing the genetic and epigenetic regulation mechanisms underlying the distinct developmental trajectories between castes and division of labor in colonies, many ant species have recently been established as laboratory models for evolutionary development and social behavior studies. These functional studies often request a precise quantification of the relative gene expression level, which relies on a stably expressed reference genes for normalization. A core set of reliable reference genes for this purpose however has not been established yet in ants. In the present study, we tested the expression patterns and amplification efficiencies of 12 abundantly expressed candidate genes in Monomorium pharaonis, one of the few ant species that are suitable for laboratory rearing and experimentation. We quantified the expression levels of these genes by RT-qPCR in seven different conditions: embryo development, sexual development, worker development, adult phenotypes, tissues, and two abiotic manipulative treatments in pharaoh ant. Finally, five genes, elongation factor-1 alpha (EF1A), glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (GAPDH), TATA-box-binding protein (TATA), tubulin gamma-2 chain-like (TBLg2), heat shock protein 67B2-like (HSP67) were found to be the most stable reference genes across seven conditions. We also identified the most stable reference genes applicable for each distinct condition and the optimal number of reference genes entailed were evaluated. Our study validates reliable reference genes for RT-qPCR analysis which lays the foundation for future studies in pharaoh ant. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os resultados do nosso estudo anterior mostraram que a estrutura e função do β-glucano na cevada foram alteradas após fermentação por L. plantarum DY-1. Neste estudo, as atividades antioxidantes de RBG (β-glucano regular da cevada, não fermentado) e FBG (β-glucano da cevada, fermentado com L. plantarum DY-1) foram avaliadas adotando um modelo animal in vivo, Caenorhabditis elegans (C. elegans). Também realizamos um perfil transcricional e metabolômico integrado para RBG e FBG para delinear suas vias de assinatura. O tratamento com RBG tem melhores efeitos na atividade da enzima SOD e nos níveis de ROS do que FBG, enquanto o tratamento com FBG tem melhores efeitos na atividade da enzima CAT e no conteúdo de MDA do que RBG em C. elegans. A análise do grupo de transcrição mostrou que FBG principalmente diminui a expressão do gene Cyp-D para inibir a via de sinalização de cálcio, promove a via de sinalização Wnt por meio da regulação positiva do gene GSK-3β e melhora o dano oxidativo de C. elegans; RBG principalmente inibe as vias de sinalização de cálcio pela redução da expressão dos genes ANT-familia de carreadores de soluto 25, promove vias de ajuste vital pela redução da expressão do gene HSP-12.6 para melhorar o estresse oxidativo de C. elegans. A análise conjunta mostrou que a diferença entre FBG e RBG na regulação do estresse oxidativo é principalmente refletida na via metabólica do ácido araquidônico. Sob a regulação de FBG, a expressão do gene C03H5.4 foi diminuída, a expressão de leucotrieno A4, prostaglandina G2, ácido araquidônico e fosfatidilcolina foi diminuída, e a expressão de 14,15-DiHETrE foi aumentada. Sob a regulação de RBG, a expressão do gene C03H5.4 foi regulada positivamente, a expressão de metabólitos como leucotrieno B4 foi regulada positivamente, e a expressão de ácido araquidônico e fosfatidilcolina foi regulada negativamente. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Integrated transcriptomics and metabolomics unravel the metabolic pathway variations for barley β-glucan before and after fermentation with L. plantarum DY-1: The results of our previous study showed that the structure and function of β-glucan in barley were changed after fermentation by L. plantarum DY-1. In this study, the antioxidant activities of RBG (regular barley β-glucan, unfermented) and FBG (barley β-glucan, fermented with L. plantarum DY-1) were evaluated by adopting an in vivo animal model, Caenorhabditis elegans (C. elegans). We also carried out an integrated transcriptomic and metabolomic profiling for RBG and FBG to delineate their signature pathways. RBG treatment has better effects on SOD enzyme activity and ROS levels than FBG, while FBG treatment has better effects on the CAT enzyme activity and MDA content than RBG in C. elegans. Transcription group analysis showed that FBG mainly decreases the expression of the Cyp-D gene to inhibit the calcium signaling pathway, promotes the Wnt signaling pathway by up-regulating the GSK-3β gene and improving the oxidative damage of C. elegans; RBG mainly inhibits calcium signal pathways by reducing the expression of ANT-solute carrier family 25 genes, promoting life adjustment pathways by reducing the expression of the HSP-12.6 gene to improve the oxidative stress of C. elegans. Joint analysis showed that the difference between FBG and RBG in the regulation of oxidative stress is mainly reflected in the metabolism pathway of arachidonic acid. Under the regulation of FBG, the expression of the C03H5.4 gene was decreased, the expression of leukotriene A4, prostaglandin G2, arachidonic acid and phosphatidylcholine was decreased, and the expression of 14,15-DiHETrE was increased. Under the regulation of RBG, the expression of gene C03H5.4 was up-regulated, the expression of metabolites such as leukotriene B4 was up-regulated, and the expression of arachidonic acid and phosphatidylcholine was down-regulated. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Myzus persicae (M. persicae) é atualmente considerado uma ameaça para culturas agrícolas devido a perdas econômicas. Numerosos inseticidas sintéticos aplicados anualmente contra M. persicae são relatados como inseguros para o meio ambiente, humanos e insetos benéficos. Além disso, várias espécies de Myzus foram encontradas desenvolvendo resistência devido à aplicação excessiva desses inseticidas. Portanto, é necessário encontrar algum inseticida novo que seja seguro para o meio ambiente e para os humanos. No presente estudo, dois constituintes puros principais, α-pineno e β-cariofileno, foram avaliados quanto ao seu potencial inseticida contra M. persicae usando um ensaio de toxicidade por fumigação. Além disso, o impacto do α-pineno e β-cariofileno na expressão de cinco genes diferentes, por exemplo, HSP 60, FPPS I, OSD, TOL e ANT, responsáveis pela reprodução, dispersão e crescimento de M. persicae, também foi investigado. Para realizar o ensaio de toxicidade por fumigação, cinco concentrações diferentes (3,5, 4, 4,5, 5 e 6 μL L−1) de α-pineno e β-cariofileno foram preparadas. A concentração letal (CL) foi calculada, e os estudos de expressão gênica foram executados por meio de qRT PCR na CL₃₀ de α-pineno e β-cariofileno. Ambos os constituintes demonstraram excelentes efeitos de toxicidade por fumigação contra M. persicae em todas as cinco concentrações. No entanto, o α-pineno mostra resultados significativamente melhores (98%) em comparação com o β-cariofileno (80%) após 72 h na dose de 6 μL L−1. A maior regulação positiva na expressão foi demonstrada na dose CL₃₀ de α-pineno em três dos cinco genes em estudo (TOL, ANT e FPPS I). Por outro lado, dois genes HSP 60 e OSD demonstraram regulação negativa na dose CL₃₀ de β-cariofileno. Concluindo, nossos resultados destacaram o promissor potencial inseticida de ambos os compostos α-pineno e β-cariofileno ao interferir nos processos relacionados à reprodução e desenvolvimento em M. persicae, permitindo-nos recomendar os fitoconstituintes em investigação como uma alternativa ecológica aos inseticidas sintéticos. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Insecticidal Potential of α-Pinene and β-Caryophyllene against Myzus persicae and Their Impacts on Gene Expression: Myzus persicae (M. persicae) is now considered a threat to agricultural crops due to economic losses. Numerous synthetic insecticides applied every year against M. persicae, are reported to be unsafe for environment, humans, and beneficial insects. Furthermore, several species of Myzus have been found to develop resistance due to over application of these insecticides. Therefore, it is required to find some novel insecticide that would be safe for the environment as well as for humans. In the current study, two major pure constituents α-pinene and β-caryophyl-lene were evaluated for their insecticidal potential against M. persicae using a fumigant toxicity assay. Further-more, impact of α-pinene and β-caryophyllene on expression of five different genes, e.g., HSP 60, FPPS I, OSD, TOL and ANT responsible for reproduction, dispersion, and growth of M. persicae has also been investi-gated. To perform fumigant toxicity assay, five different concentrations (3.5, 4, 4.5, 5 and 6 μL L−1) of α-pinene and β-caryophyllene were prepared. Lethal concentration (LC) was calculated, and gene expression studies were executed through qRT PCR at LC<inf>30</inf> of α-pinene and β-caryophyllene. Both constituents demonstrated excellent fumigant toxicity effects against M. persicae at all five concentrations. However, α-pinene shows significantly bet-ter results (98%) as compared to β-caryophyllene (80%) after 72 h at 6 μL L−1 of dose. The highest upregulation in expression was demonstrated at LC<inf>30</inf> dose of α-pinene in five in three out of five genes understudy (TOL, ANT, and FPPS I). Conversely, two genes HSP 60 and OSD demonstrated downregulation at LC<inf>30</inf> dose of β-caryophyl-lene. Conclusively, our results highlighted the promising insecticidal potential of both compounds α-pinene and β-caryophylleneby interfering with the reproduction and development related processes in M. persicae, allowing us to recommend the phytoconstituents under investigation as an ecofriendly alternative to synthetic insecticides. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Fêmeas reprodutivas de insetos eussociais apresentam vida útil notavelmente mais longa do que operárias não reprodutivas, apesar da alta similaridade genética. Na formiga Harpegnathos saltator (Hsal), operárias podem transicionar para "gamergatas" reprodutivas, adquirindo uma vida útil cinco vezes mais prolongada por mecanismos pouco compreendidos. Descobrimos que gamergatas possuem expressão elevada de genes de resposta ao choque térmico (HSR) na ausência de estresse térmico e sobrevivência aprimorada sob estresse térmico. Esta elevação dos genes HSR é impulsionada em parte pela regulação positiva específica de gamergatas do gene que codifica uma forma truncada de um fator de choque térmico mais similar ao HSF2 de mamíferos (hsalHSF2). Em operárias, hsalHSF2 ligava-se ao DNA apenas sob estresse térmico. Em gamergatas, hsalHSF2 ligava-se ao DNA mesmo na ausência de estresse térmico e estava localizado em genes HSR com viés para gamergatas. A expressão de hsalHSF2 em Drosophila melanogaster levou à sobrevivência aprimorada ao choque térmico e vida útil estendida na ausência de estresse térmico. A caracterização molecular iluminou múltiplos paralelos entre moscas de vida longa e gamergatas, ressaltando a centralidade de hsalHSF2 para a vida útil estendida das formigas. Portanto, a resiliência ao estresse térmico específica da casta das formigas e a longevidade estendida podem ser transferidas para moscas via hsalHSF2. Estes achados reforçam o papel crítico da proteostase na saúde e envelhecimento e revelam novos mecanismos subjacentes à extensão facultativa da vida útil em formigas. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Long ant life span is maintained by a unique heat shock factor: Eusocial insect reproductive females show strikingly longer life spans than nonreproductive female workers despite high genetic similarity. In the ant Harpegnathos saltator (Hsal), workers can transition to reproductive “gamergates,” acquiring a fivefold prolonged life span by mechanisms that are poorly understood. We found that gamergates have elevated expression of heat shock response (HSR) genes in the absence of heat stress and enhanced survival with heat stress. This HSR gene elevation is driven in part by gamergate-specific up-regulation of the gene encoding a truncated form of a heat shock factor most similar to mammalian HSF2 (hsalHSF2). In workers, hsalHSF2 was bound to DNA only upon heat stress. In gamergates, hsalHSF2 bound to DNA even in the absence of heat stress and was localized to gamergate-biased HSR genes. Expression of hsalHSF2 in Drosophila melanogaster led to enhanced heat shock survival and extended life span in the absence of heat stress. Molecular characterization illuminated multiple parallels between long-lived flies and gamergates, underscoring the centrality of hsalHSF2 to extended ant life span. Hence, ant caste-specific heat stress resilience and extended longevity can be transferred to flies via hsalHSF2. These findings reinforce the critical role of proteostasis in health and aging and reveal novel mechanisms underlying facultative life span extension in ants. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A formiga-lava-pés (RIFA), Solenopsis invicta Buren é nativa da América do Sul e é conhecida como uma espécie invasora problemática global. Este estudo focou na resposta molecular da RIFA comparando perfis de expressão gênica após expor as formigas a estresse térmico baixo (10 °C) e alto (40 °C) e comparando-os com controles não tratados (30 °C). Um total de 99.085 unigenes (transcritos não redundantes agrupados que são filtrados dos contigs montados mais longos) foi obtido, dos quais 19.154 foram anotados com descrições gênicas, termos de ontologia gênica e vias metabólicas. Resultaram 86 subgrupos funcionais de ontologia gênica (GO) e 23 termos EggNOG. Genes diferencialmente expressos (DEGs) com log₂FC ≥ 10 foram triados e comparados em diferentes temperaturas. Encontramos 203, 48 e 66 DEGs específicos co-regulados a 10, 20 e 40 °C. A comparação de perfis transcriptômicos para expressão gênica diferencial resultou em vários genes DE, incluindo citocromo P450, subunidade 1 da NADH desidrogenase, proteína da cutícula e proteína de choque térmico (HSP), que foram previamente relatados como envolvidos na resistência ao frio e a altas temperaturas. A análise GO revelou que a atividade antioxidante é regulada positivamente sob estresse de alta temperatura. Verificamos os dados de RNA-seq por qPCR em 20 DEGs regulados positivamente e negativamente. Estes achados fornecem uma base para a compreensão futura dos mecanismos de adaptação da RIFA e dos mecanismos moleculares subjacentes à resposta a temperaturas baixas e altas. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Comparison of gene expression in the red imported fire ant (Solenopsis invicta) under different temperature conditions: The red imported fire ant (RIFA), Solenopsis invicta Buren is native to South America and is known as a global problematic invasive species. This study focused on the molecular response of RIFA by comparing gene expression profiles after exposing ants to low (10 °C) and high (40 °C) temperature stress and comparing them to untreated controls (30 °C). A total of 99,085 unigenes (the clustered non-redundant transcripts that are filtered from the longest assembled contigs) were obtained, of which 19,154 were annotated with gene descriptions, gene ontology terms, and metabolic pathways. 86 gene ontology (GO) functional sub-groups and 23 EggNOG terms resulted. Differentially expressed genes (DEGs) with log<inf>2</inf>FC ≥ 10 were screened and were compared at different temperatures. We found 203, 48, and 66 specific DEGs co-regulated at 10, 20, and 40 °C. Comparing transcriptome profiles for differential gene expression resulted in various DE genes, including cytochrome P450, NADH dehydrogenase subunit 1, cuticle protein and heat shock protein (HSP), which have previously been reported to be involved in cold and high temperature resistance. GO analysis revealed that antioxidant activity is up-regulated under high temperature stress. We verified the RNA-seq data by qPCR on 20 up- and down-regulated DEGs. These findings provide a basis for future understanding of the adaptation mechanisms of RIFA and the molecular mechanisms underlying the response to low and high temperatures. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aumento da poluição marinha tornou necessária a utilização de um sistema de energia híbrido para embarcações (HSPS) utilizando fontes convencionais de energia juntamente com energia solar, energia das ondas do mar (SWE) e sistemas de armazenamento de energia (ESSs), o qual é considerado neste estudo. Este artigo propõe uma técnica de controle coordenado híbrido PI de ordem fracionária fuzzy-PID de ordem fracionária (FFOPI-FOPID) otimizada por algoritmo de salpa (SSA) para minimizar os desvios de frequência decorrentes de variações de carga no HSPS. A precedência do SSA é primeiramente estabelecida comparando seu desempenho com outros algoritmos propostos, como Evolução Diferencial (DE), Otimização Multiverso (MVO), Otimização Formiga-leão (ALO), Algoritmo Seno-cosseno (SCA) e Otimização Gafanhoto (GOA), e então a eminência do controle FFOPI-FOPID sintonizado por SSA é avaliada comparando seu desempenho com outras estruturas de controle sintonizadas por SSA. A proposição deste estudo demonstra-se robusta e estável sob os efeitos de atraso de transporte, variações paramétricas e perturbações aleatórias de carga. A ferramenta de software MATLAB® é utilizada para executar as simulações. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

A coordinated control strategy for frequency regulation in hybrid shipboard power system using novel salp swarm algorithm tuned fractional controller: Increased marine pollution necessitated the use of a hybrid ship power system (HSPS) utilising conventional sources of energy along with solar energy, sea wave energy (SWE) and energy storage systems (ESSs) and is considered for this study. This paper proposes a salp-swarm algorithm (SSA) optimised hybrid fuzzy fractional order PI-fractional order PID (FFOPI-FOPID) coordinated control technique for minimising frequency deviations arising out of load variations in HSPS. The precedence of SSA is firstly established by comparing its performance with other proposed algorithms such as Differential-Evolution (DE), Multi-verse optimisation (MVO), Ant-lion optimisation (ALO), Sine-cosine algorithm (SCA), and Grasshopper optimisation (GOA) and then the eminence of SSA tuned FFOPI-FOPID control is evaluated by comparing its performance with SSA tuned other control structures. The proposition in this study is proved robust, and stable under the effects of transport delay, parametric variations, and random load perturbations. MATLAB® software tool is used for executing simulations. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Prescrições excessivas de antibióticos, bem como seu uso indevido na agricultura, são as principais causas da resistência antimicrobiana, que representa uma ameaça crescente à saúde pública. Isso torna necessária a busca por novos produtos químicos para combater a resistência aos medicamentos. Desde os tempos antigos, medicamentos de origem natural têm sido empregados, e a enorme variedade de produtos químicos bioativos encontrados na natureza há muito serve como inspiração para pesquisadores que buscam possíveis terapêuticas. Metabólitos secundários de microrganismos, particularmente aqueles de actinomicetos, tornaram incrivelmente fácil a descoberta de novas moléculas. Diferentes espécies de actinomicetos representam mais de 70% dos antibióticos naturalmente gerados atualmente usados na medicina, e também produzem uma variedade de metabólitos secundários, incluindo pigmentos, enzimas e compostos anti-inflamatórios. Eles continuam sendo uma fonte crucial de nova diversidade química e um componente essencial da descoberta de medicamentos. Esta revisão resume algumas fontes incomuns de metabólitos antifúngicos e destaca a importância de mais pesquisas sobre esses habitats incomuns como fonte de novas moléculas antimicrobianas. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Antifungal metabolites, their novel sources, and targets to combat drug resistance: Excessive antibiotic prescriptions as well as their misuse in agriculture are the main causes of antimicrobial resistance which poses a growing threat to public health. It necessitates the search for novel chemicals to combat drug resistance. Since ancient times, naturally occurring medicines have been employed and the enormous variety of bioactive chemicals found in nature has long served as an inspiration for researchers looking for possible therapeutics. Secondary metabolites from microorganisms, particularly those from actinomycetes, have made it incredibly easy to find new molecules. Different actinomycetes species account for more than 70% of naturally generated antibiotics currently used in medicine, and they also produce a variety of secondary metabolites, including pigments, enzymes, and anti-inflammatory compounds. They continue to be a crucial source of fresh chemical diversity and a crucial component of drug discovery. This review summarizes some uncommon sources of antifungal metabolites and highlights the importance of further research on these unusual habitats as a source of novel antimicrobial molecules. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A formação do poro de transição de permeabilidade mitocondrial (MPTP) contribui para a lesão de isquemia-reperfusão no coração e várias doenças degenerativas, incluindo a distrofia muscular (DM). A DM é uma família de distúrbios genéticos caracterizados por necrose muscular progressiva e morte prematura. Foi proposto que o MPTP possui dois componentes moleculares: a família de proteínas da translocase de nucleotídeos de adenina (ANT) e um componente desconhecido que requer a chaperona ciclofilina D (CypD) para ativação. Este modelo foi examinado in vivo pela deleção do gene que codifica a ANT1 (Slc25a4) ou CypD (Ppif) em um modelo de camundongo com deleção do gene da sarcoglicana-δ (Sgcd) de DM, revelando que camundongos distróficos sem Slc25a4 foram parcialmente protegidos da morte celular e da patologia da DM. Camundongos distróficos sem Slc25a4 e Ppif juntos foram quase completamente protegidos da morte celular necrótica e da doença da DM. Este estudo fornece evidência direta de que ANT1 e CypD são componentes necessários do MPTP que governam a morte celular in vivo, sugerindo uma abordagem terapêutica não reconhecida anteriormente na DM e outras doenças necróticas. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

ANT-dependent MPTP underlies necrotic myofiber death in muscular dystrophy: Mitochondrial permeability transition pore (MPTP) formation contributes to ischemia-reperfusion injury in the heart and several degenerative diseases, including muscular dystrophy (MD). MD is a family of genetic disorders characterized by progressive muscle necrosis and premature death. It has been proposed that the MPTP has two molecular components, the adenine nucleotide translocase (ANT) family of proteins and an unknown component that requires the chaperone cyclophilin D (CypD) to activate. This model was examined in vivo by deleting the gene encoding ANT1 (Slc25a4) or CypD (Ppif ) in a -sarcoglycan (Sgcd) gene-deleted mouse model of MD, revealing that dystrophic mice lacking Slc25a4 were partially protected from cell death and MD pathology. Dystrophic mice lacking both Slc25a4 and Ppif together were almost completely protected from necrotic cell death and MD disease. This study provides direct evidence that ANT1 and CypD are required MPTP components governing in vivo cell death, suggesting a previously unrecognized therapeutic approach in MD and other necrotic diseases. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A resistência do câncer à terapia ainda é um problema científico e clínico não resolvido. Em 2022, as características do câncer foram expandidas para incluir quatro novos aspectos, incluindo a senescência celular. A senescência induzida por terapia (SIT) é uma resposta baseada em estressores aos métodos convencionais de tratamento, por exemplo, quimio e radioterapia, mas também a terapias direcionadas não convencionais. Como a SIT reforça a resistência nos cânceres, novas estratégias para sensibilizar as células cancerosas à terapia estão sendo adotadas. Estas incluem a macroautofagia como um alvo potencial para inibição devido ao seu potencial papel citoprotetor em muitos cânceres. O mecanismo dos inibidores da autofagia em estágio tardio baseia-se no bloqueio da formação do autofagolisossomo ou no aumento do pH lisossomal, resultando na degradação prejudicada da carga. Tais inibidores são candidatos relevantes para aumentar a eficácia da terapia anticâncer. Em particular, derivados da 4-aminoquinolina: cloroquina/hidroxicloroquina (CQ/HCQ) foram testados em múltiplos ensaios clínicos em combinação com medicamentos anticâncer indutores de senescência. Nesta revisão, resumimos as propriedades de inibidores tardios da autofagia selecionados e seu papel na regulação da autofagia e do fenótipo celular senescente em modelos de câncer in vitro e in vivo, bem como a resposta ao tratamento em ensaios clínicos com pacientes oncológicos. Adicionalmente, destacamos que, embora esses compostos aumentem a eficácia do tratamento em alguns casos, seu uso prático pode ser dificultado devido à toxicidade sistêmica, ambiente hipóxico, efeitos inibitórios dependentes de dose e tempo, bem como uma possível contribuição para a evasão da SIT. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Risk factors of using late-autophagy inhibitors: Aspects to consider when combined with anticancer therapies: Cancer resistance to therapy is still an unsolved scientific and clinical problem. In 2022, the hallmarks of cancer have been expanded to include four new features, including cellular senescence. Therapy-induced senescence (TIS) is a stressor-based response to conventional treatment methods, e.g. chemo- and radiotherapy, but also to non-conventional targeted therapies. Since TIS reinforces resistance in cancers, new strategies for sensitizing cancer cells to therapy are being adopted. These include macroautophagy as a potential target for inhibition due to its potential cytoprotective role in many cancers. The mechanism of late-stage autophagy inhibitors is based on blockage of autophagolysosome formation or an increase in lysosomal pH, resulting in disrupted cargo degradation. Such inhibitors are relevant candidates for increasing anticancer therapy effectiveness. In particular, 4-aminoquoline derivatives: chloroquine/hydroxychloroquine (CQ/HCQ) have been tested in multiple clinical trials in combination with senescence-inducing anti-cancer drugs. In this review, we summarize the properties of selected late-autophagy inhibitors and their role in the regulation of autophagy and senescent cell phenotype in vitro and in vivo models of cancer as well as treatment response in clinical trials on oncological patients. Additionally, we point out that, although these compounds increase the effectiveness of treatment in some cases, their practical usage might be hindered due to systemic toxicity, hypoxic environment, dose- ant time-dependent inhibitory effects, as well as a possible contribution to escaping from TIS. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

As proteínas de choque térmico (HSPs), particularmente a HSP-70, são críticas para a adaptação de insetos sob estresse ambiental extremo. Este estudo avaliou a expressão gênica da HSP-70 em três espécies de insetos - Apis mellifera (abelha), Camponotus xerxes (formiga) e Musca domestica (mosca-doméstica) - submetidas a estresse térmico (45°C, 50°C, 55°C) e frio extremo (nitrogênio líquido, −96°C). A expressão gênica foi medida usando RT-PCR, e as mudanças relativas foram calculadas em relação aos grupos controle. Em A. mellifera, a expressão de HSP-70 aumentou de uma linha de base de 1,54 vezes nos controles para 3,00, 3,30 e 6,09 vezes a 45°C, 50°C e 55°C, respectivamente; a exposição ao nitrogênio líquido induziu um aumento de 4,41 vezes. Em C. xerxes, a expressão aumentou de 1,03 vezes (controle) para 3,07 vezes, 3,67 e 7,69 vezes com temperaturas crescentes, enquanto a exposição ao nitrogênio levou a um aumento de 5,61 vezes. M. domestica exibiu a maior expressão a 55°C (5,62 vezes) e após exposição ao nitrogênio (4,94 vezes), comparado a 1,01 vezes nos controles, embora a expressão a 45°C e 50°C tenha sido menor (2,04 e 1,91 vezes, respectivamente). Os resultados indicaram que todas as três espécies regulam positivamente a HSP-70 em resposta ao estresse térmico e frio, com a maior expressão observada a 55°C e na exposição ao nitrogênio líquido. Notavelmente, C. xerxes mostrou a resposta mais forte induzida pelo calor, enquanto M. domestica exibiu expressão pronunciada sob calor e frio, sugerindo adaptação térmica robusta. Esses achados destacam a dinâmica espécie-específica da regulação da HSP-70 e seu papel fundamental na proteção celular e sobrevivência sob condições ambientais extremas. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Study of gene expression of Heat shock proteins HSP-70 and some physiological and immunological aspects of three types of heat-tolerant and non-tolerant insects: Heat shock proteins (HSPs), particularly HSP-70, are critical to insect adaptation under extreme environmental stress. This study evaluated HSP-70 gene expression in three insect species-Apis mellifera (honeybee), Camponotus xerxes (ant), and Musca domestica (housefly)-subjected to heat stress (45°C, 50°C, 55°C) and extreme cold (liquid nitrogen, −96°C). Gene expression was measured using RT-PCR, and fold changes were calculated relative to the control groups. In A. mellifera, HSP-70 expression increased from a baseline of 1.54-fold in controls to 3.00-, 3.30-, and 6.09-fold at 45°C, 50°C, and 55°C, respectively; exposure to liquid nitrogen induced a 4.41-fold increase. In C. xerxes, expression rose from 1.03-fold (control) to 3.07-fold, 3.67, and 7.69-fold with increasing temperatures, while nitrogen exposure led to a 5.61-fold rise. M. domestica exhibited the highest expression at 55°C (5.62-fold) and after nitrogen exposure (4.94-fold), compared to 1.01-fold in controls, although expression at 45°C and 50°C was lower (2.04-and 1.91-fold, respectively).The results indicated that all three species upregulate HSP-70 in response to thermal and cold stress, with the greatest expression observed at 55°C and upon exposure to liquid nitrogen. Notably, C. xerxes showed the strongest heat-induced response, while M. domestica exhibited pronounced expression under both heat and cold, suggesting robust thermal adaptation. These findings underscore the species-specific dynamics of HSP-70 regulation and its pivotal role in cellular protection and survival under extreme environmental conditions. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A colite ulcerativa é um distúrbio inflamatório crônico idiopático. A ruptura da barreira epitelial intestinal causada pela apoptose excessiva das células epiteliais intestinais é um fator pivotal na etiologia e patologia. A via mitocondrial é o modo de apoptose mais significativo das células epiteliais intestinais, que era regulado pelo poro de transição de permeabilidade mitocondrial (mPTP). No entanto, o mecanismo preciso permanece elusivo. Como uma molécula crucial no combate ao estresse e manutenção da homeostase mitocondrial, a proteína de choque térmico 75 (HSP75) pode desempenhar um papel vital na regulação da abertura do mPTP. Em nossa pesquisa, constatamos que a HSP75 estava significativamente diminuída na mucosa intestinal de pacientes com CU e camundongos com colite experimental, concomitantemente com a ruptura da barreira epitelial intestinal. Além disso, uma correlação negativa entre HSP75 e a abertura do mPTP, apoptose mediada por mitocôndrias e ruptura da barreira epitelial intestinal foi demonstrada in vivo e in vitro. Em segundo lugar, o nível de HSP75 está negativamente correlacionado com a expressão de ANT, VDAC e PiC, que são considerados componentes do mPTP. No entanto, o CypD não é afetado pela HSP75. Finalmente, a HSP75 alterou a síntese de ANT, VDAC, PiC e a modificação de acetilação da ANT, mas não há interação direta entre HSP75 e as proteínas componentes do mPTP. Em conclusão, o presente estudo demonstrou que a HSP75 diminuiu significativamente na mucosa intestinal da CU, e revelou preliminarmente um novo mecanismo da HSP75 regulando a síntese e abertura do mPTP nas células epiteliais intestinais (IECs) da CU, sugerindo que a suplementação direcionada de HSP75 na mucosa intestinal é esperada para reverter o processo patológico. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Diminution of HSP75 disrupts intestinal epithelial barrier by inciting mPTP opening in ulcerative colitis: Ulcerative colitis is an idiopathic, chronic inflammatory disorder. The disruption of intestinal epithelial barrier caused by excessive apoptosis of intestinal epithelial cells is a pivotal factor in the etiology and pathology. The mitochondrial pathway is the most significant apoptosis mode of intestinal epithelial cells, which was regulated by the mitochondrial permeability transition pore(mPTP). However, the precise mechanism remains elusive. As a crucial molecule in combating stress and maintaining mitochondrial homeostasis, the heat shock protein 75(HSP75) may play a vital role in regulating the openness of the mPTP. In our research, we ascertained that HSP75 was significantly diminished in the intestinal mucosal of UC patients and experimental colitis mice, concomitantly with the disruption of intestinal epithelial barrier. Furthermore, a negative correlation between HSP75 and the openness of mPTP, mitochondrial-driven apoptosis, and disruption of intestinal epithelial barrier has been demonstrated in vivo and vitro. Secondly, HSP75 level is negatively correlated with the expression of ANT, VDAC, and PiC, which considered to be the components of mPTP. However, the CypD is unaffected by HSP75. Finally, HSP75 altered the synthesis of ANT, VDAC, PiC and the acetylation modification of ANT, but there is no direct interaction between HSP75 and mPTP component proteins. In conclusion, the present study demonstrated that HSP75 significantly decreased in the intestinal mucosa of UC, and preliminarily revealed a novel mechanism of HSP75 regulating the synthesis and openness of mPTP in the intestinal epithelial cells(IECs) of UC, suggesting that the targeted intestinal mucosa supplementation of HSP75 is anticipated to reverse the pathological process. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A demonstração de que a F-ATP sintase e a translocase de nucleotídeos de adenina (ANT) podem formar canais de alta condutância ativados por Ca2+ na membrana interna de mitocôndrias de vários eucariotos renovou o interesse na transição de permeabilidade (PT), um aumento de permeabilidade mediado pelo poro de PT (PTP). A PT é um aumento de permeabilidade dependente de Ca2+ na membrana mitocondrial interna cuja função e mecanismos moleculares subjacentes têm desafiado cientistas nos últimos 70 anos. Embora a maior parte do nosso conhecimento sobre o PTP venha de estudos em mamíferos, dados recentes obtidos em outras espécies destacaram diferenças substanciais que poderiam ser talvez atribuídas a características específicas da F-ATP sintase e/ou ANT. Surpreendentemente, o camarão-de-salmoura Artemia franciscana, tolerante à anóxia e ao sal, não sofre uma PT apesar de sua capacidade de captar e armazenar Ca2+ em mitocôndrias, e a Drosophila melanogaster resistente à anóxia exibe um canal seletivo de liberação de Ca2+ induzido por Ca2+ de baixa condutância, em vez de um PTP. Em mamíferos, a PT fornece um mecanismo para a liberação de citocromo c e outras proteínas pró-apoptóticas e media várias formas de morte celular. Nesta revisão, cobrimos as características da PT (ou ausência dela) em mamíferos, levedura, Drosophila melanogaster, Artemia franciscana e Caenorhabditis elegans, e discutimos a presença da via intrínseca de apoptose e de outras formas de morte celular. Esperamos que este exercício possa ajudar a elucidar a(s) função(ões) da PT e seu possível papel na evolução e inspirar mais testes para definir sua natureza molecular. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The Haves and Have-Nots: The Mitochondrial Permeability Transition Pore across Species: The demonstration that F<inf>1</inf>F<inf>O</inf> (F)-ATP synthase and adenine nucleotide translocase (ANT) can form Ca2+-activated, high-conductance channels in the inner membrane of mitochondria from a variety of eukaryotes led to renewed interest in the permeability transition (PT), a permeability increase mediated by the PT pore (PTP). The PT is a Ca2+-dependent permeability increase in the inner mitochondrial membrane whose function and underlying molecular mechanisms have challenged scientists for the last 70 years. Although most of our knowledge about the PTP comes from studies in mammals, recent data obtained in other species highlighted substantial differences that could be perhaps attributed to specific features of F-ATP synthase and/or ANT. Strikingly, the anoxia and salt-tolerant brine shrimp Artemia franciscana does not undergo a PT in spite of its ability to take up and store Ca2+ in mitochondria, and the anoxia-resistant Drosophila melanogaster displays a low-conductance, selective Ca2+-induced Ca2+ release channel rather than a PTP. In mammals, the PT provides a mechanism for the release of cytochrome c and other proapoptotic proteins and mediates various forms of cell death. In this review, we cover the features of the PT (or lack thereof) in mammals, yeast, Drosophila melanogaster, Artemia franciscana and Caenorhabditis elegans, and we discuss the presence of the intrinsic pathway of apoptosis and of other forms of cell death. We hope that this exercise may help elucidate the function(s) of the PT and its possible role in evolution and inspire further tests to define its molecular nature. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Rainhas de formigas podem manter um grande número de espermatozoides por mais de uma década após o acasalamento no início de suas vidas adultas até sua morte. Esta capacidade de armazenamento espermático é notável; no entanto, os mecanismos celulares envolvidos permanecem pouco claros. Os espermatozoides são mantidos no órgão feminino de armazenamento espermático - a espermateca - que fornece um ambiente adequado para os espermatozoides. Para revelar a base molecular dos mecanismos de armazenamento espermático de longo prazo em rainhas de formigas, perfis proteicos enriquecidos no fluido espermatecal em relação à hemolinfa foram identificados em Lasius japonicus usando tecnologia de proteômica quantitativa baseada em aquisição independente de dados. Proteínas relacionadas à matriz extracelular, antioxidantes, vias metabólicas, proteases, chaperonas e com funções não caracterizadas foram especialmente abundantes com valores de razão logarítmica mais altos no fluido espermatecal em relação à hemolinfa. Essas proteínas enriquecidas foram compartilhadas com genes altamente expressos previamente detectados por análises de transcriptoma da espermateca em rainhas de Crematogaster osakensis, que pertence a uma subfamília diferente de L. japonicus. É provável que a capacidade de armazenamento espermático de longo prazo tenha evoluído previamente na linhagem das formigas. Portanto, as proteínas comuns identificadas nessas duas espécies de formigas são possivelmente cruciais para essa capacidade. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Proteomic analysis of spermathecal fluid reveals factors related to long-term sperm storage in ant queens: Ant queens can maintain a large number of sperm cells for over a decade after mating at the beginning of their adult lives until they die. This sperm storage ability is prominent; however, the cellular mechanisms involved remain unclear. Sperm cells are maintained in the female sperm storage organ—the spermatheca—which supplies a suitable environment for sperm cells. To reveal the molecular basis of the long-term sperm storage mechanisms in ant queens, protein profiles enriched in the spermathecal fluid relative to the hemolymph were identified in Lasius japonicus using data-independent acquisition-based quantitative proteomics technology. Proteins related to the extracellular matrix, antioxidants, metabolic pathways, proteases, chaperones, and with uncharacterized functions were especially abundant with higher log ratio values in the spermathecal fluid relative to the hemolymph. These enriched proteins were shared with highly expressed genes previously detected by transcriptome analyses of the spermatheca in queens of Crematogaster osakensis that belong to a different subfamily than L. japonicus. It is likely that the ability for long-term sperm storage evolved early in the ant lineage. Therefore, the common proteins identified in these two ant species are possibly crucial for this ability. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Este estudo investigou os efeitos da suplementação com óleo de peixe (FO) na expressão de genes de resistência ao calor no hipotálamo e na composição de ácidos graxos de pintinhos sob estresse agudo por alta temperatura, para tratamento de colestase. Um total de 48 pintinhos (Ross 308) com 14 dias de idade foram aclimatados com óleo de milho ou FO (n = 24 para cada) por gavagem oral durante 10 dias, e então submetidos a estresse térmico (35 ± 1 °C, HT) por 3 h ou mantidos na temperatura normal (26 ± 1 °C, NT) agrupados como controles NT e FO-NT e HT e FO-HT (n = 12 para cada). Os resultados mostraram que a suplementação com FO não teve efeito significativo (P > 0,05) no consumo de ração ou peso corporal. O grupo FO-HT exibiu (P < 0,05) menor temperatura retal, e níveis plasmáticos de interleucina-6 (IL-6), triglicerídeos e corticosterona, acompanhados por menores expressões de translocadores de nucleotídeos de adenina (ANT) e proteína desacoplante (UCP) no hipotálamo, mas aumento (P < 0,05) da atividade da superóxido dismutase plasmática e das expressões de neuropeptídeo-Y (NPY) e proteína de choque térmico-70 (HSP-70) no hipotálamo. Adicionalmente, o grupo FO-HT (P < 0,05) demonstrou maior razão ácido graxo insaturado/ácido graxo saturado (UFA/SFA) no músculo peitoral. Estes achados sugerem que a suplementação com FO pode aumentar a resistência ao calor de pintos de corte sob estresse térmico agudo e alterar a composição de ácidos graxos de seu músculo peitoral. No entanto, mais estudos são necessários para determinar se ácidos graxos desejáveis podem atravessar a barreira hematoencefálica e suas implicações para a saúde humana. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Fish oil a source of omega-3 fatty acids affects hypothalamus heat resistance genes expressions and fatty acid composition in heat-stressed chicks: This study investigated the effects of fish oil (FO) supplementation on the hypothalamus heat resistance gene expressions and fatty acid composition of chicks under acute high-temperature stress, for treating Cholestasis. A total of 48 chicks (Ross 308) at age of 14 days were acclimatized to corn oil or FO (n = 24 for each) by oral gavaging for 10 days, and then subjected to heat stress (35 ± 1 °C, HT) for 3 h or maintained at the normal temperature (26 ± 1 °C, NT) as grouped as NT and FO-NT control and HT and FO-HT (n = 12 for each). The results showed that FO supplementation had no significant (P > 0.05) effect on feed intake or body weight. The FO-HT group exhibited (P < 0.05) a lower rectal temperature, and plasma interleukin-6 (IL-6), triglyceride and corticosterone levels, in accompany with lower expressions of hypothalamic adenine nucleotide translocators (ANT) and uncoupling protein (UCP) but increased (P < 0.05) plasma superoxide dismutase activity and hypothalamic neuropeptide-Y (NPY) and heat shock protein-70 (HSP-70) expressions. Additionally, the FO-HT group (P < 0.05) demonstrated a higher unsaturated fatty acid/saturated fatty acid (UFA/SFA) ratio in the breast muscle. These findings suggest that FO supplementation can enhance the heat resistance of broiler chicks under acute heat stress and alter the fatty acid composition of their breast muscle. However, further studies are needed to determine whether desirable fatty acids can cross the blood-brain barrier and their implications for human health. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A murcha do abacaxi por cochonilhas (MWP) é a doença viral mais devastadora que afeta abacaxis em todo o mundo. A relação mutualística entre cochonilhas e espécies de formigas contribui para a disseminação da doença. Entre julho e setembro de 2020, campos de produção de abacaxi das cultivares MD2, Josephine (Josapine), Sarawak e Crystal Honey em Melaka, Johor e Negeri Sembilan apresentaram sintomas da doença MWP. Amostras foliares sintomáticas e assintomáticas foram coletadas para caracterização molecular do patógeno causal. Essas amostras foram amplificadas usando RT-PCR com primers específicos para detectar os vírus associados à murcha do abacaxi por cochonilhas (PMWaVs) -1, -2 e -3. Um total de 20,2% foi detectado com PMWaV-1, 44,7% com PMWaV-2 e 35,1% com PMWaV-3. Infecções mistas também foram detectadas em todas as cultivares. A análise filogenética das sequências dos genes da proteína de choque térmico 70 homóloga (HSP70h) e proteína do capsídeo (CP) usando a abordagem de neighbor-joining (NJ) revelou variação interespecífica entre os isolados entre as cultivares e localidades. Além disso, foi realizada caracterização morfológica para apoiar a detecção de vírus, revelando a presença de manchas escuras e alterações citopatológicas nas folhas infectadas. Em conclusão, a doença MWP entre as cultivares e localidades pesquisadas foi associada a PMWaV-1, PMWaV-2 e PMWaV-3. A infecção mais comum detectada foi uma infecção mista de PMWaV-2 e PMWaV-3. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Detection and characterization of pineapple mealybug wilt-associated viruses 1, 2, and 3 in pineapple cultivars in Malaysia: Mealybug wilt of pineapple (MWP) is the most devasting viral disease affecting pineapples worldwide. The mutualistic relationship between mealybugs and ant species contributes to the disease’s spread. Between July and September 2020, pineapple production fields of cultivars MD2, Josephine (Josapine), Sarawak, and Crystal Honey in Melaka, Johor, and Negeri Sembilan displayed MWP disease symptoms. Symptomatic and asymptomatic leaf samples were collected for molecular characterization of the causal pathogen. These samples were amplified using RT-PCR with specific primers to detect pineapple mealybug wilt-associated viruses (PMWaVs) -1, -2, and − 3. A total of 20.2% was detected with PMWaV-1, 44.7% with PMWaV-2, and 35.1% with PMWaV-3. Mixed infections were also detected for all the cultivars. Phylogenetic analysis of heat shock protein 70 homolog (HSP70h) and coat protein (CP) gene sequences using the neighbor-joining (NJ) approach revealed interspecific variation between the isolates among the cultivars and localities. In addition, morphological characterization was carried out to support the detection of viruses by revealing the presence of dark spots and cytopathological changes in the infected leaves. In conclusion, MWP disease among the cultivars and localities surveyed was associated with PMWaV-1, PMWaV-2, and PMWaV-3. The most common infection detected was a mixed infection of PMWaV-2 and PMWaV-3. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A cicatrização de queimaduras é um processo multifacetado frequentemente complicado por inflamação excessiva e função comprometida dos queratinócitos, ambos sendo fatores-chave que contribuem para a cicatrização tardia. Neste estudo, selecionamos o miRNA-chave que regula o processo de epitelização sob condições de estresse oxidativo através de sequenciamento de alto rendimento. Identificamos que o miR-192-5p estava significativamente superexpresso tanto em modelos de estresse oxidativo de queratinócitos quanto em tecidos de queimaduras, com efeitos prejudiciais na proliferação, migração e apoptose de queratinócitos. A inibição do miR-192-5p melhorou a função das células epidérmicas através da regulação positiva da olfatomedina-4 (OLFM4), um gene-chave associado com proliferação, adesão e migração celular. Para otimizar a entrega e eficácia terapêutica, desenvolvemos exossomos derivados de MSC carregados com antagomiR-192-5p (ant-192; Conteúdo final: 2 nmol por ferida; Eficiência de carregamento: 35,22 ± 0,34 %) e depois encapsulados em um hidrogel composto de GelMA e nanofolhas de MXene (Ti₃C₂Tx), formando um curativo multifuncional (Exo-ant-192@M-Gel). Isso alcançou liberação sustentada de ant-192, retardou sua degradação e exerceu propriedades anti-inflamatórias, promovendo assim a epitelização e cicatrização de queimaduras. Este estudo ofereceu uma nova abordagem terapêutica para o fechamento de feridas por queimaduras. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

AntagomiR-192-5p-engineered exosomes encapsulated in MXene-modified GelMA hydrogel facilitated epithelization of burn wounds by targeting OLFM4: Burn wound healing is a multifaceted process often complicated by excessive inflammation and impaired keratinocyte function, both of which are key factors contributing to delayed healing. In this study we screened the key miRNA regulating the epithelialization process under oxidative stress conditions through high-throughput sequencing. We identified that miR-192-5p was significantly upregulated in both oxidative stress models of keratinocytes and burn wound tissues, with detrimental effects on keratinocyte proliferation, migration, and apoptosis. Inhibition of miR-192-5p enhanced epidermal cell function by upregulating olfactomedin-4 (OLFM4), a key gene associated with cell proliferation, adhesion and migration. To optimize delivery and therapeutic efficacy, we engineered MSC-derived exosomes loaded with antagomiR-192-5p (ant-192; Final content: 2 nmol per wound; Loading efficiency: 35.22 ± 0.34 %) and then encapsulated into a composite hydrogel composed of GelMA and MXene (Ti<inf>3</inf>C<inf>2</inf>Tx) nanosheets, forming a multifunctional dressing (Exo-ant-192@M-Gel). It achieved sustained release of ant-192, delay its degradation, and exert anti-inflammatory properties, thus promoting epithelization and burn wound healing. This study offered a novel therapeutic approach for burn wound closure. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tolerância térmica influencia a sobrevivência, o desempenho e a distribuição de organismos ectotérmicos. Seus efeitos são especialmente importantes diante do advento das rápidas mudanças climáticas. Embora a qualidade da dieta tenha demonstrado modular o máximo térmico crítico (CT<inf>max</inf>) em formigas em condições laboratoriais, permanece incerto se essa resposta e a velocidade com que aparece são as mesmas em formigas silvestres. Aqui, testamos se uma dieta enriquecida com carboidratos poderia aumentar rapidamente o CT<inf>max</inf> em Dorymyrmex thoracicus, uma espécie de formiga tolerante ao calor na Caatinga brasileira. Usando dois experimentos em campo, descobrimos que formigas com acesso a uma solução de sacarose a 20% exibiram valores de CT<inf>max</inf> significativamente maiores do que formigas que não tiveram acesso à solução de sacarose. O segundo experimento mostrou que essa diferença apareceu poucas horas após o tratamento, sugerindo a operação de respostas fisiológicas rápidas potencialmente ligadas à disponibilidade de energia e síntese de proteínas de choque térmico. Assim, a ingestão de carboidratos pode modular imediatamente a tolerância térmica em condições naturais, um resultado que pode nos ajudar a prever como formigas e outros ectotérmicos podem responder a mudanças climáticas na disponibilidade de alimentos e estresse térmico. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Carbohydrate-Enriched Diet Quickly Enhances Heat Tolerance in Wild Colonies of Dorymyrmex thoracicus: Thermal tolerance influences the survival, performance, and distribution of ectothermic organisms. Its effects are especially important given the advent of rapid climate change. While diet quality has been shown to modulate critical thermal maxima (CT<inf>max</inf>) in ants under laboratory conditions, it remains unclear whether this response and the speed at which it appears are the same in wild ants. Here, we tested whether a carbohydrate-enriched diet could quickly increase CT<inf>max</inf> in Dorymyrmex thoracicus, a heat-tolerant ant species in the Brazilian Caatinga. Using two field-based experiments, we found that ants given access to a 20% sucrose solution exhibited significantly higher CT<inf>max</inf> values than did ants who did not have access to the sucrose solution. The second experiment showed that this difference appeared a few hours after the treatment, suggesting the operation of rapid physiological responses potentially linked to energy availability and heat shock protein synthesis. Thus, carbohydrate intake can immediately modulate thermal tolerance under natural conditions, a result that can help us predict how ants, and other ectotherms, may respond to climate-driven shifts in food availability and thermal stress. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Embora estudos cada vez mais separem a plasticidade fenotípica das respostas evolutivas às mudanças ambientais, poucos testam a plasticidade transgeracional nesse contexto. Aqui, avaliamos se a divergência fenotípica das formigas de bolota em resposta à urbanização é impulsionada pela plasticidade transgeracional em vez da evolução. Formigas operárias da geração F2 (descendentes de rainhas nascidas em laboratório) exibiram divergência semelhante entre populações urbanas e rurais às formigas operárias nascidas em campo, sugerindo que a divergência evolutiva, em vez da plasticidade transgeracional, foi principalmente responsável pelas mudanças em direção a maior tolerância ao calor e tolerância reduzida ao frio nas formigas de bolota urbanas. A descendência híbrida de acasalamentos entre populações urbanas e rurais também indicou que a divergência evolutia provavelmente foi o mecanismo primário subjacente às diferenças populacionais na tolerância térmica. Especificamente, as características de tolerância térmica não foram herdadas nem materna nem paternalmente nos cruzamentos híbridos, como seria esperado para fortes efeitos parentais ou avoengos mediados por um único sexo. A descendência híbrida urbano-rural forneceu mais informações sobre a arquitetura genética da adaptação térmica. A tolerância ao calor dos híbridos assemelhou-se mais ao tipo puro urbano-urbano, enquanto a tolerância ao frio dos híbridos assemelhou-se mais ao tipo puro rural-rural. Como consequência, as características de tolerância térmica neste sistema parecem ser influenciadas pela dominância em vez de serem características puramente aditivas, e a tolerância ao calor e ao frio podem ser determinadas por genes separados. Embora a plasticidade transgeracional não pareça explicar a divergência da tolerância térmica da formiga de bolota, seu papel na divergência de outras características e através de outros gradientes de urbanização merece mais estudo. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Evolution, not transgenerational plasticity, explains the adaptive divergence of acorn ant thermal tolerance across an urban–rural temperature cline: Although studies increasingly disentangle phenotypic plasticity from evolutionary responses to environmental change, few test for transgenerational plasticity in this context. Here, we evaluate whether phenotypic divergence of acorn ants in response to urbanization is driven by transgenerational plasticity rather than evolution. F2 generation worker ants (offspring of laboratory-born queens) exhibited similar divergence among urban and rural populations as field-born worker ants, suggesting that evolutionary divergence rather than transgenerational plasticity was primarily responsible for shifts toward higher heat tolerance and diminished cold tolerance in urban acorn ants. Hybrid offspring from matings between urban and rural populations also indicated that evolutionary divergence was likely the primary mechanism underlying population differences in thermal tolerance. Specifically, thermal tolerance traits were not inherited either maternally or paternally in the hybrid pairings as would be expected for strong parental or grandparental effects mediated through a single sex. Urban–rural hybrid offspring provided further insight into the genetic architecture of thermal adaptation. Heat tolerance of hybrids more resembled the urban–urban pure type, whereas cold tolerance of hybrids more resembled the rural–rural pure type. As a consequence, thermal tolerance traits in this system appear to be influenced by dominance rather than being purely additive traits, and heat and cold tolerance might be determined by separate genes. Though transgenerational plasticity does not appear to explain divergence of acorn ant thermal tolerance, its role in divergence of other traits and across other urbanization gradients merits further study. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

A recente valorização da natureza multidimensional da biodiversidade tem levado biólogos a examinar os atributos taxonômicos, funcionais e filogenéticos das comunidades naturais. A consideração simultânea de múltiplas dimensões de diversidade fornece insights valiosos sobre vários processos de montagem de comunidades. Estudamos os componentes alfa e beta da diversidade de formigas em uma paisagem insular simples dominada por habitats florestais adjacentes mas abioticamente distintos: floresta perene (úmida e dossel denso) e floresta litorânea (seca e dossel esparso). Buscamos (i) descrever e examinar as inter-relações das dimensões da diversidade de formigas, e (ii) identificar processos potenciais que estruturam as comunidades de formigas comparando os padrões de diversidade de comunidades observadas e geradas aleatoriamente. Descobrimos que o habitat litorâneo mais seco tinha menor riqueza de espécies de formigas e composição comunitária não aleatória, mas tinha diversidade funcional semelhante às florestas perenes. Este resultado contrasta com estudos anteriores comparando habitats intactos e alterados pelo homem que relataram perda severa da diversidade funcional de formigas com riqueza reduzida. Em nosso estudo, a similaridade funcional entre habitats foi mantida porque as comunidades nas florestas litorâneas eram funcionalmente superdispersas do que o esperado ao acaso. Sugerimos que a competição e/ou tolerância térmica das formigas podem impulsionar a superdispersão das comunidades de formigas litorâneas. Na pequena escala espacial de nossa ilha, a diversidade filogenética foi um preditor fraco das diferenças de habitat, apesar do sinal filogenético significativo em traços funcionais e padrões de diversidade funcional não aleatórios. Nosso trabalho destaca a necessidade de uma ampla gama de estudos comparando a diversidade multidimensional em habitats adjacentes que forneceriam uma linha de base para interpretar mudanças em nível de comunidade devido a pressões antrópicas. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Dimensions of ant diversity on a small tropical island: Recent appreciation of the multidimensional nature of biodiversity has prompted biologists to examine the taxonomic, functional, and phylogenetic attributes of natural communities. Simultaneous consideration of such multiple diversity dimensions provides valuable insights into various community assembly processes. We studied the alpha and beta components of ant diversity on a simple island landscape dominated by adjacent but abiotically distinct evergreen (humid & dense canopy) and littoral (dry & sparse canopy) forest habitats. We sought to (i) describe and examine interrelationships of ant diversity dimensions, and (ii) identify potential processes structuring ant communities by comparing the diversity patterns of observed and randomly generated communities. We found that the drier littoral habitat had lower ant species richness and non-random community composition, but had similar functional diversity as evergreen forests. This result is in contrast with previous studies comparing intact and human-altered habitats that reported severe loss of ant functional diversity with reduced richness. In our study, the functional similarity between habitats was maintained because communities in littoral forests were functionally overdispersed than expected by chance. We suggest that competition and/or thermal tolerance of ants may drive overdispersion of littoral ant communities. At the small spatial scale of our island, phylogenetic diversity was a poor predictor of habitat differences despite significant phylogenetic signal in functional traits and non-random functional diversity patterns. Our work highlights the need for a broad range of studies comparing multidimensional diversity in adjacent habitats that would provide a baseline for interpreting community-level changes due to anthropogenic pressures. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Modelos de distribuição de espécies baseados na correlação de variáveis bioclimáticas e pontos espaciais de dados de presença são úteis para reconhecer a adequabilidade do habitat das espécies. No entanto, eles têm limitações em prever as áreas de introdução de espécies invasoras que poderiam ser superadas usando características ecofisiológicas das espécies. Ao combinar variáveis bioclimáticas com a plasticidade da tolerância térmica da formiga-de-fogo altamente invasora, Wasmannia auropunctata, pretendemos entender melhor o mecanismo subjacente às suas distribuições atuais e futuras. Para este fim, realizamos: (1) experimentos fisiológicos em laboratório para avaliar tolerâncias térmicas (CTmin e CTmax) e avaliar o efeito da aclimatação (laboratório) e aclimatização (natureza) nessas variáveis, (2) observações comportamentais de forrageamento em campo, (3) um modelo de distribuição de espécies correlativo e um mecanístico simples. Resumidamente, os resultados fisiológicos mostraram uma modulação do CTmax e CTmin por diferentes temperaturas de aclimatação e por aclimatização térmica sazonal. No campo, a atividade de forrageamento das operárias começa em temperaturas ambientais logo acima (menos de 1 °C) do menor CTmin registrado em laboratório. Na escala global, o CTmin constitui uma característica fisiológica fundamental que, quando ligada à temperatura mínima do mês mais frio, poderia explicar o limite mais ao sul da distribuição nativa de W. auropunctata e sua capacidade fisiológica de expansão na região mediterrânea. A abordagem ecofisiológica realizada aqui pode ajudar a explicar a distribuição atual e prever a propagação potencial de populações quando não há informações certas sobre toda a distribuição da espécie ou sob um ambiente em mudança. Este último é de grande importância especialmente ao analisar insetos invasores, pragas ou vetores de doenças. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Linking thermo-tolerances of the highly invasive ant, Wasmannia auropunctata, to its current and potential distribution: Species distribution models based on the correlation of bioclimatic variables and presence spatial data-points are useful for recognizing species habitat suitability. However, they have limitations in predicting the introduced ranges of invasive species that could be overcome by using species eco-physiological traits. By combining bioclimatic variables with thermal tolerance plasticity of the highly invasive little fire ant, Wasmannia auropunctata, we intend to better understand the mechanism underlying its current and future distributions. To this end, we performed: (1) laboratory physiological experiments to assess thermal tolerances (CTmin and CTmax) and evaluate the effect of acclimation (laboratory) and acclimatization (nature) on these variables, (2) behavioral foraging observations in the field, (3) a correlative and a simple mechanistic SDM. Briefly, physiological results showed a modulation of the CTmax and CTmin by different acclimation temperatures and by seasonal thermal acclimatization. In the field, worker foraging activity begins at environmental temperatures just above (less than 1 °C) the lowest CTmin recorded in the laboratory. At the global scale, CTmin constitutes a key physiological trait that, when linked with the minimum temperature of the coldest month, could explain the southernmost limit of W. auropunctata native distribution and its physiological capacity to expand in the Mediterranean region. The eco-physiological approach carried out here may help explain the current distribution and predict potential spread of populations when there is no certain information about the whole distribution of the species or under a changing environment. The latter is of great importance especially when analyzing invasive insects, pests or disease vectors. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Uma invasão bem-sucedida de habitat novo requer que organismos não nativos superem a resistência abiótica e biótica nativa. Espécies não nativas podem superar a resistência abiótica se chegarem com características bem adaptadas ao habitat invadido ou se puderem aclimatar-se ou adaptar-se rapidamente. Espécies não nativas podem coexistir com espécies nativas se necessitarem de recursos novos e subutilizados ou se puderem competir melhor que espécies nativas similares. Investigamos a resistência abiótica e biótica à progressão de uma invasão de Brachyponera chinensis no sudeste dos EUA em relação à formiga de bosque nativa dominante (Aphaenogaster). Utilizamos dados observacionais de parcelas de longo prazo ao longo do gradiente de elevação do escarpamento das Montanhas Apalaches do Sul para investigar os padrões de invasão de B. chinensis, e utilizamos tolerância térmica fisiológica, ensaios de agressão e análise de isótopos estáveis para determinar se fatores abióticos ou bióticos explicavam a invasão de B. chinensis. Descobrimos que B. chinensis exibiu uma capacidade inflexível e relativamente pobre de tolerar temperaturas frias, o que correspondeu ao sucesso limitado em altitudes mais elevadas nas Montanhas Apalaches do Sul. Embora tenhamos encontrado resistência de formigas nativas à invasão de B. chinensis, ela foi pequena em comparação com a capacidade da formiga invasora de formar enormes supercolônias cooperativas que eventualmente eliminaram a formiga nativa. Sem resistência biótica, espécies nativas suscetíveis podem apenas ser protegidas se puderem tolerar condições abióticas que a espécie invasora não pode. Para espécies de Aphaenogaster, altitudes elevadas e latitudes setentrionais além da tolerância ao frio de B. chinensis podem ser seu único refúgio. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Regional-scale environmental resistance to non-native ant invasion: A successful invasion of novel habitat requires that non-native organisms overcome native abiotic and biotic resistance. Non-native species can overcome abiotic resistance if they arrive with traits well-suited for the invaded habitat or if they can rapidly acclimate or adapt. Non-native species may co-exist with native species if they require novel, underused resources or if they can out-compete similar native species. We investigated abiotic and biotic resistance to the progression of a Brachyponera chinensis invasion in the southeastern U.S. relative to the dominant native woodland ant (Aphaenogaster). We used observational data from long-term plots along the elevation gradient of the Southern Appalachian Mountain escarpment to investigate the patterns of B. chinensis invasion, and we used physiological thermal tolerance, aggression assays and stable isotope analysis to determine whether abiotic or biotic factors explained B. chinensis invasion. We found that B. chinensis exhibited an inflexible and relatively poor ability to tolerate cold temperatures, which corresponded with limited success at higher elevations in the Southern Appalachian Mountains. Though we found native ant resistance to B. chinensis invasion, it paled in comparison to the invasive ant’s ability to form huge, cooperating supercolonies that eventually eliminated the native ant. Without biotic resistance, susceptible native species may only be protected if they can tolerate abiotic conditions that the invasive species cannot. For Aphaenogaster species, high elevations and northern latitudes beyond B. chinensis’ cold tolerance may be their only refuge. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

1. Myrmica rubra (formiga-de-fogo-europeia) invadiu áreas costeiras de latitudes setentrionais na América do Norte. Esta distribuição em macroescala sugere que M. rubra é limitada por umidade e temperatura, mas a distribuição da área invadida pode refletir o legado dos locais de introdução original preservados por dispersão limitada. 2. Este estudo examinou uma mudança populacional de duas décadas em M. rubra (1994-2015) e os limites abióticos (umidade e temperatura), bióticos (plantas), antrópicos (pesticidas) e fisiológicos (tolerância térmica) em microescala sobre a invasão na Reserva Natural Tifft em Buffalo, NY (EUA). Mudanças na abundância de formigas nativas e outros invertebrados também foram examinadas. 3. Apesar de declínios localizados com tratamentos com pesticidas, a abundância geral de forrageadoras de M. rubra aumentou 27% entre 1994 e 2015. A abundância aumentou mais nas áreas mais quentes (formigas nativas não foram afetadas pela temperatura), mas as localizações das colônias de M. rubra foram fortemente ligadas a maior umidade do solo e menor temperatura do solo. As formigas M. rubra também exibiram tolerâncias térmicas relativamente baixas consistentes com formigas de alta latitude e alta altitude. 4. Onde as populações locais de M. rubra aumentaram mais, as espécies de formigas nativas diminuíram, e onde as populações locais de M. rubra declinaram, as espécies de formigas nativas aumentaram. Algumas espécies de artrópodes tiveram menor abundância com a presença de M. rubra, mas os impactos foram menos marcantes. 5. O crescimento populacional de M. rubra foi promovido na escala de micro-habitat onde temperaturas relativamente mais altas estimularam o forrageamento, e temperaturas relativamente mais baixas e alta umidade suportaram a nidificação. Estes resultados sugerem que as distribuições em macroescala da área invadida por M. rubra em climas setentrionais próximos a áreas costeiras são replicadas em microescala onde a formiga prefere microsítios mais frios e úmidos. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Myrmica rubra microhabitat selection and putative ecological impact:

1. Myrmica rubra (European fire ant) has invaded northern latitude coastal areas in North America. This macroscale distribution suggests that M. rubra is moisture- and temperature-limited, but the distribution of the invaded range may reflect the legacy of original introduction locations preserved by limited dispersal. 2. This study examined a two-decade population change in M. rubra (1994–2015) and the microscale abiotic (moisture and temperature), biotic (plants), anthropogenic (pesticide) and physiological (thermal tolerance) limits on the invasion at the Tifft Nature Preserve in Buffalo, NY (U.S.A.). Changes in the abundance of native ants and other invertebrates were also examined. 3. Despite localised declines with pesticide treatments, overall M. rubra forager abundance increased 27% between 1994 and 2015. Abundance increased the most in the warmest areas (native ants were unaffected by temperature), but M. rubra colony locations were strongly linked to higher soil moisture and lower soil temperature. Myrmica rubra ants also exhibited relatively low thermal tolerances consistent with high-latitude and high-elevation ants. 4. Where local M. rubra populations increased the most, native ant species decreased, and where local M. rubra populations declined, native ant species increased. Some arthropod species had lower abundance with M. rubra presence, but the impacts were less striking. 5. Myrmica rubra population growth was promoted at the microhabitat scale where relatively higher temperatures prompted foraging, and relatively lower temperatures and high moisture supported nesting. These results suggest that macroscale M. rubra invaded-range distributions in northern climates near coastal areas are replicated at the microscale where the ant prefers cooler, moister microsites. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura ambiental pode alterar o tamanho corporal e a tolerância térmica, mas os efeitos do aumento da temperatura na relação tamanho-tolerância permanecem pouco claros. Ectotermos terrestres com tamanhos corporais maiores normalmente exibem maior tolerância a temperaturas altas (e baixas). No entanto, enquanto o aquecimento tende a aumentar a tolerância a altas temperaturas através de plasticidade fenotípica e mudança evolutiva, o aquecimento tende a diminuir o tamanho corporal através desses mecanismos e, assim, pode indiretamente contribuir para pior tolerância a altas temperaturas. Esses efeitos contrastantes do aquecimento no tamanho corporal, tolerância térmica e sua relação são cada vez mais importantes diante das mudanças climáticas globais. Aqui, usamos ilhas de calor urbanas replicadas para explorar a relação tamanho-tolerância em resposta ao aquecimento. Realizamos um experimento de jardim comum com uma pequena espécie de formiga que habita bolotas coletada de populações urbanas e rurais em três cidades diferentes e criada sob cinco temperaturas de criação em laboratório de 21 a 29 °C. Descobrimos que o tamanho corporal da formiga de bolota foi notavelmente insensível à temperatura de criação em laboratório (as operárias de formiga não exibiram plasticidade fenotípica no tamanho corporal entre as temperaturas de criação) e entre populações que experimentam temperaturas ambientais rurais mais frias versus urbanas mais quentes (nenhuma diferença evolutiva no tamanho corporal entre populações urbanas e rurais). Além disso, essa insensibilidade do tamanho corporal à temperatura foi altamente consistente em cada uma das três cidades que examinamos. Como o tamanho corporal foi robusto à variação de temperatura, mudanças previamente descritas de plasticidade e evolução na tolerância ao calor (e ao frio) nas respostas da formiga de bolota à urbanização mostraram-se independentes de mudanças no tamanho corporal. De fato, correlações genéticas (em nível de colônia) entre características de tolerância ao calor e ao frio e tamanho corporal revelaram nenhuma associação significativa entre tamanho e tolerância. Nossos resultados mostram como correlações típicas de características, como entre tamanho e tolerância térmica, podem ser desacopladas à medida que as populações respondem às mudanças ambientais contemporâneas. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Remarkable insensitivity of acorn ant morphology to temperature decouples the evolution of physiological tolerance from body size under urban heat islands: Environmental temperature can alter body size and thermal tolerance, yet the effects of temperature rise on the size-tolerance relationship remain unclear. Terrestrial ectotherms with larger body sizes typically exhibit greater tolerance of high (and low) temperatures. However, while warming tends to increase tolerance of high temperatures through phenotypic plasticity and evolutionary change, warming tends to decrease body size through these mechanisms and thus might indirectly contribute to worse tolerance of high temperatures. These contrasting effects of warming on body size, thermal tolerance, and their relationship are increasingly important in light of global climate change. Here, we used replicated urban heat islands to explore the size-tolerance relationship in response to warming. We performed a common garden experiment with a small acorn-dwelling ant species collected from urban and rural populations across three different cities and reared under five laboratory rearing temperatures from 21 to 29 °C. We found that acorn ant body size was remarkably insensitive to laboratory rearing temperature (ant workers exhibited no phenotypic plasticity in body size across rearing temperature) and among populations experiencing cooler rural versus warmer urban environmental temperatures (no evolved differences in body size between urban and rural populations). Further, this insensitivity of body size to temperature was highly consistent across each of the three cities we examined. Because body size was robust to temperature variation, previously described plastic and evolved shifts in heat (and cold) tolerance in acorn ant responses to urbanization were shown to be independent of shifts in body size. Indeed, genetic (colony-level) correlations between heat and cold tolerance traits and body size revealed no significant association between size and tolerance. Our results show how typical trait correlations, such as between size and thermal tolerance, might be decoupled as populations respond to contemporary environmental change. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Testes de hipóteses para a evolução da fisiologia térmica frequentemente dependem de temperaturas médias, mas evidências crescentes sugerem que a variação geográfica em temperaturas extremas também é um importante preditor das tolerâncias térmicas das espécies. Embora os trópicos sejam menos termicamente variáveis que regiões de maior latitude, sombras de chuva nos lados sotavento de montanhas podem experimentar maior variação diurna e sazonal de temperatura que locais a barlavento. Sombras de chuva fornecem oportunidades para testar previsões sobre as relações de temperaturas extremas com a fisiologia térmica enquanto se controla a latitude. Testamos a hipótese de que populações de formigas-cortadeiras (Atta cephalotes) em locais sotavento, montanos e barlavento na Costa Rica difeririam nas tolerâncias térmicas superiores (CT<inf>max</inf>) das operárias. Como previsto a partir dos efeitos de sombra de chuva via temperaturas altas extremas, o local de sombra de chuva sotavento produziu a maior CT<inf>max</inf> média (local de sombra de chuva 42,1 ± 0,3°C, local montano 38,2 ± 0,5°C e local barlavento 38,2 ± 0,3°C). Isto sugere que extremos de alta temperatura em florestas tropicais de sombra de chuva podem selecionar tolerâncias térmicas mais altas. CT<inf>max</inf> aumentou com o tamanho corporal das operárias dentro dos locais, mas CT<inf>max</inf> aumentou com o tamanho corporal mais gradualmente nos dois locais de baixada, como previsto se temperaturas locais altas selecionassem mais fortemente os membros da sociedade mais termicamente vulneráveis (operárias pequenas). Isto sugere que climas de baixada mais quentes selecionaram colônias com menos variação na tolerância ao calor que climas de alta elevação mais frios. O abstract em espanhol está disponível com o material online. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Rain shadow effects predict population differences in thermal tolerance of leaf-cutting ant workers (Atta cephalotes): Tests of hypotheses for the evolution of thermal physiology often rely on mean temperatures, but mounting evidence suggests geographic variation in temperature extremes is also an important predictor of species’ thermal tolerances. Although the tropics are less thermally variable than higher latitude regions, rain shadows on the leeward sides of mountains can experience greater diel and seasonal variation in temperature than windward sites. Rain shadows provide opportunities to test predictions about the relationships of extreme temperatures with thermal physiology while controlling for latitude. We tested the hypothesis that populations of leaf-cutting ants (Atta cephalotes) in leeward, montane, and windward sites in Costa Rica would differ in upper thermal tolerances (CT<inf>max</inf>) of workers. As predicted from rain shadow effects via extreme high temperatures, the leeward rain shadow site yielded the highest mean CT<inf>max</inf> (rain shadow site 42.1 ± 0.3°C, Montane site 38.2 ± 0.5°C, and windward site 38.2 ± 0.3°C). This suggests that high-temperature extremes in tropical rain shadow forests can select for higher thermal tolerances. CT<inf>max</inf> increased with worker body size within sites, but CT<inf>max</inf> increased with body size more gradually at the two lowland sites, as predicted if local high temperatures selected more strongly on the most thermally vulnerable society members (small workers). This suggests that warmer lowland climates selected for colonies with less variation in heat tolerance than cooler high elevation climates. Abstract in Spanish is available with online material. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Prever os efeitos do aquecimento climático em insetos sociais continua sendo um desafio importante. Embora se saiba que o aquecimento acelera muitos processos de taxa, os efeitos agudos da temperatura no desempenho em condições de campo permanecem pouco estudados. Os efeitos da temperatura geralmente são não lineares, e prevê-se que os animais tropicais sejam particularmente propensos a serem afetados negativamente pelo aquecimento global, pois podem ter temperaturas ótimas próximas às temperaturas ambientes atuais. Observamos três colônias diferentes de A. colombica três vezes ao dia (duas vezes durante o dia e uma vez à noite) durante junho de 2018 em Gamboa, Panamá, medindo temperatura do ar, tráfego de formigas, consumo de folhas por segundo e velocidades de caminhada das formigas. Descobrimos que a velocidade de caminhada das formigas e o consumo de folhas aumentaram em temperaturas mais altas. As folhas carregadas por formiga também aumentaram com a temperatura, sugerindo que temperaturas mais quentes melhoram as taxas de manipulação de folhas, pelo menos na faixa térmica estudada aqui. No entanto, houve também um efeito independente do horário do dia, com maior forrageamento pela manhã do que à noite, apesar de temperaturas do ar semelhantes. Consistente com o efeito positivo da temperatura nas taxas de forrageamento, os máximos térmicos críticos estavam bem acima das temperaturas do solo. Pelo menos durante a estação chuvosa, nossos dados sugerem que o aquecimento moderado poderia aumentar o sucesso do forrageamento e a herbivoria de formigas cortadeiras em florestas úmidas semidecíduas durante grande parte do dia. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Warmer mid-day temperatures increase leaf intake by increasing forager speed and success in Atta colombica during the rainy season: Predicting the effects of climatic warming on social insects remains an important challenge. While warming is known to speed many rate processes, the acute effects of temperature on performance under field conditions remain poorly studied. The effects of temperature are usually nonlinear, and tropical animals have been predicted to be particularly likely to be negatively affected by global warming as they may have optimal temperatures that are close to current ambient temperatures. We observed three different A. colombica colonies three times per day (two times during daylight hours and one time at night) during June 2018 in Gamboa, Panama, measuring air temperature, ant traffic, intake of leaves per second, and ant walking speeds. We found that ant walking speed and intake of leaves increased at higher temperatures. Leaves carried per ant also increased with temperature, suggesting that warmer temperatures improve leaf-handling rates, at least over the thermal range studied here. However, there was also an independent effect of time of day, with higher foraging in the morning than the evening, despite similar air temperatures. Consistent with the positive effect of temperature on foraging rates, critical thermal maxima were well above ground temperatures. At least during the rainy season, our data suggest that moderate warming could enhance foraging success and herbivory of leafcutting ants in semi-deciduous moist forests throughout much of the day. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A formiga-lava-pés (Solenopsis invicta) é uma espécie invasora não nativa que se espalhou rapidamente para o norte nos Estados Unidos após sua introdução da América do Sul na década de 1930. Pesquisadores previram que a expansão para o norte desta formiga invasora seria limitada por temperaturas frias com o aumento da latitude e maior elevação na região do Escarpamento de Blue Ridge nos Estados Unidos. A presença de S. invicta em elevações relativamente altas ao norte de seus limites projetados sugere maior tolerância ao frio do que o previsto anteriormente; no entanto, essas populações podem ser indicações efêmeras de fortes habilidades de dispersão. Neste estudo, investigamos potenciais adaptações fisiológicas de S. invicta que indicariam aclimatação a ambientes de alta elevação. Nossa hipótese foi que, se as colônias de S. invicta puderem persistir em climas mais frios do que onde se originaram, encontraríamos gradientes na tolerância ao frio das operárias de S. invicta ao longo de um gradiente de elevação montanhosa. Também previmos que as formigas S. invicta de maior elevação poderiam incorrer em maiores custos fisiológicos para persistir no clima mais frio, então medimos o conteúdo lipídico das colônias para avaliar o estado de saúde. Para comparação, também coletamos dados de tolerância fisiológica à temperatura para a formiga nativa dominante da floresta, Aphaenogaster picea, que coocorre. Descobrimos que S. invicta ocorrendo em maiores elevações exibiu maior tolerância fisiológica a temperaturas frias em comparação com coespecíficas de menor elevação - um padrão de tolerância ao frio que acompanhou o das formigas nativas A. picea ao longo do mesmo gradiente. Tanto S. invicta quanto A. picea exibiram similarmente menores tolerâncias térmicas a temperaturas mais frias ao subir o gradiente de elevação, com A. picea consistentemente exibindo uma tolerância térmica geral mais baixa. Não houve mudança no conteúdo lipídico das colônias de S. invicta com a elevação, sugerindo que maiores taxas metabólicas não foram necessárias para sustentar essas formigas em altas elevações. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Invasion and high-elevation acclimation of the red imported fire ant, Solenopsis invicta, in the southern Blue Ridge Escarpment region of North America: The red imported fire ant (Solenopsis invicta) is a non-native invasive species that rapidly spread northward in the United States after its introduction from South America in the 1930s. Researchers predicted that the northward spread of this invasive ant would be limited by cold temperatures with increased latitude and greater elevation in the Blue Ridge Escarpment region of the United States. The presence of S. invicta at relatively high elevations north of their projected limits suggests greater cold tolerance than previously predicted; however, these populations might be ephemeral indications of strong dispersal abilities. In this study, we investigated potential physiological adaptations of S. invicta that would indicate acclimation to high elevation environments. We hypothesized that if S. invicta colonies can persist in colder climates than where they originated, we would find gradients in S. invicta worker cold tolerance along a montane elevational gradient. We also predicted that higher elevation S. invicta ants might incur greater physiological costs to persist in the colder climate, so we measured colony lipid content to assess health status. For comparison, we also collected physiological temperature tolerance data for the co-occurring dominant native woodland ant Aphaenogaster picea. We found that S. invicta occurring at higher elevations exhibited greater physiological tolerance for cold temperatures as compared to lower-elevation conspecifics–a cold tolerance pattern that paralleled of the native A. picea ants along the same gradient. Both S. invicta and A. picea similarly exhibited lower thermal tolerances for colder temperatures when moving up the elevational gradient, with A. picea consistently exhibiting a lower thermal tolerance overall. There was no change in S. invicta colony lipid content with elevation, suggesting that greater metabolic rates were not needed to sustain these ants at high elevations. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Determinar as respostas dos organismos a novas temperaturas é relevante das perspectivas ecológica, evolutiva e de conservação. Aqui, validamos projetos e incluímos exemplos biológicos para três dispositivos acessíveis para estimar respostas térmicas de ectotérmicos: (1) um banho de água que pode ser programado para aumentar temperaturas e estimar a temperatura crítica máxima (CT<inf>max</inf>) do organismo, (2) uma geladeira portátil em miniatura para estimar a temperatura crítica mínima (CT<inf>min</inf>) do organismo, e (3) câmaras de crescimento baratas que mantêm temperaturas constantes ou simulam padrões dinâmicos de temperatura ambiental. Testamos a confiabilidade do dispositivo CT<inf>max</inf> em taxas de aumento de temperatura de 1° e 2°C/min. As temperaturas observadas desviaram 0,01°C e 0,02°C das temperaturas alvo, respectivamente. O dispositivo CT<inf>min</inf> atingiu facilmente as temperaturas alvo através da manipulação da tensão de entrada. O desvio máximo das temperaturas alvo em câmaras ambientais programadas para manter temperaturas constantes entre 10°C e 30°C foi de 0,8°C. Câmaras ambientais programadas para simular perfis de temperatura de florestas tropicais úmidas e montanhosas desviaram das temperaturas alvo em um máximo de −0,5°C a 0,9°C. Exemplos de aplicações mostram que (1) insetos tropicais em elevadas altitudes são menos tolerantes a altas temperaturas do que insetos em florestas de terras baixas, (2) formigas noturnas apresentam CT<inf>max</inf> e CT<inf>min</inf> mais baixos do que espécies de formigas diurnas, e (3) experimentos em câmaras de crescimento mostram alta mortalidade de espécies de insetos de alta altitude quando expostas a temperaturas que caracterizam florestas de terras baixas, e alta mortalidade de espécies de insetos de terras baixas quando expostas a temperaturas que caracterizam altitudes elevadas. Os dispositivos descritos neste estudo podem ser produzidos em massa de forma barata e estão atualmente sendo usados em laboratórios nos Estados Unidos, México e Costa Rica. O principal objetivo deste projeto é incentivar a construção de dispositivos acessíveis e o uso de metodologias padronizadas para criar uma rede global de pesquisadores estudando respostas térmicas em diversos táxons e localizações geográficas. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The affordable laboratory of climate change: devices to estimate ectotherm vital rates under projected global warming: Determining organisms’ responses to novel temperatures is relevant from ecological, evolutionary, and conservation perspectives. Here, we have validated designs and included biological examples for three affordable devices to estimate thermal responses of ectotherms: (1) a water bath that can be programmed to increase temperatures to estimate an organismal critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>), (2) a miniature portable refrigerator to estimate an organism's critical thermal minimum (CT<inf>min</inf>), and (3) inexpensive growth chambers that maintain constant temperatures or simulate dynamic environmental temperature patterns. We tested the reliability of the CT<inf>max</inf> device at temperature increase rates of 1° and 2°C/min. Observed temperatures deviated 0.01°C and 0.02°C from target temperatures, respectively. The CT<inf>min</inf> device easily attained target temperatures via manipulation of the input voltage. The maximum deviation from target temperatures in environmental chambers programmed to maintain constant temperatures between 10°C and 30°C was 0.8°C. Environmental chambers programmed to simulate temperature profiles of tropical rain and montane forests deviated from target temperatures by a maximum of −0.5°C to 0.9°C. Examples of applications show that (1) tropical insects at high elevations are less tolerant to high temperatures than insects in lowland forests, (2) nocturnal ants display lower CT<inf>max</inf> and CT<inf>min</inf> than diurnal ant species, and (3) experiments in growth chambers show high mortality of high-elevation insect species when exposed to temperatures that typify lowland forests, and high mortality of lowland insect species when exposed to temperatures that typify high elevations. The devices described in this study can be mass-produced inexpensively and are currently being used in laboratories in the United States, Mexico, and Costa Rica. The main goal of this project is to encourage the construction of affordable devices and the use of standardized methodologies to create a global network of researchers studying thermal responses in diverse taxa and geographic locations. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A plasticidade fenotípica térmica, também conhecida como aclimatação, desempenha um papel essencial em como os organismos respondem a mudanças térmicas de curto prazo. A plasticidade amortece o impacto de mudanças térmicas prejudiciais; portanto, compreender a variação na plasticidade em populações naturais é crucial para entender como as espécies responderão às mudanças climáticas. No entanto, muito poucos estudos examinaram os padrões de plasticidade fenotípica entre populações, especialmente entre populações de formigas. Considerando que esta variação intraespecífica pode fornecer insights sobre a variação adaptativa em populações, o objetivo deste estudo foi quantificar a capacidade de aclimatação de curto prazo e a tolerância térmica de várias populações da formiga de inverno, Prenolepis imparis. Testamos correlações entre plasticidade térmica e tolerância térmica, altitude e tamanho corporal. Caracterizamos o ambiente térmico tanto acima quanto abaixo do solo para várias populações distribuídas em diferentes altitudes dentro da Califórnia, EUA. Além disso, medimos a capacidade de aclimatação de curto prazo e a tolerância térmica dessas populações. Para medir a tolerância térmica, utilizamos o tempo de recuperação do coma por frio (CCRT) e o tempo de knockdown como indicadores de tolerância ao frio e ao calor, respectivamente. A plasticidade fenotípica de curto prazo foi avaliada calculando a capacidade de aclimatação usando CCRT e tempo de knockdown após exposição a temperaturas altas e baixas. Descobrimos que várias populações apresentaram diferentes tempos de recuperação do coma por frio e algumas apresentaram diferentes tempos de knockdown por calor, e que as capacidades de aclimatação da tolerância ao frio e ao calor diferiram entre a maioria das populações. As populações de alta altitude apresentaram maior tolerância ao frio (CCRT mais rápido) e maior plasticidade. Para tolerância a altas temperaturas, descobrimos que a tolerância ao calor não estava associada à altitude; em vez disso, maior tolerância ao calor foi correlacionada com maior plasticidade em temperaturas mais altas. Essas descobertas atuais fornecem insights sobre adaptação térmica e fatores que contribuem para a diversidade fenotípica ao revelar variação fisiológica entre populações. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Intraspecific variation in thermal acclimation and tolerance between populations of the winter ant, Prenolepis imparis: Thermal phenotypic plasticity, otherwise known as acclimation, plays an essential role in how organisms respond to short-term temperature changes. Plasticity buffers the impact of harmful temperature changes; therefore, understanding variation in plasticity in natural populations is crucial for understanding how species will respond to the changing climate. However, very few studies have examined patterns of phenotypic plasticity among populations, especially among ant populations. Considering that this intraspecies variation can provide insight into adaptive variation in populations, the goal of this study was to quantify the short-term acclimation ability and thermal tolerance of several populations of the winter ant, Prenolepis imparis. We tested for correlations between thermal plasticity and thermal tolerance, elevation, and body size. We characterized the thermal environment both above and below ground for several populations distributed across different elevations within California, USA. In addition, we measured the short-term acclimation ability and thermal tolerance of those populations. To measure thermal tolerance, we used chill-coma recovery time (CCRT) and knockdown time as indicators of cold and heat tolerance, respectively. Short-term phenotypic plasticity was assessed by calculating acclimation capacity using CCRT and knockdown time after exposure to both high and low temperatures. We found that several populations displayed different chill-coma recovery times and a few displayed different heat knockdown times, and that the acclimation capacities of cold and heat tolerance differed among most populations. The high-elevation populations displayed increased tolerance to the cold (faster CCRT) and greater plasticity. For high-temperature tolerance, we found heat tolerance was not associated with altitude; instead, greater tolerance to the heat was correlated with increased plasticity at higher temperatures. These current findings provide insight into thermal adaptation and factors that contribute to phenotypic diversity by revealing physiological variance among populations. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

As cidades estão se expandindo rapidamente, e o aquecimento global é intensificado em ambientes urbanos devido ao efeito de ilha de calor urbana. Portanto, os animais urbanos podem ser particularmente suscetíveis ao aquecimento associado às mudanças climáticas em curso. Utilizamos uma abordagem comparativa e manipulativa para testar três hipóteses relacionadas sobre os determinantes da tolerância ao calor ou temperatura máxima crítica (CTmax) em formigas urbanas—especificamente, que (a) o tamanho corporal, (b) o estado de hidratação e (c) os microambientes escolhidos influenciam o CTmax. Testamos ainda uma quarta hipótese de que espécies nativas são particularmente fisiologicamente vulneráveis em ambientes urbanos. Manipulamos o acesso à água e determinamos o CTmax para 11 espécies comuns em cidades do Vale Central da Califórnia que exibem variação de quase 300 vezes no tamanho corporal. Houve um sinal filogenético moderado influenciando o CTmax, e a variação interespecífica (mas não intraespecífica) no tamanho corporal influenciou o CTmax onde espécies maiores apresentaram maior CTmax. A sensibilidade do CTmax das formigas à disponibilidade de água exibiu limiares específicos por espécie onde a limitação hídrica de curto prazo (8 h) reduziu o CTmax e o conteúdo de água corporal em algumas espécies, enquanto a limitação hídrica de longo prazo (32 h) foi necessária para reduzir essas características em outras espécies. No entanto, o CTmax não estava relacionado às temperaturas escolhidas pelas formigas durante a atividade. Além disso, encontramos suporte para nossa quarta hipótese porque o CTmax e as estimativas de margem de segurança térmica em espécies nativas foram mais sensíveis à disponibilidade de água em relação às espécies não nativas. Em suma, fornecemos evidências de ligações entre tolerância ao calor e disponibilidade de água, o que se tornará criticamente importante em um mundo cada vez mais quente, seco e urbanizado que outros mostraram estar selecionando tamanhos corporais menores (não maiores). © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

City limits: Heat tolerance is influenced by body size and hydration state in an urban ant community: Cities are rapidly expanding, and global warming is intensified in urban environments due to the urban heat island effect. Therefore, urban animals may be particularly susceptible to warming associated with ongoing climate change. We used a comparative and manipulative approach to test three related hypotheses about the determinants of heat tolerance or critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>) in urban ants—specifically, that (a) body size, (b) hydration status, and (c) chosen microenvironments influence CT<inf>max</inf>. We further tested a fourth hypothesis that native species are particularly physiologically vulnerable in urban environments. We manipulated water access and determined CT<inf>max</inf> for 11 species common to cities in California's Central Valley that exhibit nearly 300-fold variation in body size. There was a moderate phylogenetic signal influencing CT<inf>max</inf>, and inter (but not intra) specific variation in body size influenced CT<inf>max</inf> where larger species had higher CT<inf>max</inf>. The sensitivity of ants’ CT<inf>max</inf> to water availability exhibited species-specific thresholds where short-term water limitation (8 hr) reduced CT<inf>max</inf> and body water content in some species while longer-term water limitation (32 hr) was required to reduce these traits in other species. However, CT<inf>max</inf> was not related to the temperatures chosen by ants during activity. Further, we found support for our fourth hypothesis because CT<inf>max</inf> and estimates of thermal safety margin in native species were more sensitive to water availability relative to non-native species. In sum, we provide evidence of links between heat tolerance and water availability, which will become critically important in an increasingly warm, dry, and urbanized world that others have shown may be selecting for smaller (not larger) body size. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Objetivo: Em ectotérmicos, gradientes de temperatura ambiental podem regular metabolismo, desenvolvimento e, finalmente, aptidão. A hipótese de adaptação térmica assume que a termorregulação é custosa e prediz que ambientes termicamente mais variáveis favorecem organismos com amplitudes e limites térmicos mais amplos (i.e., mínimos e máximos térmicos críticos, CT<inf>min</inf> e CT<inf>max</inf>) que acompanham as temperaturas ambientais. Testamos a hipótese de adaptação térmica em dois níveis biológicos de organização, comunidade e espécie. Localização: EUA continental. Período: Maio–Agosto 2016 e Maio–Agosto 2017. Principais táxons estudados: Formigas (Hymenoptera:Formicidae). Métodos: Utilizamos ensaios de rampa para medir CT<inf>max</inf> e CT<inf>min</inf> para 132 espécies de formigas norte-americanas em 31 comunidades abrangendo 15,7° de latitude. Resultados: Formigas foram tolerantes ao frio em ambientes mais frios particularmente no nível de comunidade onde CT<inf>min</inf> correlacionou-se positivamente com a temperatura mensal máxima (CT<inf>min</inf> = 0,24T<inf>max</inf>− 0,4; R² = 0,39, p < 0,001). Em contraste, a maioria das comunidades de formigas incluiu algumas espécies altamente termofílicas, com o resultado que CT<inf>max</inf> não covariou com médias ou extremos de temperatura ambiental. Consequentemente, não encontramos evidência de que ambientes termicamente variáveis suportassem comunidades de formigas com amplitudes térmicas mais amplas. Encontramos um forte sinal filogenético em CT<inf>max</inf> mas não em CT<inf>min</inf>. Respostas no nível de espécie paralelizaram dados de comunidade, onde temperaturas mensais máximas correlacionaram-se positivamente com CT<inf>min</inf> das espécies mas não com CT<inf>max</inf>, que foi significativamente menor em espécies subterrâneas. Principais conclusões: Nossos resultados sugerem que uma grande fração da diversidade de traços continentais em CT<inf>max</inf> e CT<inf>min</inf> pode ser encontrada em uma dada comunidade de formigas, com espécies com alto CT<inf>max</inf> amplamente distribuídas independentemente da temperatura ambiental. Análises no nível de espécie encontraram a importância do microclima local e sazonalidade em explicar tolerâncias térmicas. Frequente invariância em CT<inf>max</inf> de insetos em grande escala pode ser causada por (a) adaptações locais aos microclimas de um sítio e (b) potencial de aclimatação das espécies, ambos os quais não podem ser contabilizados com temperaturas médias anuais. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal diversity of North American ant communities: Cold tolerance but not heat tolerance tracks ecosystem temperature: Aim: In ectotherms, gradients of environmental temperature can regulate metabolism, development and ultimately fitness. The thermal adaptation hypothesis assumes that thermoregulation is costly and predicts that more thermally variable environments favour organisms with wider thermal ranges and thermal limits (i.e., critical thermal minima and maxima, CT<inf>min</inf> and CT<inf>max</inf>) which track environmental temperatures. We test the thermal adaptation hypothesis at two biological levels of organization, the community and species level. Location: Continental USA. Time period: May–August 2016 and May–August 2017. Major taxa studied: Ants (Hymenoptera:Formicidae). Methods: We used ramping assays to measure CT<inf>max</inf> and CT<inf>min</inf> for 132 species of North American ants across 31 communities spanning 15.7° of latitude. Results: Ants were cold tolerant in cooler environments particularly at the community level where CT<inf>min</inf> was positively correlated with the maximum monthly temperature (CT<inf>min</inf> = 0.24T<inf>max</inf>− 0.4; R2 =.39, p <.001). In contrast, most ant communities included some highly thermophilic species, with the result that CT<inf>max</inf> did not covary with environmental temperature means or extremes. Consequently, we found no evidence that thermally variable environments supported ant communities with broader thermal ranges. We found a strong phylogenetic signal in CT<inf>max</inf> but not CT<inf>min</inf>. Species level responses paralleled community data, where maximum monthly temperatures positively correlated with species CT<inf>min</inf> but not CT<inf>max</inf>, which was significantly lower in subterranean species. Main conclusions: Our results suggest a large fraction of continental trait diversity in CT<inf>max</inf> and CT<inf>min</inf> can be found in a given ant community, with species with high CT<inf>max</inf> widely distributed regardless of environmental temperature. Species level analyses found the importance of local microclimate and seasonality in explaining thermal tolerances. Frequent invariance in CT<inf>max</inf> of insects at a large scale might be caused by (a) local adaptations to a site's microclimates and (b) species acclimation potential, both of which cannot be accounted for with mean annual temperatures. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Em formigas, a regulação térmica social é a manutenção coletiva de uma temperatura do ninho que é ideal para os membros individuais da colônia. Na formiga termofílica Aphaenogaster iberica, dois comportamentos principais regulam a temperatura do ninho: realocação sazonal do ninho e profundidade variável do ninho. Fora do ninho, as forrageadoras devem adaptar sua atividade para evitar temperaturas que excedam seus limites térmicos. Foi sugerido que a regulação térmica social restringe adaptações térmicas fisiológicas e morfológicas no nível individual. Testamos esta hipótese examinando os ritmos de forrageamento de seis populações de A. iberica, que foram encontradas em diferentes altitudes (de 100 a 2.000 m) na Serra Nevada do sul da Espanha. Testamos a resistência térmica de indivíduos dessas populações em condições controladas. A hipótese de variabilidade climática de Janzen (CVH) afirma que maior variabilidade climática deve selecionar organismos com tolerâncias de temperatura mais amplas. Descobrimos que a população de A. iberica a 1.300 m experimentou as temperaturas mais extremas e que as formigas desta população tiveram a maior tolerância ao calor (LT50 = 57,55°C). Esses resultados apoiam a validade da CVH em escalas microclimáticas, como a representada pelo gradiente altitudinal neste estudo. Aphaenogaster iberica mantém os níveis de ingestão de alimentos da colônia em diferentes altitudes e temperaturas médias diárias mudando seu ritmo de atividade. Esta regulação térmica eficiente no nível da colônia e as diferenças significativas na tolerância ao calor individual que observamos entre as populações sugerem que a regulação térmica controlada comportamentalmente não restringe as adaptações fisiológicas individuais para lidar com temperaturas extremas. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Does social thermal regulation constrain individual thermal tolerance in an ant species?: In ants, social thermal regulation is the collective maintenance of a nest temperature that is optimal for individual colony members. In the thermophilic ant Aphaenogaster iberica, two key behaviours regulate nest temperature: seasonal nest relocation and variable nest depth. Outside the nest, foragers must adapt their activity to avoid temperatures that exceed their thermal limits. It has been suggested that social thermal regulation constrains physiological and morphological thermal adaptations at the individual level. We tested this hypothesis by examining the foraging rhythms of six populations of A. iberica, which were found at different elevations (from 100 to 2,000 m) in the Sierra Nevada mountain range of southern Spain. We tested the thermal resistance of individuals from these populations under controlled conditions. Janzen's climatic variability hypothesis (CVH) states that greater climatic variability should select for organisms with broader temperature tolerances. We found that the A. iberica population at 1,300 m experienced the most extreme temperatures and that ants from this population had the highest heat tolerance (LT50 = 57.55°C). These results support CVH's validity at microclimatic scales, such as the one represented by the elevational gradient in this study. Aphaenogaster iberica maintains colony food intake levels across different elevations and mean daily temperatures by shifting its rhythm of activity. This efficient colony-level thermal regulation and the significant differences in individual heat tolerance that we observed among the populations suggest that behaviourally controlled thermal regulation does not constrain individual physiological adaptations for coping with extreme temperatures. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Objetivo: A fisiologia térmica é comumente usada em modelos mecanísticos para prever a distribuição de espécies e projetar mudanças distribucionais. Tais restrições térmicas para formigas são frequentemente medidas em condições laboratoriais como limites térmicos críticos (CT<inf>max</inf> e CT<inf>min</inf>), mas também têm sido observadas em campo como limites térmicos de forrageamento (FT<inf>min</inf> e FT<inf>max</inf>). Aqui comparamos projeções de distribuição baseadas em limites térmicos fisiológicos e comportamentais de formigas com suas distribuições realizadas para avaliar a validade do uso de modelos ecofisiológicos para prever a distribuição de espécies em grandes escalas.

Localização: Global.

Taxon: Formigas.

Métodos: A partir de literatura publicada, compilamos um banco de dados de 148 limites térmicos críticos medidos em laboratório e 137 limites térmicos de forrageamento observados em campo para 20 gêneros de formigas distribuídos mundialmente. Projetamos suas distribuições potenciais usando limiares de hora ativa correspondendo seus limites térmicos ou amplitude térmica preferida (incorporando ótimos térmicos) com dados horários de temperatura de superfície. Então comparamos as projeções contra um banco de dados global abrangente de distribuições de formigas para avaliar a validade de modelos baseados em fisiologia e comportamento.

Resultados: Descobrimos que a temperatura de superfície desempenha um papel claro na biogeografia de formigas em nível genérico. Projeções baseadas em limites térmicos de forrageamento foram mais conservadoras em restringir as distribuições às distribuições observadas, enquanto projeções baseadas em limites térmicos críticos frequentemente superestimaram as distribuições. Além disso, modelos de limites térmicos podem ser melhorados incorporando ótimos térmicos derivados comportamentalmente.

Conclusões principais: Nossos resultados sugerem que nichos de atividade dependentes de temperatura e ótimos térmicos revelam melhor os nichos térmicos realizados das espécies do que os limites térmicos críticos, e portanto podem melhorar as predições de distribuições de espécies e futuras mudanças distribucionais sob mudanças climáticas. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Activity niches outperform thermal physiological limits in predicting global ant distributions: Aim: Thermal physiology is commonly used in mechanistic models to predict species distribution and project distribution change. Such thermal constraints for ants are often measured under laboratory conditions as critical thermal limits (CT<inf>max</inf> and CT<inf>min</inf>), but have also been observed in the field as foraging thermal limits (FT<inf>min</inf> and FT<inf>max</inf>). Here we compared distribution projections based on ant physiological and behavioural thermal limits with their realized distributions to assess the validity of using ecophysiological models to predict species ranges over large scales. Location: Global. Taxon: Ants. Methods: From published literature, we compiled a database of 148 lab-measured critical thermal limits and 137 field-observed foraging thermal limits for 20 ant genera distributed around the world. We projected their potential ranges using active hour thresholds by matching their thermal limits or preferred thermal breadth (incorporating thermal optima) with hourly surface temperature data. We then compared the projections against a comprehensive global database of ant distributions to assess the validity of physiologically and behaviourally based models. Results: We found that surface temperature plays a clear role in generic-level ant biogeography. Projections based on foraging thermal limits were more conservative in constraining ranges to observed distributions, while projections based on critical thermal limits often overestimated ranges. Furthermore, thermal limit models can be improved by incorporating behaviourally derived thermal optima. Main conclusions: Our results suggest that temperature-dependent activity niches and thermal optima better reveal species realized thermal niches than critical thermal limits, and hence can improve predictions of species distributions and future distribution changes under climate change. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Análises da tolerância ao calor em insetos frequentemente sugerem que esta característica é relativamente invariável, levando ao uso de máximas térmicas fixas em modelos que preveem a distribuição futura de espécies em um mundo em aquecimento. Ambientes sazonais expõem populações a uma ampla variação anual de temperatura. Para avaliar a suposição simplificadora de máximas térmicas invariáveis, quantificamos a tolerância ao calor de 26 espécies de formigas ao longo de três estações que variam duas vezes na temperatura média. Nosso objetivo final foi testar a hipótese de que a tolerância ao calor acompanha a temperatura mensal. Forrageadoras testadas no final do verão, em setembro, apresentaram maior média de temperatura crítica máxima (CT<inf>max</inf>) comparadas às de março e dezembro. Quatro de cinco generalistas sazonais, espécies que forrageiam ativamente nos três meses focais, tiveram, em média, 6°C maior CT<inf>max</inf> em setembro. A formiga-de-fogo invasora, Solenopsis invicta, estava entre as espécies termicamente plásticas, mas as especialistas térmicas nativas ainda mantiveram CT<inf>max</inf> mais altas que S. invicta. Nosso estudo mostra que a tolerância ao calor pode ser plástica, e isso deve ser considerado ao examinar adaptações em nível de espécie. Além disso, a plasticidade de características térmicas, embora potencialmente custosa, também pode gerar uma vantagem competitiva sobre espécies com características fixas e promover resiliência às mudanças climáticas. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Seasonal plasticity of thermal tolerance in ants: Analyses of heat tolerance in insects often suggest that this trait is relatively invariant, leading to the use of fixed thermal maxima in models predicting future distribution of species in a warming world. Seasonal environments expose populations to a wide annual temperature variation. To evaluate the simplifying assumption of invariant thermal maxima, we quantified heat tolerance of 26 ant species across three seasons that vary two-fold in mean temperature. Our ultimate goal was to test the hypothesis that heat tolerance tracks monthly temperature. Ant foragers tested at the end of the summer, in September, had higher average critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>) compared to those in March and December. Four out of five seasonal generalists, species actively foraging in all three focal months, had, on average, 6°C higher CT<inf>max</inf> in September. The invasive fire ant, Solenopsis invicta, was among the thermally plastic species, but the native thermal specialists still maintained higher CT<inf>max</inf> than S. invicta. Our study shows that heat tolerance can be plastic, and this should be considered when examining species-level adaptations. Moreover, the plasticity of thermal traits, while potentially costly, may also generate a competitive advantage over species with fixed traits and promote resilience to climate change. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

As abordagens atuais para avaliar e prever o impacto do aquecimento climático em ectotérmicos são baseadas principalmente em sua sensibilidade fisiológica à temperatura. No entanto, esses estudos fisiológicos fornecem pouca compreensão sobre os mecanismos pelos quais espécies particulares respondem ao aumento das temperaturas através do comportamento, plasticidade fenotípica ou adaptação genética. Neste trabalho, focamos no potencial dos comportamentos termorreguladores de ectotérmicos terrestres para amortecer o impacto das mudanças climáticas. Usando como modelos duas espécies simpátricas de formigas cortadeiras (Acromyrmex lobicornis e A. striatus), tentamos investigar se sua distribuição altitudinal através de uma montanha de base árida é prevista por seus limites térmicos críticos fisiológicos (CT<inf>max</inf> e CT<inf>min</inf>), temperatura de atividade de forrageamento e profundidade do jardim de fungos. Descobrimos que ambas as espécies diferiram em seus limites térmicos críticos, mas essa diferença não explicou seu padrão de abundância ao longo do gradiente altitudinal. Ambas as espécies mostraram plasticidade em suas respostas comportamentais às mudanças de temperatura ao longo do gradiente elevacional. O início e o padrão diário de atividade de forrageamento mudaram com a altitude, de modo que a faixa de temperaturas na qual ambas as espécies forrageavam, bem como a temperatura de máxima atividade de forrageamento, foram mantidas em todas as elevações. A profundidade da câmara de fungos mudou em função da temperatura ambiental, sendo mais profunda durante o verão em comparação com o inverno, e na base da montanha em comparação com a elevação mais alta. Nossos resultados mostram que precisamos ir além da fisiologia térmica para prever como algumas espécies de ectotérmicos respondem às mudanças climáticas e que a plasticidade nas respostas comportamentais a temperaturas extremas poderia permitir que as espécies persistissem em habitats mais quentes apesar do aumento das temperaturas. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Coping with temperature extremes: Thermal tolerance and behavioral plasticity in desert leaf-cutting ants (Hymenoptera: Formicidae) across an altitudinal gradient: Current approaches to assess and predict the impact of climate warming on ectotherms are largely based on their physiological sensitivity to temperature. However, these physiological studies provide little insight into the mechanisms by which particular species respond to increasing temperatures through behavior, phenotypic plasticity, or genetic adaptation. In this work, we focus on the potential of thermoregulatory behaviors of terrestrial ectotherms to buffer the impact of climate change. Using as models two sympatric species of leaf-cutting ants (Acromyrmex lobicornis and A. striatus), we attempt to investigate whether their altitudinal distribution across an arid-base mountain is predicted by their physiological critic thermal limits (CT<inf>max</inf> and CT<inf>min</inf>), temperature of foraging activity, and fungus garden depth. We found that both species differed in their critical thermal limits, but this difference did not explain their pattern of abundance along the altitudinal gradient. Both species showed plasticity in their behavioral responses to temperature changes across the elevational gradient. The onset and daily pattern of foraging activity changed with altitude, such that the range of temperatures at which both species foraged as well as the temperature of maximum foraging activity were maintained across all elevations. The depth of the fungus chamber changed as a function of the environmental temperature, being deeper during the summer compared with the winter, and at the base of the mountain compared with the highest elevation. Our results show that we need to go beyond thermal physiology to predict how some ectotherms species respond to climate change and that the plasticity in behavioral responses to extreme temperature could allow species to persist in warmer habitats despite increasing temperatures. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Temperaturas extremas podem restringir o comportamento de forrageamento, e diferenças individuais nas tolerâncias térmicas podem afetar o desempenho de forrageamento dentro e entre espécies. As temperaturas ambientes podem assim mediar interações competitivas entre espécies que compartilham recursos. Diferentes espécies de formigas desertícolas coletoras de sementes (gênero Messor) forrageiam por recursos alimentares semelhantes, e as colônias podem sobrepor-se em áreas de forrageamento. Como as espécies de Messor diferem nas distribuições de tamanho corporal, e a tolerância térmica é frequentemente relacionada ao tamanho em formigas, hipotetizamos que diferenças de tamanho corporal dentro e entre espécies de Messor preveriam a variação individual nas tolerâncias térmicas dos operários. Efeitos do tamanho corporal na fisiologia térmica poderiam ter implicações para a competição interespecífica. Medimos as tolerâncias a temperaturas extremamente altas (temperatura crítica máxima ou CTmax) e baixas (CTmin) em duas espécies de Messor simultaneamente no mesmo local de estudo, M. ebeninus de corpo menor e M. arenarius de corpo maior. Embora as espécies não tenham diferido significativamente em CTmin ou CTmax, a tolerância a altas temperaturas foi significativamente dependente do tamanho para M. ebeninus: as tolerâncias dos operários a altas temperaturas diminuíram com o tamanho corporal nesta espécie. Os padrões sugerem que a atividade de forrageamento dos operários menores de espécies de corpo menor poderia ser mais restringida por altas temperaturas ambientes, o que poderia impactar a divisão de trabalho dentro das colônias, bem como interações interespecíficas. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Species differ in worker body size effects on critical thermal limits in seed-harvesting desert ants (Messor ebeninus and M. arenarius): Extreme temperatures can constrain foraging behavior, and individual differences in thermal tolerances may affect foraging performance within and among species. Ambient temperatures may thus mediate competitive interactions among species that share resources. Different species of desert seed-harvesting ants (genus Messor) forage for similar food resources, and colonies can overlap in foraging areas. Because Messor species differ in body size distributions, and thermal tolerance is often size related in ants, we hypothesized that body size differences within and between Messor species would predict individual variation in worker thermal tolerances. Body size effects on thermal physiology could have implications for interspecific competition. We measured tolerances of extreme high (maximum critical temperature or CTmax) and low temperatures (CTmin) in two Messor species simultaneously at the same study site, smaller bodied M. ebeninus and larger bodied M. arenarius. Although the species did not differ significantly in CTmin or CTmax, tolerance of high temperatures was significantly size dependent for M. ebeninus: worker tolerances of high temperatures decreased with body size in this species. The patterns suggest the foraging activity of the smallest workers of smaller bodied species could be more constrained by high ambient temperatures, which could impact the division of labor within colonies as well as interspecific interactions. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

O estresse térmico é um dos principais fatores de declínio populacional e extinções. Mudanças nos regimes térmicos criam novas condições ambientais, levando à adaptação de características, migração populacional e/ou extinção de espécies. Pesquisas extensivas examinaram adaptações térmicas em artrópodes terrestres. No entanto, pouco se sabe sobre insetos sociais, apesar de seu papel fundamental nos ecossistemas. Somente nos últimos anos que as adaptações de insetos sociais ao estresse térmico receberam atenção. Aqui, discutimos o que atualmente se conhece sobre tolerância térmica e adaptação térmica em insetos sociais - especificamente formigas, cupins, abelhas sociais e vespas sociais. Descrevemos as adaptações comportamentais, morfológicas, fisiológicas e moleculares que os insetos sociais evoluíram para lidar com o estresse térmico. Examinamos respostas individuais e coletivas a mudanças térmicas temporárias e persistentes e exploramos até que ponto os indivíduos podem explorar a variabilidade genética para aclimatar. Finalmente, consideramos os custos e benefícios da socialidade diante do estresse térmico, e propomos algumas direções futuras de pesquisa que devem avançar nosso conhecimento sobre adaptações térmicas individuais e coletivas em insetos sociais. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Adaptations to thermal stress in social insects: recent advances and future directions: Thermal stress is a major driver of population declines and extinctions. Shifts in thermal regimes create new environmental conditions, leading to trait adaptation, population migration, and/or species extinction. Extensive research has examined thermal adaptations in terrestrial arthropods. However, little is known about social insects, despite their major role in ecosystems. It is only within the last few years that the adaptations of social insects to thermal stress have received attention. Herein, we discuss what is currently known about thermal tolerance and thermal adaptation in social insects – namely ants, termites, social bees, and social wasps. We describe the behavioural, morphological, physiological, and molecular adaptations that social insects have evolved to cope with thermal stress. We examine individual and collective responses to both temporary and persistent changes in thermal conditions and explore the extent to which individuals can exploit genetic variability to acclimatise. Finally, we consider the costs and benefits of sociality in the face of thermal stress, and we propose some future research directions that should advance our knowledge of individual and collective thermal adaptations in social insects. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Um princípio fundamental da biogeografia é que fatores abióticos e bióticos interagem para moldar as distribuições das espécies e a organização das comunidades, com as interações sendo mais importantes em ambientes benignos, e a filtragem ambiental mais importante em ambientes estressantes. Esse padrão é frequentemente inferido usando grandes bancos de dados ou sinal filogenético, mas os mecanismos fisiológicos subjacentes a tais padrões raramente são examinados. Focamos em 18 espécies de formigas em 29 locais ao longo de um extenso gradiente altitudinal, acoplando dados experimentais sobre limites térmicos críticos, análises de modelo nulo e dados observacionais de densidade e abundância para elucidar os fatores que governam os limites altitudinais das espécies. Os dados de tolerância térmica mostraram que as condições ambientais provavelmente eram mais importantes em ambientes mais frios e estressantes, onde a fisiologia era a restrição mais importante na distribuição e densidade das espécies de formigas. Por outro lado, a evidência para interações entre espécies foi mais forte em condições mais quentes e benignas, conforme indicado por nossos dados observacionais e análises de modelo nulo. Nossos resultados fornecem um teste forte de que as interações bióticas conduzem as distribuições e densidade das espécies em climas quentes, mas que a filtragem ambiental predomina em locais mais frios e de alta altitude. Tal padrão sugere que as respostas das espécies às mudanças climáticas provavelmente serão dependentes do contexto e, mais especificamente, geograficamente dependentes. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The coupled influence of thermal physiology and biotic interactions on the distribution and density of ant species along an elevational gradient: A fundamental tenet of biogeography is that abiotic and biotic factors interact to shape the distributions of species and the organization of communities, with interactions being more important in benign environments, and environmental filtering more important in stressful environments. This pattern is often inferred using large databases or phylogenetic signal, but physiological mechanisms underlying such patterns are rarely examined. We focused on 18 ant species at 29 sites along an extensive elevational gradient, coupling experimental data on critical thermal limits, null model analyses, and observational data of density and abundance to elucidate factors governing species’ elevational range limits. Thermal tolerance data showed that environmental conditions were likely to be more important in colder, more stressful environments, where physiology was the most important constraint on the distribution and density of ant species. Conversely, the evidence for species interactions was strongest in warmer, more benign conditions, as indicated by our observational data and null model analyses. Our results provide a strong test that biotic interactions drive the distributions and density of species in warm climates, but that environmental filtering predominates at colder, high-elevation sites. Such a pattern suggests that the responses of species to climate change are likely to be context-dependent and more specifically, geographically-dependent. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A abordagem baseada em características para a ecologia promete maior generalidade em nossa compreensão de como os conjuntos de espécies são estruturados. O valor desta abordagem depende da ligação entre características e funções ecológicas, mas nenhum estudo testou os valores funcionais propostos de muitas características comumente usadas e facilmente mensuráveis. Utilizamos uma comparação transespécies para investigar a função das características cuticulares "pilosidade" e "esculturação" em formigas. Essas características foram vinculadas a uma série de variáveis ambientais através de uma abordagem correlacional, mas os mecanismos subjacentes a essas associações são pouco compreendidos. Aqui, testamos a associação entre essas características e com um conjunto de características fisiológicas (tolerância ao calor, tolerância à dessecação, hidrofobicidade e proteção contra forças físicas). Além disso, testamos se as características fisiológicas diferiam entre espécies ativas durante o dia ou à noite, ou entre formigas de ambientes semiáridos e mésicos. Muitas características relacionadas à cutícula estavam intercorrelacionadas e não eram independentes de outras características morfológicas, sugerindo que é apropriado considerar as respostas das formigas como uma "estratégia ecológica". Embora a variação dentro do conjunto fosse alta, formigas noturnas e mésicas tinham menor tolerância ao calor do que formigas diurnas e semiáridas, refletindo diferenças similares na exposição ambiental. A pilosidade foi associada tanto à tolerância ao calor quanto à dessecação. A esculturação foi fortemente ligada à espessura e dureza da cutícula e à tolerância à dessecação. No entanto, foi negativamente associada à tolerância ao calor, possivelmente porque muitas formigas altamente esculpidas eram noturnas neste estudo. Este trabalho fornece forte suporte para o uso contínuo de características cuticulares facilmente mensuráveis. No entanto, investigações empíricas da função das características em uma gama mais ampla de ecossistemas são críticas para garantir que a importância ecológica das relações características-ambiente e sua inter-relação como componentes de uma "estratégia ecológica" sejam melhor compreendidas. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

A cross-species test of the function of cuticular traits in ants (Hymenoptera: Formicidae): The trait-based approach to ecology promises greater generality in our understanding of how species assemblages are structured. The value of this approach depends on linking traits with ecological functions, but no studies have tested the proposed functional values of many commonly used and easily measured traits. We used a cross-species comparison to investigate the function of the cuticular traits "pilosity" and "sculpturing" in ants. These traits have been linked to a range of environmental variables through a correlative approach, but the mechanisms underlying these associations are poorly understood. Here, we tested the association among these traits and with a suite of physiological traits (heat tolerance, desiccation tolerance, hydrophobicity and protection from physical forces). Further, we tested whether physiological traits differed between species that were active at day or night or ants from semi-arid and mesic environments. Many cuticlerelated traits were inter-correlated and not independent of other morphological traits, suggesting that it is appropriate to consider ant responses as an "ecological strategy". Although within-assemblage variation was high, night-active and mesic ants had lower heat tolerance than day-active and semi-arid ants, reflecting similar differences in environmental exposure. Pilosity was associated with both heat and desiccation tolerance. Sculpturing was strongly linked to cuticle thickness and hardness and desiccation tolerance. However, it was negatively associated with heat tolerance, possibly because many highly sculptured ants were nocturnal in this study. This work provides strong support for the continued use of easily measured cuticle traits. However, empirical investigations of trait function across a broader range of ecosystems are critical to ensure that the ecological importance of trait-environment relationships and their inter-relatedness as components of an "ecological strategy" are better understood. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A evolução impulsionada pelo ambiente urbano é amplamente evidente, mas se essas mudanças conferem benefícios de aptidão e, portanto, representam evolução urbana adaptativa é menos claro. Realizamos um experimento de campo de transplante recíproco de vários anos com formigas que habitam bolotas através de ambientes urbanos e rurais. As respostas de aptidão foram consistentes com adaptação local: encontramos uma vantagem de sobrevivência dos tratamentos "casa" e "local" em comparação com os tratamentos "fora" e "estrangeiro". O viés sazonal na sobrevivência foi consistente com os padrões evolutivos de ganhos e perdas em características de tolerância térmica ao longo do gradiente de urbanização. Formigas rurais no ambiente urbano foram mais vulneráveis no verão, supostamente devido à baixa tolerância ao calor, e formigas urbanas no ambiente rural foram mais vulneráveis no inverno, supostamente devido a uma perda evolutiva de tolerância ao frio. Os resultados para aptidão via fecundidade também foram geralmente consistentes com adaptação local, embora um pouco mais complexos. Formigas de origem urbana produziram mais alados em seu ambiente casa versus fora, e formigas de origem rural tiveram uma vantagem local no ambiente rural. No geral, a magnitude da adaptação local foi menor para formigas urbanas no novo ambiente urbano em comparação com formigas rurais adaptadas ao ambiente rural ancestral, acrescentando mais evidências de que as espécies podem não acompanhar a mudança antropogênica. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

In a nutshell, a reciprocal transplant experiment reveals local adaptation and fitness trade-offs in response to urban evolution in an acorn-dwelling ant: Urban-driven evolution is widely evident, but whether these changes confer fitness benefits and thus represent adaptive urban evolution is less clear. We performed a multiyear field reciprocal transplant experiment of acorn-dwelling ants across urban and rural environments. Fitness responses were consistent with local adaptation: we found a survival advantage of the “home” and “local” treatments compared to “away” and “foreign” treatments. Seasonal bias in survival was consistent with evolutionary patterns of gains and losses in thermal tolerance traits across the urbanization gradient. Rural ants in the urban environment were more vulnerable in the summer, putatively due to low heat tolerance, and urban ants in the rural environment were more vulnerable in winter, putatively due to an evolved loss of cold tolerance. The results for fitness via fecundity were also generally consistent with local adaptation, if somewhat more complex. Urban-origin ants produced more alates in their home versus away environment, and rural-origin ants had a local advantage in the rural environment. Overall, the magnitude of local adaptation was lower for urban ants in the novel urban environment compared with rural ants adapted to the ancestral rural environment, adding further evidence that species might not keep pace with anthropogenic change. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

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Some like it hot: Tropical ant community responses to rainforest modification and conversion are shaped by thermal tolerances: N/A

Objetivo: Acredita-se que as comunidades de formigas sejam estruturadas pela competição, com espécies dominantes excluindo competitivamente as subordinadas (a regra de domínio-empobrecimento). No entanto, um alto número de espécies aparentemente similares coexiste, possivelmente devido a trade-offs interespecíficos. Aqui, examinamos a evidência para a regra de domínio-empobrecimento através de um amplo gradiente latitudinal e exploramos se trade-offs explicam a coexistência dentro e entre comunidades de formigas. Localização: 40 locais em 19 países através da Europa, oeste da América do Norte e norte da América do Sul. Taxon: Formicidae. Métodos: Conduzimos experimentos de isca de 2 horas em cada local. Três escores de dominância foram calculados para cada espécie em cada local onde ocorreu. Examinamos então a relação entre dominância de formigas e diversidade e testamos a generalidade de três trade-offs (domínio-descoberta, domínio-tolerância térmica e domínio-generalismo) dentro e entre comunidades de formigas juntamente com os possíveis efeitos de variáveis ambientais sobre estes trade-offs. Resultados: Não encontramos suporte para a regra de domínio-empobrecimento. Em vez disso, a riqueza total de espécies nas iscas foi positivamente correlacionada com o número de espécies dominantes e exibiu uma relação unimodal com a abundância relativa de formigas dominantes. Além disso, encontramos pouca evidência consistente para os três trade-offs interespecíficos. Conclusão principal: Embora a riqueza total de espécies nas iscas esteja positivamente correlacionada com a riqueza de espécies de espécies dominantes e, até certo ponto, com o aumento do número de operárias de dominantes, trade-offs entre espécies não parecem moldar padrões de coexistência em larga escala entre formigas. A riqueza de espécies declina apenas quando os números de operárias dominantes são muito altos. Juntos, estes resultados sugerem que, embora trade-offs e a regra de domínio-empobrecimento possam promover coexistência ou moldar comunidades de formigas em alguns locais, a evidência para sua generalidade entre comunidades é escassa. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Testing trade-offs and the dominance–impoverishment rule among ant communities: Aim: Ant communities are believed to be structured by competition, with dominant species competitively excluding subordinates (the dominance–impoverishment rule). However, a high number of seemingly similar species coexist, possibly due to interspecific trade-offs. Here, we examine the evidence for the dominance–impoverishment rule across a broad latitudinal gradient and explore whether trade-offs explain coexistence within and among ant communities. Location: 40 sites in 19 countries across Europe, western North America and northern South America. Taxon: Formicidae. Methods: We conducted 2-hr baiting experiments at each site. Three dominance scores were calculated for each species at each site where it occurred. We then examined the relationship between ant dominance and diversity and tested for the generality of three trade-offs (dominance–discovery, dominance–thermal tolerance and dominance–generalism) within and among ant communities along with the possible effects of environmental variables on these trade-offs. Results: We found no support for the dominance–impoverishment rule. Instead, overall species richness at baits was positively correlated with the number of dominant species and exhibited a unimodal relationship with the relative abundance of dominant ants. Moreover, we found little consistent evidence for the three interspecific trade-offs. Main conclusion: Although total species richness at baits is positively correlated with species richness of dominant species and, to a point, increasing worker numbers of dominants, trade-offs among species do not appear to shape broad-scale patterns of coexistence among ants. Species richness declines only when the numbers of dominant workers are very high. Together, these results suggest that while trade-offs and the dominance–impoverishment rule might promote coexistence or shape ant communities in some locations, the evidence for their being general across communities is scant. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A exploração madeireira e a conversão de habitat criam microclimas mais quentes em paisagens de floresta tropical, representando uma forma poderosa de mudança climática antropogênica localizada. Acredita-se amplamente que essas condições emergentes são responsáveis por impulsionar mudanças nas comunidades de organismos encontradas em florestas tropicais modificadas, embora a base de evidências empíricas para isso seja insuficiente. Aqui investigamos como as interações entre as características fisiológicas dos gêneros e as temperaturas ambientais que eles experimentam levam a mudanças funcionais e composicionais em comunidades de formigas, um organismo-chave nos ecossistemas de floresta tropical. Descobrimos que a abundância e atividade de gêneros de formigas ao longo de um gradiente de perturbação florestal em Sabah, Bornéu Malásio, foi definida por uma interação entre sua tolerância térmica (CT<inf>max</inf>) e a temperatura ambiental. Em habitats mais perturbados e mais quentes, gêneros com alta CT<inf>max</inf> tiveram aumento na abundância relativa e atividade funcional, e aqueles com baixa CT<inf>max</inf> tiveram diminuição na abundância relativa e atividade funcional. Esta interação determinou mudanças de abundância entre floresta primária e floresta explorada que diferiam na temperatura máxima diária por modestos 1,1°C, e se fortaleceu à medida que a mudança no microclima aumentava com a perturbação. Entre habitats que diferiam por 5,6°C (floresta primária para óleo de palma) e 4,5°C (floresta explorada para óleo de palma), uma diferença de 1°C na CT<inf>max</inf> entre gêneros levou a uma mudança de 23% e 16% na abundância relativa, e uma diferença de 22% e 17% na atividade funcional. A CT<inf>max</inf> foi negativamente correlacionada com o tamanho corporal e a posição trófica, com as formigas se tornando significativamente menores e menos predatórias à medida que as temperaturas do microclima aumentavam. Nossos resultados fornecem evidências para apoiar a suposição amplamente difundida, mas nunca testada diretamente, de que as tolerâncias fisiológicas fundamentam a influência da mudança microclimática induzida por perturbação na abundância e função de invertebrados em paisagens tropicais. Um Resumo em Linguagem Simples pode ser encontrado dentro das Informações de Suporte deste artigo. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Localised climate change defines ant communities in human-modified tropical landscapes: Logging and habitat conversion create hotter microclimates in tropical forest landscapes, representing a powerful form of localised anthropogenic climate change. It is widely believed that these emergent conditions are responsible for driving changes in communities of organisms found in modified tropical forests, although the empirical evidence base for this is lacking. Here we investigated how interactions between the physiological traits of genera and the environmental temperatures they experience lead to functional and compositional changes in communities of ants, a key organism in tropical forest ecosystems. We found that the abundance and activity of ant genera along a gradient of forest disturbance in Sabah, Malaysian Borneo, was defined by an interaction between their thermal tolerance (CT<inf>max</inf>) and environmental temperature. In more disturbed, warmer habitats, genera with high CT<inf>max</inf> had increased relative abundance and functional activity, and those with low CT<inf>max</inf> had decreased relative abundance and functional activity. This interaction determined abundance changes between primary and logged forest that differed in daily maximum temperature by a modest 1.1°C, and strengthened as the change in microclimate increased with disturbance. Between habitats that differed by 5.6°C (primary forest to oil palm) and 4.5°C (logged forest to oil palm), a 1°C difference in CT<inf>max</inf> among genera led to a 23% and 16% change in relative abundance, and a 22% and 17% difference in functional activity. CT<inf>max</inf> was negatively correlated with body size and trophic position, with ants becoming significantly smaller and less predatory as microclimate temperatures increased. Our results provide evidence to support the widely held, but never directly tested, assumption that physiological tolerances underpin the influence of disturbance-induced microclimate change on the abundance and function of invertebrates in tropical landscapes. A free Plain Language Summary can be found within the Supporting Information of this article. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

The influence of age and development temperature on the temperature-related foraging risk of Formica cinerea ants: Abstract: Climate change and the subsequent increase of global temperature are the most current and important threats to biodiversity. Despite the importance of temperature, our knowledge about the level of behavioural and physiological adaptations of ant species from temperate regions to cope with high temperatures is limited compared to the broad knowledge of typical thermal specialists from warmer regions. In the current study, we investigated the temperature-related foraging risk of xerothermic ant species from the temperate climate in Europe, Formica cinerea. Our aims were to check how an increase in external soil temperature affects the foraging activity of workers and how the temperature during development and worker age affects foraging activity in high temperatures. Based on our results, we can draw the following conclusions: (1) the majority of workers utilize a risk-aversive strategy in relation to foraging in high surface temperatures; (2) pupal development temperature affects the risk taken by adult workers: workers that developed in a higher temperature forage more often but for shorter intervals compared to workers that developed in a lower temperature; (3) age is an important factor in temperature-related foraging activity, as with increasing age, workers forage significantly longer at the highest temperatures. Our study is one of the first to assess the potential factors that can affect the foraging risk of ants from a temperate climate in high ambient temperatures. Significance statement: Our study is the first direct test of workers' age and the development temperature of pupae on the thermal-related foraging strategy of adult F. cinerea workers. It shows that worker age and the development temperature of pupae interact to promote tolerance of thermal stress. We found that with increasing age, workers are prone to forage significantly longer at the highest and riskiest temperatures. Workers that developed in the high temperature (28°C) foraged more often but for shorter intervals compared to workers that developed in the lower temperature (20°C). Interestingly, the factor of age is more significant for ants that developed in the higher temperature of 28°C; the foraging time of these ants significantly increased with their age. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

As formigas (Hymenoptera: Formicidae) são um grupo conspícuo de ectotérmicos cujo comportamento, distribuição, fisiologia e aptidão são regulados pela temperatura. Consequentemente, o interesse por características como a tolerância térmica que permitem às formigas sobreviver e prosperar em climas variáveis aumentou exponencialmente nas últimas décadas. Aqui, sintetizamos a literatura publicada sobre a tolerância térmica de formigas. Iniciamos nossa revisão com a discussão de métricas comuns: limites térmicos críticos, limites térmicos letais, resistência à queda, recuperação do coma por frio e super-resfriamento. Em particular, destacamos as formas como cada métrica térmica é quantificada e oferecemos um conjunto de ressalvas metodológicas para consideração. Em seguida, descrevemos padrões e hipóteses para a tolerância térmica de formigas ao longo de gradientes térmicos espaciais e temporais. Espacialmente, focamos nas relações com latitude, altitude, urbanização e microclima. Temporalmente, focamos na plasticidade sazonal, variação diária, tradeoffs entre dominância e tolerância térmica, e aclimatação. Discutimos ainda outras fontes de variação incluindo história evolutiva, tamanho corporal, idade, castas e nutrição. Finalmente, destacamos vários tópicos de interesse para biólogos térmicos de formigas, variando em escopo desde o desenvolvimento de métodos até os impactos das mudanças climáticas. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Ant Thermal Tolerance: A Review of Methods, Hypotheses, and Sources of Variation: Ants (Hymenoptera: Formicidae) are a conspicuous group of ectotherms whose behavior, distribution, physiology, and fitness are regulated by temperature. Consequently, interest in traits like thermal tolerance that enable ants to survive and thrive in variable climates has increased exponentially over the past few decades. Here, we synthesize the published literature on the thermal tolerance of ants. We begin our review with discussion of common metrics: critical thermal limits, lethal thermal limits, knock-down resistance, chill-coma recovery, and supercooling. In particular, we highlight the ways each thermal metric is quantified and offer a set of methodological caveats for consideration. We next describe patterns and hypotheses for ant thermal tolerance along spatial and temporal temperature gradients. Spatially, we focus on relationships with latitude, elevation, urbanization, and microclimate. Temporally, we focus on seasonal plasticity, daily variation, dominance-thermal tolerance tradeoffs, and acclimation. We further discuss other sources of variation including evolutionary history, body size, age, castes, and nutrition. Finally, we highlight several topics of interest to ant thermal biologists, ranging in scope from methods development to the impacts of climate change. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

A variabilidade genética é essencial para a adaptação e pode ser adquirida através da hibridização com uma linhagem proximamente relacionada. Utilizamos formigas para investigar a adaptação térmica e a ligação entre temperatura e variação genética decorrente da hibridização. Testamos diferenças na tolerância ao frio e ao calor entre as formigas da madeira Formica polyctena e Formica aquilonia da Finlândia e seus híbridos de ocorrência natural. Utilizando operárias, descobrimos que os indivíduos parentais diferem tanto na tolerância ao frio quanto ao calor e expressam limites térmicos que refletem suas distribuições globais. Os híbridos, no entanto, não conseguem combinar a tolerância térmica das espécies parentais, pois possuem a mesma tolerância ao calor que F. polyctena, mas não a mesma tolerância ao frio que F. aquilonia. Em seguida, focamos em uma única população híbrida para investigar a relação entre variação térmica e variação genética ao longo de 16 anos usando indivíduos reprodutivos. Com base nos resultados de tolerância térmica, esperávamos que a frequência de alelos putativos de F. polyctena aumentasse em anos quentes e que os alelos de F. aquilonia aumentassem em anos frios. Encontramos suporte para isso em machos híbridos, mas não em fêmeas híbridas. Esses resultados contribuem para a compreensão dos resultados da hibridização, que podem ser específicos do sexo ou depender do ambiente. Além disso, a variabilidade genética resultante da hibridização poderia ajudar as formigas híbridas da madeira a lidar com condições térmicas em mudança. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Differences in thermal tolerance between parental species could fuel thermal adaptation in hybrid wood ants: Genetic variability is essential for adaptation and could be acquired via hybridization with a closely related lineage. We use ants to investigate thermal adaptation and the link between temperature and genetic variation arising from hybridization. We test for differences in cold and heat tolerance between Finnish Formica polyctena and Formica aquilonia wood ants and their naturally occurring hybrids. Using workers, we find that the parental individuals differ in both cold and heat tolerances and express thermal limits that reflect their global distributions. Hybrids, however, cannot combine thermal tolerance of parental species as they have the same heat tolerance as F. polyctena but not the same cold tolerance as F. aquilonia. We then focus on a single hybrid population to investigate the relationship between temperature variation and genetic variation across 16 years using reproductive individuals. On the basis of the thermal tolerance results, we expected the frequency of putative F. polyctena alleles to increase in warm years and F. aquilonia alleles to increase in cold years. We find support for this in hybrid males but not in hybrid females. These results contribute to understanding the outcomes of hybridization, which may be sex specific or depend on the environment. Furthermore, genetic variability resulting from hybridization could help hybrid wood ants cope with changing thermal conditions. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Na última década, tem-se dado crescente atenção às adaptações moleculares utilizadas por organismos para lidar com o estresse térmico. No entanto, até o momento, poucos estudos focaram em espécies termofílicas que vivem em climas quentes e áridos. Neste estudo, exploramos adaptações moleculares ao estresse térmico no gênero de formigas termofílicas Cataglyphis, um dos táxons animais mais termotolerantes do mundo. Comparamos a tolerância ao calor e os padrões de expressão gênica em seis espécies de Cataglyphis de grupos filogenéticos distintos que vivem em habitats diferentes e experimentam regimes térmicos distintos. Descobrimos que todas as seis espécies apresentaram altos níveis de tolerância ao calor com máximos térmicos críticos (CTmax) variando de 43℃ a 45℃ e uma temperatura letal mediana (LT50) variando de 44,5℃ a 46,8℃. Análises de transcriptoma revelaram que, embora o número de genes diferencialmente expressos tenha variado amplamente para as seis espécies (de 54 a 1118), muitos também foram compartilhados. A anotação funcional dos genes diferencialmente expressos e co-expressos mostrou que as vias biológicas envolvidas nas respostas ao choque térmico foram semelhantes entre as espécies e estavam associadas a quatro processos principais: a regulação da maquinaria transcricional e do metabolismo do DNA; a preservação da estabilidade do proteoma; a eliminação de resíduos tóxicos; e a manutenção da integridade celular. No geral, nossos resultados sugerem que as respostas moleculares ao estresse térmico foram evolutivamente conservadas no gênero de formigas Cataglyphis e que sua diversidade pode ajudar as operárias a suportar temperaturas próximas aos seus limites fisiológicos. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Molecular adaptations to heat stress in the thermophilic ant genus Cataglyphis: Over the last decade, increasing attention has been paid to the molecular adaptations used by organisms to cope with thermal stress. However, to date, few studies have focused on thermophilic species living in hot, arid climates. In this study, we explored molecular adaptations to heat stress in the thermophilic ant genus Cataglyphis, one of the world's most thermotolerant animal taxa. We compared heat tolerance and gene expression patterns across six Cataglyphis species from distinct phylogenetic groups that live in different habitats and experience different thermal regimes. We found that all six species had high heat tolerance levels with critical thermal maxima (CT<inf>max</inf>) ranging from 43℃ to 45℃ and a median lethal temperature (LT50) ranging from 44.5℃ to 46.8℃. Transcriptome analyses revealed that, although the number of differentially expressed genes varied widely for the six species (from 54 to 1118), many were also shared. Functional annotation of the differentially expressed and co-expressed genes showed that the biological pathways involved in heat-shock responses were similar among species and were associated with four major processes: the regulation of transcriptional machinery and DNA metabolism; the preservation of proteome stability; the elimination of toxic residues; and the maintenance of cellular integrity. Overall, our results suggest that molecular responses to heat stress have been evolutionarily conserved in the ant genus Cataglyphis and that their diversity may help workers withstand temperatures close to their physiological limits. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Determinar como os limites térmicos das espécies se correlacionam com o clima é importante para entender os padrões biogeográficos e avaliar a vulnerabilidade às mudanças climáticas. Tais análises precisam considerar gradientes térmicos em múltiplas escalas espaciais. Aqui relacionamos características térmicas de formigas de floresta tropical com condições microclimáticas do solo ao dossel (escala microgeográfica) ao longo de um gradiente de altitude (escala mesogeográfica) e calculamos a tolerância ao aquecimento para avaliar a vulnerabilidade às mudanças climáticas na Região Biogeográfica dos Trópicos Úmidos Australianos. Testamos as hipóteses de adaptação térmica e assimetria de nicho térmico para explicar padrões interespecíficos de tolerância térmica nessas duas escalas espaciais. Testamos a tolerância ao frio (CTmin), tolerância ao calor (CTmax) e calculamos a faixa de tolerância térmica (CTrange), usando ensaios de rampa para 74 colônias de 40 espécies de formigas coletadas em habitats terrestres e arbóreos em locais de baixa e alta altitude e registramos condições microclimáticas por um ano. Dentro dos locais, as formigas arbóreas foram expostas a microclimas mais quentes e em média tiveram um CTmax 4,2°C (IC 95%: 2,7–5,6°C) maior e um CTrange 5,3°C (IC 95%: 3,5–7°C) mais amplo do que as formigas terrestres. Este padrão foi consistente ao longo do gradiente de altitude, seja nas terras baixas mais quentes ou nas terras altas mais frias. Através da altitude, as formigas das terras altas podiam tolerar temperaturas significativamente mais frias do que as formigas das terras baixas, enquanto a mudança no CTmax foi menos pronunciada, e o CTrange não mudou com a altitude. A exposição diferencial aos microclimas, devido a preferências de nicho localizadas, direciona a divergência no CTmax, enquanto as temperaturas ambientais ao longo do gradiente de altitude direcionam a divergência no CTmin. Nossos resultados sugerem que ambos os processos de adaptação térmica e assimetria de nicho térmico estão em jogo, dependendo da escala espacial de observação, e discutimos mecanismos potenciais subjacentes a esses padrões. Apesar da ampla faixa de tolerância térmica das formigas arbóreas de floresta tropical, as formigas arbóreas de terras baixas tiveram a menor tolerância ao aquecimento e podem ser as mais vulneráveis às mudanças climáticas. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Arboreality drives heat tolerance while elevation drives cold tolerance in tropical rainforest ants: Determining how species thermal limits correlate with climate is important for understanding biogeographic patterns and assessing vulnerability to climate change. Such analyses need to consider thermal gradients at multiple spatial scales. Here we relate thermal traits of rainforest ants to microclimate conditions from ground to canopy (microgeographic scale) along an elevation gradient (mesogeographic scale) and calculate warming tolerance to assess climate change vulnerability in the Australian Wet Tropics Bioregion. We test the thermal adaptation and thermal niche asymmetry hypotheses to explain interspecific patterns of thermal tolerance at these two spatial scales. We tested cold tolerance (CT<inf>min</inf>), heat tolerance (CT<inf>max</inf>), and calculated thermal tolerance range (CT<inf>range</inf>), using ramping assays for 74 colonies of 40 ant species collected from terrestrial and arboreal habitats at lowland and upland elevation sites and recorded microclimatic conditions for one year. Within sites, arboreal ants were exposed to hotter microclimates and on average had a 4.2°C (95% CI: 2.7–5.6°C) higher CT<inf>max</inf> and 5.3°C (95% CI: 3.5–7°C) broader CT<inf>range</inf> than ground-dwelling ants. This pattern was consistent across the elevation gradient, whether it be the hotter lowlands or the cooler uplands. Across elevation, upland ants could tolerate significantly colder temperatures than lowland ants, whereas the change in CT<inf>max</inf> was less pronounced, and CT<inf>range</inf> did not change over elevation. Differential exposure to microclimates, due to localized niche preferences, drives divergence in CT<inf>max</inf>, while environmental temperatures along the elevation gradient drive divergence in CT<inf>min</inf>. Our results suggest that both processes of thermal adaptation and thermal niche asymmetry are at play, depending on the spatial scale of observation, and we discuss potential mechanisms underlying these patterns. Despite the broad thermal tolerance range of arboreal rainforest ants, lowland arboreal ants had the lowest warming tolerance and may be most vulnerable to climate change. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A Temperatura Crítica Máxima (CTmax) é frequentemente utilizada para caracterizar os limites térmicos superiores dos organismos e representa uma característica fundamental para avaliar a aptidão dos ectotérmicos. A falta de padronização nos ensaios de CTmax introduziu, no entanto, problemas metodológicos em sua medição, o que pode levar a estimativas questionáveis dos limites térmicos superiores das espécies. Focando em formigas, que são organismos modelo para pesquisas em ecologia térmica, objetivamos obter uma taxa de aquecimento confiável que produzirá as medidas mais rigorosas de CTmax para o maior número de espécies. Após identificar três taxas de aquecimento comumente utilizadas (0,2; 0,5 e 1,0°C min-1) na literatura, determinamos experimentalmente seus efeitos nos valores de CTmax de 27 espécies medidos usando ensaios dinâmicos. Em seguida, usamos ensaios estáticos para avaliar a precisão desses valores em função do tempo de exposição. Finalmente, usamos observações de campo das atividades de forrageamento das espécies em uma ampla faixa de temperaturas do solo para identificar os valores de CTmax biologicamente mais relevantes e desenvolver um método padronizado. Nossos resultados demonstram que o uso de uma taxa de aquecimento de 1°C min-1 em ensaios dinâmicos produz os valores de CTmax mais confiáveis para comparar os limites térmicos superiores de espécies de formigas, que são posteriormente validados em ensaios estáticos e observações de campo. Ilustramos ainda como vieses metodológicos nas medições de características fisiológicas podem afetar análises subsequentes e conclusões sobre comparações comunitárias entre estratos e habitats, e a detecção de sinal filogenético (λ de Pagel e K de Bloomberg). No geral, nosso estudo apresenta uma estrutura metodológica para identificar uma taxa de aquecimento confiável e padronizada para medir CTmax em formigas, que pode ser aplicada a outros ectotérmicos. Atenção particular deve ser dada aos valores de CTmax obtidos com taxas de aquecimento menos adequadas, e aos potenciais vieses que podem introduzir em pesquisas baseadas em características sobre aquecimento global e conversão de habitat, bem como inferências sobre conservadorismo filogenético. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Testing the reliability and ecological implications of ramping rates in the measurement of Critical Thermal maximum: Critical Thermal maximum (CTmax) is often used to characterize the upper thermal limits of organisms and represents a key trait for evaluating the fitness of ectotherms. The lack of standardization in CTmax assays has, however, introduced methodological problems in its measurement, which can lead to questionable estimates of species' upper thermal limits. Focusing on ants, which are model organisms for research on thermal ecology, we aim to obtain a reliable ramping rate that will yield the most rigorous measures of CTmax for the most species. After identifying three commonly used ramping rates (i.e., 0.2, 0.5 and 1.0°C min-1) in the literature, we experimentally determine their effects on the CTmax values of 27 species measured using dynamic assays. Next, we use static assays to evaluate the accuracy of these values in function of the time of exposure. Finally, we use field observations of species' foraging activities across a wide range of ground temperatures to identify the most biologically relevant CTmax values and to develop a standardized method. Our results demonstrate that the use of a 1°C min-1 ramping rate in dynamic assays yields the most reliable CTmax values for comparing ant species' upper thermal limits, which are further validated in static assays and field observations. We further illustrate how methodological biases in physiological trait measurements can affect subsequent analyses and conclusions on community comparisons between strata and habitats, and the detection of phylogenetic signal (Pagel's λ and Bloomberg's K). Overall, our study presents a methodological framework for identifying a reliable and standardized ramping rate to measure CTmax in ants, which can be applied to other ectotherms. Particular attention should be given to CTmax values obtained with less suitable ramping rates, and the potential biases they may introduce to trait-based research on global warming and habitat conversion, as well as inferences about phylogenetic conservatism. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Em todo o globo, prevê-se que as temperaturas aumentem com consequências para muitos grupos taxonômicos. Os artrópodes estão particularmente em risco, pois a temperatura impõe limitações fisiológicas ao crescimento, sobrevivência e reprodução. Dado que os artrópodes podem ser desproporcionalmente afetados em um clima mais quente - a questão torna-se quais táxons são vulneráveis e podemos prever os supostos vencedores e perdedores das mudanças climáticas? Para abordar esta questão, refizemos o levantamento de 33 comunidades de formigas, quantificando diferenças de 20 anos na incidência de 28 gêneros. Cada comunidade norte-americana de formigas foi pesquisada com 30 parcelas de 1 m², e a incidência de cada gênero através das 30 parcelas foi usada para estimar a mudança. Dos levantamentos originais em 1994-1997 até os novos levantamentos em 2016-2017, a temperatura aumentou em média 1°C (variação: -0,4°C a 2,5°C) e ~64% dos gêneros de formigas aumentaram em mais da metade das comunidades amostradas. Para testar a previsão da Teoria do Desempenho Térmico de que gêneros com limites térmicos médios mais altos tenderão a se acumular às custas daqueles com limites mais baixos, quantificamos máximos térmicos críticos (CTmax: as altas temperaturas nas quais perdem o controle muscular) e mínimos térmicos críticos (CTmin: as baixas temperaturas nas quais as formigas primeiro se tornam inativas) para gêneros comuns em cada local. Consistente com a previsão, encontramos uma relação positiva desacelerada entre CTmax e a proporção de locais nos quais um gênero havia aumentado. CTmin, por outro lado, não foi um preditor útil de mudança. Houve uma forte correlação positiva (r = 0,85) entre a proporção de locais onde um gênero foi encontrado com maior incidência após 20 anos e a diferença média no número de parcelas ocupadas por local, sugerindo que gêneros com altos valores de CTmax tenderam a ocupar mais parcelas em mais locais após 20 anos. Características funcionais térmicas como CTmax provaram assim ser úteis na previsão de padrões de mudança comunitária de longo prazo em um táxon de inseto dominante e diverso. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal traits predict the winners and losers under climate change: an example from North American ant communities: Across the globe, temperatures are predicted to increase with consequences for many taxonomic groups. Arthropods are particularly at risk as temperature imposes physiological constraints on growth, survival, and reproduction. Given that arthropods may be disproportionately affected in a warmer climate—the question becomes which taxa are vulnerable and can we predict the supposed winners and losers of climate change? To address this question, we resurveyed 33 ant communities, quantifying 20-yr differences in the incidence of 28 genera. Each North American ant community was surveyed with 30 1-m2 plots, and the incidence of each genus across the 30 plots was used to estimate change. From the original surveys in 1994–1997 to the resurveys in 2016–2017, temperature increased on average 1°C (range, −0.4°C to 2.5°C) and ~64% of ant genera increased in more than half of the sampled communities. To test Thermal Performance Theory's prediction that genera with higher average thermal limits will tend to accumulate at the expense of those with lower limits, we quantified critical thermal maxima (CT<inf>max</inf>: the high temperatures at which they lose muscle control) and minima (CT<inf>min</inf>: the low temperatures at which ants first become inactive) for common genera at each site. Consistent with prediction, we found a positive decelerating relationship between CT<inf>max</inf> and the proportion of sites in which a genus had increased. CT<inf>min</inf>, by contrast, was not a useful predictor of change. There was a strong positive correlation (r = 0.85) between the proportion of sites where a genus was found with higher incidence after 20 yr and the average difference in number of plots occupied per site, suggesting genera with high CT<inf>max</inf> values tended to occupy more plots at more sites after 20 yr. Thermal functional traits like CT<inf>max</inf> have thus proved useful in predicting patterns of long-term community change in a dominant, diverse insect taxon. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os ritmos de forrageamento em insetos eussociais são determinados pelo padrão geral da colônia. No entanto, nas operárias de formigas cortadeiras, os ritmos individuais não estão totalmente sincronizados com o ritmo da colônia. A colônia como um todo é noturna, uma vez que a maior parte da atividade das operárias ocorre à noite; no entanto, algumas operárias forrageiam durante o dia. Estudos anteriores em formigas individualizadas sugerem a coexistência de operárias noturnas e diurnas. Aqui, observações dentro da colônia, em formigas cortadeiras, mostraram que as operárias têm preferência diferencial pelo horário de forrageamento, o que, interessantemente, está associado ao tamanho do corpo e ao envolvimento diferencial no transporte de folhas. As formigas noturnas são menores e menos engajadas no transporte de folhas, enquanto as formigas diurnas são maiores e mais engajadas no carregamento de folhas. Os mecanismos subjacentes à divisão do trabalho em turnos em formigas ainda são desconhecidos, mas muito pode ser extrapolado das abelhas; outro sistema social que apresenta um padrão similar. Uma organização coletiva como esta favorece a exploração constante de fontes de alimento, preservando os padrões de ritmo natural individual, que surgem de diferenças individuais, e a tolerância térmica, dada pelo polimorfismo de tamanho apresentado por esta espécie. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Division of labor in work shifts by leaf-cutting ants: Foraging rhythms in eusocial insects are determined by the colony´s overall pattern. However, in leaf-cutting ant workers, individual rhythms are not fully synchronized with the colonies’ rhythm. The colony as a whole is nocturnal, since most worker activity takes place at night; however some workers forage during the day. Previous studies in individualized ants suggest nocturnal and diurnal workers coexistence. Here observations within the colony, in leaf-cutting ants, showed that workers have differential foraging time preference, which interestingly is associated to body size and differential leaf transportation engagement. Nocturnal ants are smaller and less engaged in leaf transportation whereas diurnal ants are bigger and more engaged in leaf carriage. Mechanisms underlying division of labor in work shifts in ants are still unknown but much can be extrapolated from honeybees; another social system bearing a similar pattern. A collective organization like this favors constant exploitation of food sources while preserving natural individual rhythm patterns, which arise from individual differences, and thermal tolerance, given by the size polymorphism presented by this species. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

A mudança climática é um dos principais agentes do declínio global na abundância de insetos. Devido às suas faixas térmicas estreitas, prevê-se que os ectotérmicos tropicais sejam os mais ameaçados pelo aquecimento global, mas os testes dessa previsão são frequentemente confundidos por outras perturbações antropogênicas. Utilizamos um experimento de aquecimento do solo em floresta tropical para testar diretamente o efeito do aumento de temperatura sobre formigas que habitam a serapilheira. Dois anos de aquecimento contínuo levaram a uma mudança na comunidade de formigas entre as parcelas de aquecimento e controle. Especificamente, seis gêneros de formigas foram registrados apenas nas parcelas aquecidas, e um gênero apenas nas parcelas controle. Wasmannia auropunctata, uma espécie frequentemente invasiva em outros locais, mas nativa desta floresta, foi mais abundante nas parcelas aquecidas. O recrutamento de formigas em iscas foi melhor previsto pela temperatura da superfície do solo e pela tolerância ao calor das formigas. Esses resultados sugerem que a tolerância ao calor é útil para prever mudanças na atividade diária de forrageamento, que está diretamente ligada à aptidão da colônia. Mostramos que um aumento de temperatura de 2 anos (de 2–4°C) pode ter um efeito profundo sobre os insetos mais abundantes, potencialmente favorecendo espécies com características invasoras e tolerâncias moderadas ao calor. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Tropical ant community responses to experimental soil warming: Climate change is one of the primary agents of the global decline in insect abundance. Because of their narrow thermal ranges, tropical ectotherms are predicted to be most threatened by global warming, yet tests of this prediction are often confounded by other anthropogenic disturbances. We used a tropical forest soil warming experiment to directly test the effect of temperature increase on litter-dwelling ants. Two years of continuous warming led to a change in ant community between warming and control plots. Specifically, six ant genera were recorded only on warming plots, and one genus only on control plots. Wasmannia auropuctata, a species often invasive elsewhere but native to this forest, was more abundant in warmed plots. Ant recruitment at baits was best predicted by soil surface temperature and ant heat tolerance. These results suggest that heat tolerance is useful for predicting changes in daily foraging activity, which is directly tied to colony fitness. We show that a 2-year increase in temperature (of 2–4°C) can have a profound effect on the most abundant insects, potentially favouring species with invasive traits and moderate heat tolerances. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O modelo de tempo-térmico-mortal (TTM) tem se mostrado altamente consistente na descrição dos limites térmicos superiores em ectotérmicos através do espaço e tempo. A parametrização do modelo TTM poderia, portanto, fornecer novos insights sobre as associações entre tolerância ao calor, estratégias de aclimatação e distribuição de espécies em uma variedade de modelos animais, incluindo formigas. Neste estudo, primeiro demonstramos que a parametrização TTM representa um forte modelo conceitual para descrever os limites térmicos superiores em uma comparação multiespécies de espécies de formigas europeias. Além de prever com precisão a tolerância ao calor a partir de ensaios dinâmicos e estáticos, os modelos TTM ainda fornecem coeficientes de sensibilidade térmica (z) específicos por espécie que são amplamente não correlacionados com os limites térmicos absolutos. Segundo, usando esses parâmetros validados, mostramos que nem a tolerância ao calor nem os coeficientes de sensibilidade ao calor são responsivos à aclimatação adulta e, usando um banco de dados recentemente lançado de temperaturas do solo, mostramos que as temperaturas da superfície do solo são preditores fracos da tolerância ao calor das espécies. Esses resultados destacam que os modelos TTM oferecem fortes vantagens conceituais para unificar métricas de tolerância ao calor resultantes de várias metodologias, mas também que a maior parte da informação interespecífica sobre tolerância ao calor já é capturada nos ensaios dinâmicos mais simples e comumente usados. Além disso, a falta de associação clara entre limites térmicos, sensibilidade térmica e temperaturas do solo oferece suporte adicional à sugestão de que a evolução da tolerância ao calor em formigas é impulsionada por variações de temperatura em escala microclimática, comportamento e história filogenética. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal-death-time model as a tool to analyze heat tolerance, acclimation, and biogeography in ants: The thermal-death-time (TDT) model has proven highly consistent in describing upper thermal limits in ectotherms through space and time. TDT model parameterization could thus yield new insights into the associations between heat tolerance, acclimation strategies, and species distribution in a range of animal models, including ants. In this study, we first demonstrate that TDT parameterization represents a strong conceptual model to describe upper thermal limits in a multispecies comparison of European ant species. In addition to accurately predicting heat tolerance from dynamic and static assays, TDT models further provide species-specific coefficients of thermal sensitivity (z) that are largely uncorrelated with absolute thermal limits. Second, using these validated parameters, we show that neither heat tolerance nor coefficients of heat sensitivity are responsive to adult acclimation and, using a recently released database of soil temperatures, show that soil surface temperatures are poor predictors of species’ heat tolerance. These results highlight that TDT models offer strong conceptual advantages to unify heat-tolerance metrics resulting from various methodologies, but also that most of the interspecific information on heat tolerance is already captured in the simpler, more commonly used dynamic assays. In addition, the lack of clear association between thermal limits, thermal sensitivity, and ground temperatures lends further support to the suggestion that the evolution of heat tolerance in ants is driven by temperature variations at the microclimatic scale, behavior, and phylogenetic history. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A variação térmica tem efeitos complexos sobre os organismos e eles respondem a esses efeitos através de mecanismos comportamentais e fisiológicos combinados. No entanto, é menos claro como essas características se combinam em resposta a mudanças na condição corporal (por exemplo, tamanho, hidratação) e fatores ambientais que cercam o processo de aquecimento (por exemplo, umidade relativa, temperaturas iniciais, taxas de aquecimento). Testamos se essas condições corporais e fatores ambientais influenciam sequencialmente os Máximos Térmicos Voluntários (VTmax) e os Máximos Térmicos Críticos (CTmax) em formigas cortadeiras (Atta sexdens rubropilosa, Forel, 1908). VTmax e CTmax reagiram diferentemente a mudanças no tamanho corporal e umidade relativa, mas exibiram respostas similares ao nível de hidratação, temperatura inicial e taxa de aquecimento. Surpreendentemente, o VTmax de operárias de tamanho médio estava mais próximo de seu CTmax do que o VTmax de suas irmãs menores e maiores, sugerindo que as forrageiras mantêm comportamento normal em temperaturas mais altas do que as formigas irmãs que geralmente realizam tarefas dentro da colônia. Experimentos anteriores baseados em desenhos de placas quentes podem superestimar o CTmax das formigas. VTmax e CTmax podem responder concomitantemente ou não aos aumentos de temperatura, dependendo da condição corporal e fatores ambientais. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Leaf-cutting ants’ critical and voluntary thermal limits show complex responses to size, heating rates, hydration level, and humidity: Thermal variation has complex effects on organisms and they respond to these effects through combined behavioral and physiological mechanisms. However, it is less clear how these traits combine in response to changes in body condition (e.g., size, hydration) and environmental factors that surround the heating process (e.g., relative humidity, start temperatures, heating rates). We tested whether these body conditions and environmental factors influence sequentially measured Voluntary Thermal Maxima (VT<inf>max</inf>) and Critical Thermal Maxima, (CT<inf>max</inf>) in leaf-cutting ants (Atta sexdens rubropilosa, Forel, 1908). VT<inf>max</inf> and CT<inf>max</inf> reacted differently to changes in body size and relative humidity, but exhibited similar responses to hydration level, start temperature, and heating rate. Strikingly, the VT<inf>max</inf> of average-sized workers was closer to their CT<inf>max</inf> than the VT<inf>max</inf> of their smaller and bigger sisters, suggesting foragers maintain normal behavior at higher temperatures than sister ants that usually perform tasks within the colony. Previous experiments based on hot plate designs might overestimate ants’ CT<inf>max</inf>. VT<inf>max</inf> and CT<inf>max</inf> may respond concomitantly or not to temperature rises, depending on body condition and environmental factors. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

As florestas tropicais experimentam um clima relativamente estável, mas não são termicamente uniformes. O dossel da floresta tropical é mais quente e termicamente mais variável que o sub-bosque. Espera-se que o estresse térmico no dossel aumente com o aquecimento global, potencialmente ameaçando seus habitantes. Aqui, avaliamos o impacto do aquecimento nos artrópodes de dossel tropical mais abundantes - as formigas. Enquanto forrageadores podem escapar de galhos quentes, a prole e as operárias dentro de ninhos de galhos podem ser incapazes de evitar o estresse térmico. Examinamos a escolha de ninho e o comportamento de abandono - evacuação do ninho em resposta ao estresse térmico - de quatro gêneros comuns de formigas que nidificam em galhos. Descobrimos que gêneros que nidificam quase exclusivamente no dossel ocupam cavidades menores em comparação com Camponotus e Crematogaster que nidificam em todos os estratos florestais. Formigas Crematogaster abandonaram nas temperaturas mais baixas em experimentos de aquecimento com ninhos naturais e artificiais. Operárias de Cephalotes foram geralmente menos propensas a abandonar seus ninhos. Este é o primeiro teste de termorregulação comportamental em formigas de dossel de floresta tropical, e destaca diferentes estratégias e sensibilidades ao estresse térmico. A evitação comportamental é a primeira linha de defesa contra o estresse térmico e será crucial para pequenos ectotérmicos que enfrentam temperaturas regionais e locais crescentes. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Behavioral response to heat stress of twig-nesting canopy ants: Tropical forests experience a relatively stable climate, but are not thermally uniform. The tropical forest canopy is hotter and thermally more variable than the understory. Heat stress in the canopy is expected to increase with global warming, potentially threatening its inhabitants. Here, we assess the impact of heating on the most abundant tropical canopy arthropods—ants. While foragers can escape hot branches, brood and workers inside twig nests might be unable to avoid heat stress. We examined nest choice and absconding behavior—nest evacuation in response to heat stress—of four common twig-nesting ant genera. We found that genera nesting almost exclusively in the canopy occupy smaller cavities compared to Camponotus and Crematogaster that nest across all forest strata. Crematogaster ants absconded at the lowest temperatures in heating experiments with both natural and artificial nests. Cephalotes workers were overall less likely to abscond from their nests. This is the first test of behavioral thermoregulation in tropical forest canopy ants, and it highlights different strategies and sensitivities to heat stress. Behavioral avoidance is the first line of defense against heat stress and will be crucial for small ectotherms facing increasing regional and local temperatures. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Objetivo: As previsões de distribuições futuras de espécies baseiam-se na suposição de que as condições climáticas na área de distribuição atual refletem os requisitos do nicho fundamental. Até agora, permanece incerto até que ponto isso é verdade. Testamos se três fatores importantes que determinam o nicho fundamental — ecofisiologia, morfologia e história evolutiva — podem prever o nicho realizado, usando formigas especialistas térmicas. Elas são organismos modelo adequados porque sua temperatura corporal, metabolismo e aptidão estão intimamente ligados às temperaturas do habitat. Localização: Península Ibérica e Magrebe. Período: 2013–2015. Principais táxons estudados: Formigas (Hymenoptera:Formicidae). Métodos: Medimos a tolerância ao calor, recuperação do coma por frio, tamanho corporal e relações filogenéticas em 19 formigas especialistas do deserto do gênero Cataglyphis para testar se esses determinantes importantes dos nichos fundamentais são bons preditores dos nichos realizados das espécies. Modelamos os nichos climáticos das espécies usando 19 variáveis bioclimáticas do WorldClim para as ocorrências registradas de cada espécie. Resultados: Nenhum dos determinantes do nicho fundamental das espécies estava ligado ao seu nicho climático realizado, modelado usando modelos de distribuição de espécies. No entanto, tanto a tolerância ao calor quanto a recuperação do coma por frio foram altamente correlacionadas com o tamanho corporal e todos os três traços termorregulatórios foram filogeneticamente restritos, sugerindo que eles refletem requisitos fundamentais de cada espécie. Principais conclusões: Nossos resultados desafiam a suposição básica da modelagem de nicho climático, de que o nicho realizado pode ser usado como um proxy para determinar os requisitos do nicho fundamental. Essas descobertas são particularmente preocupantes para estudos que usam o nicho realizado atual das espécies para prever suas respostas às mudanças climáticas. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Can thermoregulatory traits and evolutionary history predict climatic niches of thermal specialists?: Aim: Predictions of future species distributions rest on the assumption that climatic conditions in the current range reflect fundamental niche requirements. So far, it remains unclear to what extent this is true. We tested if three important factors determining fundamental niche—ecophysiology, morphology and evolutionary history—can predict the realized niche, using thermal specialist ants. They are suitable model organisms because their body temperature, metabolism and fitness are closely tied to the habitat temperatures. Location: Iberian Peninsula and Maghreb. Time period: 2013–2015. Major taxa studied: Ants (Hymenoptera:Formicidae). Methods: We measured heat tolerance, chill coma recovery, body size and phylogenetic relationships in 19 desert specialist ants in the genus Cataglyphis to test if these important determinants of fundamental niches are good predictors of species realized niches. We modelled species climatic niches using 19 bioclimatic variables from WorldClim for recorded occurrence of each species. Results: None of the determinants of the species' fundamental niche were linked to their realized climatic niche, modelled using species distribution models. However, both heat tolerance and chill coma recovery were highly correlated with body size and all three thermoregulatory traits were phylogenetically constrained, suggesting they reflect fundamental requirements of each species. Main conclusions: Our results challenge the basic assumption of climatic niche modelling, that the realized niche can be used as a proxy for determining fundamental niche requirements. These findings are particularly concerning for studies that use the species' current realized niche to predict their responses to climate change. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A teoria sugere que o desempenho aumenta com a temperatura até um ponto de otimização antes de diminuir rapidamente à medida que um animal se aproxima de seu limite térmico superior. Aqui, usamos a formiga colhedora vermelha, Pogonomyrmex barbatus, para testar previsões sobre como as flutuações diárias de temperatura e a tolerância térmica se combinam para influenciar uma métrica de desempenho - o forrageamento. Ao longo de 2 anos, rastreamos 322 viagens de forrageamento de 15 colônias em uma pradaria de gramíneas mistas do sudoeste de Oklahoma. Durante cada viagem, medimos a temperatura da superfície, distância, tempo, massa do trabalhador, massa da semente e ritmo de forrageamento (ou seja, velocidade de corrida). Para avaliar a tolerância ao calor de P. barbatus, medimos a CT<inf>máx</inf> e a resistência à queda de trabalhadores coletados em campo no laboratório. O tempo da viagem, mas não a distância, diminuiu com o aumento da temperatura, resultando em um aumento do ritmo de forrageamento à medida que as formigas se aproximavam de sua CT<inf>máx</inf> de 50°C. Testes de resistência à queda confirmaram que 50°C é um limite térmico superior, pois os indivíduos mostraram sobrevivência decrescente de 100% a 45°C para 0% a 50°C. O tamanho do trabalhador e o tamanho da semente coletada não foram relacionados à temperatura. Nossos resultados destacam como as flutuações diárias de temperatura impulsionam a atividade, não apenas limitando o forrageamento, mas também aumentando as taxas de forrageamento próximo ao limite térmico. Se as temperaturas continuarem a aumentar, a capacidade de forrageamento desta e de espécies similares pode ser restrita a uma janela cada vez mais estreita, com efeitos potencialmente estendendo-se à comunidade circundante. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal tolerance regulates foraging behaviour of ants: Theory suggests that performance increases with temperature up to an optimization point before rapidly decreasing as an animal approaches its upper thermal limit. Here, we use the red harvester ant, Pogonomyrmex barbatus, to test predictions about how daily temperature fluctuations and thermal tolerance combine to influence one metric of performance—foraging. Over 2 years, we tracked 322 foraging trips from 15 colonies in a mixed grass prairie of southwestern Oklahoma. During each trip, we measured surface temperature, distance, time, worker mass, seed mass, and foraging tempo (i.e., running speed). To assess P. barbatus heat tolerance, we measured CT<inf>max</inf> and knock-down resistance of field-collected workers in the lab. Trip time, but not distance, decreased with increasing temperature, resulting in an increased foraging tempo as ants neared their CT<inf>max</inf> of 50°C. Knock-down resistance trials confirmed that 50°C is an upper thermal limit, as individuals showed decreasing survival from 100% at 45°C to 0% at 50°C. Worker size and collected seed size were unrelated to temperature. Our results highlight how daily temperature fluctuations drive activity, not only by limiting foraging but also by increasing foraging rates near the thermal limit. If temperatures continue to increase, the foraging ability of this and similar species may be restricted to an ever-narrowing window with effects potentially extending to the surrounding community. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Thermal physiology, foraging pattern, and worker body size interact to influence coexistence in sympatric polymorphic harvester ants (Messor spp.): Abstract: Physiological thermal limits can mediate species coexistence at local scales. However, it is challenging to untangle the role they play when coexisting species are also highly related, given that phylogeny may inform physiology. However, if species exploit similar trophic resources, there must be a degree of niche differentiation that precludes competitive exclusion. Physiological traits frequently correlate with body size. Furthermore, they often vary within and among animal populations, allowing organisms to optimize their foraging dynamics under different thermal conditions. Here, we analyzed interactions among critical thermal maxima (CTmax), foraging patterns, and forager size in three congeneric, sympatric, and polymorphic harvester ant species (Messor barbarus, M. bouvieri, and M. capitatus). We characterized CTmax for different-sized foragers sampled from co-occurring colonies of the three species and analyzed the colonies’ daily and seasonal foraging patterns. We also performed a baiting experiment using M. barbarus to explore the relationship between forager size and foraging temperature. In general, the species displayed different CTmax values. For similar-sized foragers, the less polymorphic M. bouvieri had higher CTmax values than did the highly polymorphic M. barbarus and M. capitatus. There was a strong positive relationship between worker size and CTmax within colonies, but the results of the baiting experiment found that foraging temperature did not influence forager size distributions. While interspecific differences in foraging patterns were influenced by environmental temperatures, these dynamics were not fully attributable to species physiology. Competition may be playing an important role as well, in the form of other factors. Significance statement: Congeneric, sympatric, and polymorphic species that occupy similar trophic niches can display different physiological thermal limits and foraging patterns. However, physiological differences alone do not explain species coexistence. Competition might be at work as well, operating in forms other than thermal physiology. Indeed, coexistence may occur because competition acts through behavioral patterns, such as temporal segregation in foraging. Here, although larger workers had higher critical thermal maxima, Messor barbarus did not appear to send out larger foragers when temperatures were higher. The absence of such a response could potentially hobble species persistence under future conditions of climate change. To understand how global changes will affect the world’s terrestrial ecosystems, we need research that examines species physiology and biotic interactions in tandem. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

As formigas (Hymenoptera: Formicidae) são um dos organismos terrestres mais dominantes em todo o mundo. Elas são extremamente abundantes, tanto em termos de números absolutos quanto de biomassa, em todos os continentes, exceto na Antártida, e estão profundamente inseridas em uma diversidade de redes e processos ecológicos. As formigas também são organismos eussociais e coloniais - seu ciclo de vida é construído sobre o trabalho de operárias estéreis que sustentam um pequeno número de indivíduos reprodutivos. Diante das mudanças climáticas que nosso planeta enfrenta, precisamos entender como vários grupos taxonômicos importantes responderão; isso inclui as formigas. Nesta revisão, sintetizamos a literatura disponível para abordar essa questão. A resposta é complexa. A literatura sobre formigas tem se concentrado na temperatura, e entendemos amplamente as formas pelas quais as mudanças térmicas podem afetar colônias, populações e comunidades de formigas. Em geral, esperamos que espécies que vivem nos trópicos e em microhabitats termicamente variáveis, como dossel e serapilheira, sejam impactadas negativamente pelo aumento das temperaturas. No entanto, espécies que vivem em zonas temperadas e aquelas capazes de amortecer termicamente seus ninhos no solo ou evitar comportamentalmente temperaturas mais altas provavelmente não serão afetadas ou podem até se beneficiar de um clima alterado. Como as formigas responderão a mudanças em outros fatores abióticos associados às mudanças climáticas é amplamente desconhecido, assim como os detalhes sobre como populações e comunidades de formigas alteradas se propagarão por suas redes ecológicas mais amplas. Discutimos como a eussocialidade pode permitir que as formigas se adaptem ou tolerem as mudanças climáticas de maneiras que organismos solitários não podem e identificamos pontos críticos geográficos e filogenéticos de vulnerabilidade e resistência climática. Finalizamos enfatizando as principais questões de pesquisa que precisamos abordar daqui para frente para que possamos compreender totalmente como este grupo crítico de insetos responderá à contínua crise climática. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The response of ants to climate change: Ants (Hymenoptera: Formicidae) are one of the most dominant terrestrial organisms worldwide. They are hugely abundant, both in terms of sheer numbers and biomass, on every continent except Antarctica and are deeply embedded within a diversity of ecological networks and processes. Ants are also eusocial and colonial organisms—their lifecycle is built on the labor of sterile worker ants who support a small number of reproductive individuals. Given the climatic changes that our planet faces, we need to understand how various important taxonomic groups will respond; this includes the ants. In this review, we synthesize the available literature to tackle this question. The answer is complicated. The ant literature has focused on temperature, and we broadly understand the ways in which thermal changes may affect ant colonies, populations, and communities. In general, we expect that species living in the Tropics, and in thermally variable microhabitats, such as the canopy and leaf litter environments, will be negatively impacted by rising temperatures. Species living in the temperate zones and those able to thermally buffer their nests in the soil or behaviorally avoid higher temperatures, however, are likely to be unaffected or may even benefit from a changed climate. How ants will respond to changes to other abiotic drivers associated with climate change is largely unknown, as is the detail on how altered ant populations and communities will ramify through their wider ecological networks. We discuss how eusociality may allow ants to adapt to, or tolerate, climate change in ways that solitary organisms cannot and we identify key geographic and phylogenetic hotspots of climate vulnerability and resistance. We finish by emphasizing the key research questions that we need to address moving forward so that we may fully appreciate how this critical insect group will respond to the ongoing climate crisis. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A suposição de que diferenças nos traços das espécies refletem seus diferentes nichos há muito influencia como os ecólogos inferem processos a partir de padrões de assembleia. Por exemplo, muitos avaliam a importância da filtragem ambiental versus a competição por limitação de similaridade clássica ao impulsionar invasões biológicas examinando se os traços dos invasores são similares ou dissimilares aos dos residentes, respectivamente. Entretanto, evidências crescentes sugerem que diferenças hierárquicas entre os valores de traços das espécies podem distinguir suas habilidades competitivas (por exemplo, para o mesmo recurso) em vez de seus nichos. Se tal competição hierárquica mediada por traços explica invasões e estrutura assembleias é menos explorado. Integramos análises de traços morfológicos, dietéticos, fisiológicos e comportamentais para testar se a filtragem ambiental, a competição por limitação de similaridade ou a competição hierárquica explicam invasões por formigas-de-fogo em assembleias de formigas. Detectamos ambos os mecanismos de competição; o sucesso da invasão não é apenas explicado pela limitação de similaridade no tamanho corporal e tolerância térmica (presumivelmente permitindo ao invasor explorar nichos diferentes dos residentes), mas também pela posição superior do invasor em hierarquias de traços refletindo competição por recursos tróficos comuns. Descobrimos que os dois mecanismos geram padrões complexos de diversidade funcional em nível de assembleia - superdispersão em alguns traços, agrupamento em outros - sugerindo que seus efeitos provavelmente passam despercebidos por análises restritas a poucos traços e medidas compostas de diversidade de traços. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Trait-mediated competition drives an ant invasion and alters functional diversity: The assumption that differences in species' traits reflect their different niches has long influenced how ecologists infer processes from assemblage patterns. For instance, many assess the importance of environmental filtering versus classical limiting-similarity competition in driving biological invasions by examining whether invaders' traits are similar or dissimilar to those of residents, respectively. However, mounting evidence suggests that hierarchical differences between species' trait values can distinguish their competitive abilities (e.g. for the same resource) instead of their niches. Whether such trait-mediated hierarchical competition explains invasions and structures assemblages is less explored. We integrate morphological, dietary, physiological and behavioural trait analyses to test whether environmental filtering, limiting-similarity competition or hierarchical competition explain invasions by fire ants on ant assemblages. We detect both competition mechanisms; invasion success is not only explained by limiting similarity in body size and thermal tolerance (presumably allowing the invader to exploit different niches from residents), but also by the invader's superior position in trait hierarchies reflecting competition for common trophic resources. We find that the two mechanisms generate complex assemblage-level functional diversity patterns-overdispersion in some traits, clustering in others-suggesting their effects are likely missed by analyses restricted to a few traits and composite trait diversity measures. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Limites térmicos críticos (LTCs) restringem o desempenho dos organismos, moldando sua abundância, distribuições atuais e distribuições futuras. Consequentemente, os LTCs também podem determinar a qualidade dos serviços ecossistêmicos, bem como a vulnerabilidade dos organismos e ecossistemas às mudanças climáticas. Como alguns dos animais mais ubíquos nos ecossistemas terrestres, as formigas são membros importantes das comunidades ecológicas. Nos últimos anos, um corpo crescente de pesquisas tem explorado os limites térmicos fisiológicos das formigas. No entanto, esses dados de LTC tendem a se concentrar em poucas espécies e regiões biogeográficas. Para incentivar uma expansão de perspectivas, revisamos aqui os fatores que determinam os LTCs das formigas e examinamos seus efeitos nas distribuições atuais e futuras das espécies e nos processos ecossistêmicos. Ênfase especial é dada às implicações dos LTCs para salvaguardar a diversidade de formigas e os serviços ecossistêmicos mediados por formigas no futuro. Primeiro, compilamos, quantificamos e categorizamos estudos sobre LTCs de formigas com base no táxon estudado, região biogeográfica, metodologia e questão de pesquisa. Segundo, usamos este banco de dados abrangente para analisar os fatores abióticos e bióticos que moldam os LTCs das formigas. Nossos resultados destacam como os LTCs podem afetar os padrões de distribuição futura e o desempenho ecológico em formigas. Adicionalmente, identificamos as maiores lacunas remanescentes no conhecimento e criamos um roteiro de pesquisa para promover avanços rápidos neste campo de estudo. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Critical thermal limits in ants and their implications under climate change: Critical thermal limits (CTLs) constrain the performance of organisms, shaping their abundance, current distributions, and future distributions. Consequently, CTLs may also determine the quality of ecosystem services as well as organismal and ecosystem vulnerability to climate change. As some of the most ubiquitous animals in terrestrial ecosystems, ants are important members of ecological communities. In recent years, an increasing body of research has explored ant physiological thermal limits. However, these CTL data tend to centre on a few species and biogeographical regions. To encourage an expansion of perspectives, we herein review the factors that determine ant CTLs and examine their effects on present and future species distributions and ecosystem processes. Special emphasis is placed on the implications of CTLs for safeguarding ant diversity and ant-mediated ecosystem services in the future. First, we compile, quantify, and categorise studies on ant CTLs based on study taxon, biogeographical region, methodology, and study question. Second, we use this comprehensive database to analyse the abiotic and biotic factors shaping ant CTLs. Our results highlight how CTLs may affect future distribution patterns and ecological performance in ants. Additionally, we identify the greatest remaining gaps in knowledge and create a research roadmap to promote rapid advances in this field of study. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Investigações de fenótipos comportamentais termicamente adaptativos são críticas tanto para compreender o clima como uma força seletiva quanto para prever as distribuições globais de espécies sob condições de mudança climática. A fundação cooperativa de ninhos é uma estratégia comum em ambientes hostis para muitas espécies e pode melhorar o crescimento e a vantagem competitiva, mas se essa estratégia social tem efeitos diretos na tolerância térmica era previamente desconhecido. Examinamos os efeitos de estratégias sociais alternativas na tolerância térmica em uma formiga do deserto facultativamente poligínica (com múltiplas rainhas), Pogonomyrmex californicus, perguntando se e como o número de rainhas afeta as tolerâncias térmicas das operárias. Estabelecemos e criamos colônias de laboratório com uma a quatro rainhas, então quantificamos as tolerâncias ao calor de todos os membros da colônia (temperatura crítica máxima [CT<inf>max</inf>]). Operárias de colônias com mais rainhas apresentaram CT<inf>max</inf> maior e menos variável. Nossos achados assemelham-se a padrões de elo fraco, nos quais o desempenho térmico do grupo colonial é melhorado reduzindo as frequências dos indivíduos mais vulneráveis à temperatura. Usando temperaturas ambientes de nosso local de coleta, mostramos que colônias com múltiplas rainhas têm distribuições de tolerância térmica que permitem aumento do forrageamento ao meio-dia em ambientes desérticos quentes. Nossos resultados sugerem vantagens para a poliginia sob cenários de mudança climática e levantam a questão de saber se a tolerância térmica melhorada é um fator que permitiu o sucesso de espécies poligínicas em outros ambientes climaticamente extremos. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Social Factors in Heat Survival: Multiqueen Desert Ant Colonies Have Higher and More Uniform Heat Tolerance: Investigations of thermally adaptive behavioral phenotypes are critical for both understanding climate as a selective force and predicting global species distributions under climate change conditions. Cooperative nest founding is a common strategy in harsh environments for many species and can enhance growth and competitive advantage, but whether this social strategy has direct effects on thermal tolerance was previously unknown. We examined the effects of alternative social strategies on thermal tolerance in a facultatively polygynous (multiqueen) desert ant, Pogonomyrmex californicus, asking whether and how queen number affects worker thermal tolerances. We established and reared lab colonies with one to four queens, then quantified all colony member heat tolerances (maximum critical temperature [CT<inf>max</inf>]). Workers from colonies with more queens had higher and less variant CT<inf>max</inf>. Our findings resemble weak link patterns, in which colony group thermal performance is improved by reducing frequencies of the most temperature-vulnerable individuals. Using ambient temperatures from our collection site, we show that multiqueen colonies have thermal tolerance distributions that enable increased midday foraging in hot desert environments. Our results suggest advantages to polygyny under climate change scenarios and raise the question of whether improved thermal tolerance is a factor that has enabled the success of polygyne species in other climatically extreme environments. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Objetivo: Compreender e prever as consequências biológicas das mudanças climáticas requer considerar a sensibilidade térmica dos organismos em relação às temperaturas ambientais. Uma abordagem comum envolve 'margens de segurança térmica' (MSTs), geralmente estimadas como a diferença de temperatura entre a temperatura mais alta que um organismo pode tolerar (temperatura crítica máxima, CT<inf>max</inf>) e a temperatura ambiental média ou máxima que ele experimenta. No entanto, os organismos enfrentam estresse térmico e perda de desempenho em temperaturas corporais abaixo de sua CT<inf>max</inf>, e a inclinação dessa perda aumenta com a assimetria da curva de desempenho térmico (CDT). Localização: Global. Período: 2015–2019. Principais táxons estudados: Formigas, peixes, insetos, lagartos e fitoplâncton. Métodos: Examinamos a variabilidade na assimetria da CDT e as implicações para o estresse térmico em 384 populações de 289 espécies entre táxons e para métricas incluindo locomoção de formigas e lagartos, crescimento de peixes e aptidão de insetos e fitoplâncton. Resultados: Descobrimos que o ótimo térmico (T<inf>opt</inf>, além do qual o desempenho declina) é mais lábil que a CT<inf>max</inf>, induzindo variação interespecífica na assimetria. Importante, o grau de assimetria da CDT aumenta com o T<inf>opt</inf>. Assim, embora populações com T<inf>opt</inf> mais altos em um ambiente quente possam experimentar temperaturas corporais acima do ótimo com menos frequência do que populações com T<inf>opt</inf> mais baixos, elas ainda assim experimentam declínios mais acentuados no desempenho em altas temperaturas corporais. Estimativas do declínio cumulativo anual no desempenho para temperaturas acima do T<inf>opt</inf> sugerem que a assimetria da CDT altera o início, taxa e severidade do decréscimo de desempenho em altas temperaturas corporais. Principais conclusões: Espécies com as mesmas MSTs podem experimentar diferentes riscos térmicos devido a diferenças na assimetria da CDT. Métricas que incorporam aspectos adicionais da forma da CDT capturam melhor o risco térmico das mudanças climáticas do que as MSTs. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Asymmetry of thermal sensitivity and the thermal risk of climate change: Aim: Understanding and predicting the biological consequences of climate change requires considering the thermal sensitivity of organisms relative to environmental temperatures. One common approach involves ‘thermal safety margins’ (TSMs), which are generally estimated as the temperature differential between the highest temperature an organism can tolerate (critical thermal maximum, CT<inf>max</inf>) and the mean or maximum environmental temperature it experiences. Yet, organisms face thermal stress and performance loss at body temperatures below their CT<inf>max,</inf> and the steepness of that loss increases with the asymmetry of the thermal performance curve (TPC). Location: Global. Time period: 2015–2019. Major taxa studied: Ants, fish, insects, lizards and phytoplankton. Methods: We examine variability in TPC asymmetry and the implications for thermal stress for 384 populations from 289 species across taxa and for metrics including ant and lizard locomotion, fish growth, and insect and phytoplankton fitness. Results: We find that the thermal optimum (T<inf>opt</inf>, beyond which performance declines) is more labile than CT<inf>max</inf>, inducing interspecific variation in asymmetry. Importantly, the degree of TPC asymmetry increases with T<inf>opt</inf>. Thus, even though populations with higher T<inf>opt</inf>s in a hot environment might experience above-optimal body temperatures less often than do populations with lower T<inf>opt</inf>s, they nonetheless experience steeper declines in performance at high body temperatures. Estimates of the annual cumulative decline in performance for temperatures above T<inf>opt</inf> suggest that TPC asymmetry alters the onset, rate and severity of performance decrement at high body temperatures. Main conclusions: Species with the same TSMs can experience different thermal risk due to differences in TPC asymmetry. Metrics that incorporate additional aspects of TPC shape better capture the thermal risk of climate change than do TSMs. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Algumas espécies de formigas vivem em ambientes quentes e áridos, como desertos e savanas. O polimorfismo operário - variação no tamanho e/ou morfologia dos operários dentro das colônias - é adaptativo nesses ecossistemas porque aumenta a resistência ao estresse térmico e melhora a eficiência na exploração de recursos. Entretanto, espécies com operários pequenos e monomórficos também são frequentemente encontradas nesses ambientes. Como espécies com tamanhos de operários distintos e diferentes graus de polimorfismo lidam com tais ambientes estressantes permanece pouco estudado. Investigamos as adaptações comportamentais, fisiológicas e moleculares que podem aumentar a tolerância ao calor e à dessecação em duas espécies simpátricas de formigas do deserto Cataglyphis que diferem dramaticamente no tamanho dos operários e no polimorfismo: C. viatica é polimórfica, enquanto C. cubica é pequena e monomórfica. Descobrimos que o tamanho dos operários, conteúdo de água, perda de água e regulação proteica desempenham um papel fundamental na resistência térmica. (i) Operários grandes de C. viatica toleraram melhor o estresse térmico e de dessecação do que operários pequenos de C. viatica ou C. cubica. Os primeiros apresentaram maior conteúdo de água e perderam proporcionalmente menos água por evaporação sob estresse térmico. (ii) Apesar de sua distribuição de tamanho similar, operários de C. cubica são mais tolerantes ao calor do que operários pequenos de C. viatica. Este maior grau de tolerância provavelmente decorreu do fato de os operários de C. cubica terem maior conteúdo relativo de água. (iii) Sob estresse térmico, operários pequenos de C. viatica metabolizaram maiores quantidades de gordura e expressaram diferencialmente proteínas envolvidas na homeostase celular. Em contraste, C. cubica regulou negativamente a expressão de numerosas proteínas envolvidas na respiração mitocondrial, provavelmente reduzindo o acúmulo de EROs. (iv) Consistentemente com esses resultados, operários grandes de C. viatica permaneceram ativos durante todo o dia; operários de C. cubica exibiram um padrão de atividade bimodal, e operários pequenos de C. viatica permaneceram pouco ativos fora do ninho. Nosso estudo mostra que espécies de formigas ecologicamente similares com diferentes graus de polimorfismo no tamanho dos operários evoluíram estratégias distintas para lidar com condições extremas de calor. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Cataglyphis desert ants use distinct behavioral and physiological adaptations to cope with extreme thermal conditions: Some ant species live in hot and arid environments, such as deserts and savannas. Worker polymorphism—variation in worker size and/or morphology within colonies—is adaptive in such ecosystems because it enhances resistance to heat stress and increases the efficiency of resource exploitation. However, species with small, monomorphic workers are also frequently found in these environments. How species with distinct worker size and degrees of polymorphism deal with such stressful environments remains poorly studied. We investigated the behavioral, physiological, and molecular adaptations that may enhance heat and desiccation tolerance in two sympatric species of Cataglyphis desert ants that differ dramatically in worker size and polymorphism: C. viatica is polymorphic, while C. cubica is small and monomorphic. We found that worker size, water content, water loss, and protein regulation play a key role in thermal resistance. (i) Large C. viatica workers better tolerated heat and desiccation stress than did small C. viatica or C. cubica workers. The former had greater water content and lost proportionally less water to evaporation under thermal stress. (ii) Despite their similar size distribution, workers of C. cubica are more heat tolerant than small C. viatica. This higher degree of tolerance likely stemmed from C. cubica workers having greater relative water content. (iii) Under thermal stress, small C. viatica workers metabolized larger quantities of fat and differentially expressed proteins involved in cellular homeostasis. In contrast, C. cubica downregulated the expression of numerous proteins involved in mitochondrial respiration likely reducing ROS accumulation. (iv) Consistent with these results, large C. viatica workers remained active throughout the day; C. cubica workers displayed a bimodal activity pattern, and small C. viatica remained poorly active outside the nest. Our study shows that ecologically similar ant species with different degrees of worker size polymorphism evolved distinct strategies for coping with extreme heat conditions. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Apesar do interesse de longa data na organização de comunidades de formigas ao longo de gradientes altitudinais, poucos estudos incorporaram informações evolutivas para compreender os processos históricos que fundamentam tais padrões. Através da avaliação da diversidade filogenética α e β, analisamos a estrutura de comunidades de formigas de serapilheira ao longo da montanha Cofre de Perote no México e avaliamos se processos determinísticos (isto é, filtragem de habitat, competição interespecífica) ou processos estocásticos (isto é, limitação de dispersão) estavam conduzindo os padrões observados. Sítios de baixada e alguns de alta altitude mostraram agrupamento filogenético, enquanto elevações intermediárias e o sítio mais alto apresentaram sobredispersão filogenética. Inferimos que fortes restrições ambientais encontradas nas elevações inferiores e superiores estão favorecendo que espécies próximas filogeneticamente prevaleçam nessas altitudes. Por outro lado, condições climáticas menos estressantes em elevações intermediárias sugerem que interações interespecíficas são mais importantes nesses ambientes. A dissimilaridade filogenética total foi conduzida pelo componente de substituição, indicando que a substituição de espécies de formigas ao longo da montanha é na verdade mudanças de linhagens adaptadas a locais específicos que se assemelham ao seu nicho ancestral. A maior dissimilaridade filogenética entre comunidades esteve relacionada a maiores diferenças de temperatura, provavelmente devido a tolerâncias térmicas estreitas inerentes a várias linhagens de formigas que evoluíram em condições mais estáveis. Nossos resultados sugerem que a interação entre filtragem ambiental, competição interespecífica e especialização de habitat desempenha um papel importante na montagem de comunidades de formigas de serapilheira ao longo de gradientes altitudinais. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Alpha and beta phylogenetic diversities jointly reveal ant community assembly mechanisms along a tropical elevational gradient: Despite the long-standing interest in the organization of ant communities across elevational gradients, few studies have incorporated the evolutionary information to understand the historical processes that underlay such patterns. Through the evaluation of phylogenetic α and β-diversity, we analyzed the structure of leaf-litter ant communities along the Cofre de Perote mountain in Mexico and evaluated whether deterministic- (i.e., habitat filtering, interspecific competition) or stochastic-driven processes (i.e., dispersal limitation) were driving the observed patterns. Lowland and some highland sites showed phylogenetic clustering, whereas intermediate elevations and the highest site presented phylogenetic overdispersion. We infer that strong environmental constraints found at the bottom and the top elevations are favoring closely-related species to prevail at those elevations. Conversely, less stressful climatic conditions at intermediate elevations suggest interspecific interactions are more important in these environments. Total phylogenetic dissimilarity was driven by the turnover component, indicating that the turnover of ant species along the mountain is actually shifts of lineages adapted to particular locations resembling their ancestral niche. The greater phylogenetic dissimilarity between communities was related to greater temperature differences probably due to narrow thermal tolerances inherent to several ant lineages that evolved in more stable conditions. Our results suggest that the interplay between environmental filtering, interspecific competition and habitat specialization plays an important role in the assembly of leaf-litter ant communities along elevational gradients. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Comparar a tolerância térmica e o desempenho de espécies nativas e invasoras de diferentes origens climáticas pode explicar por que algumas espécies nativas e invasoras podem coexistir. Comparamos os nichos térmicos de uma espécie de formiga invasora e nativa. A formiga argentina (Linepithema humile) é uma espécie invasora que se espalhou para climas mediterrâneos em todo o mundo, onde está associada a perdas na biodiversidade de artrópodes nativos. No norte da Califórnia, levantamentos de longo prazo da biodiversidade de formigas mostraram que a formiga de inverno (Prenolepis imparis) é a espécie nativa mais capaz de coexistir com formigas argentinas. Ambas as espécies criam cochonilhas para alimentação, e pesquisas anteriores sugerem que a coexistência dessas espécies pode depender do particionamento sazonal: as formigas de inverno são ativas principalmente nos meses mais frios do inverno, enquanto as formigas argentinas são ativas principalmente nos meses mais quentes no norte da Califórnia. Investigamos a base fisiológica do particionamento sazonal em formigas argentinas e de inverno a) medindo os limites térmicos críticos e b) comparando como a velocidade de caminhada das formigas varia com a temperatura. Embora ambas as espécies tivessem valores de CTmax semelhantes, encontramos diferenças entre os mínimos térmicos críticos das duas espécies que podem permitir que as formigas de inverno permaneçam funcionais em temperaturas ecologicamente relevantes entre 0 e 2,5 °C. Também descobrimos que as velocidades de caminhada das formigas de inverno são significativamente menos dependentes da temperatura do que as das formigas argentinas. As formigas de inverno caminham mais rápido do que as formigas argentinas em baixas temperaturas, o que pode permitir que as formigas de inverno permaneçam ativas e forrageiem em temperaturas de inverno mais baixas. Esses resultados sugerem que o particionamento baseado em diferenças na tolerância à temperatura promove a ocupação contínua pela formiga de inverno de áreas invadidas pela formiga argentina. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Critical thermal limits and temperature-dependent walking speed may mediate coexistence between the native winter ant (Prenolepis imparis) and the invasive Argentine ant (Linepithema humile): Comparing the thermal tolerance and performance of native and invasive species from varying climatic origins may explain why some native and invasive species can coexist. We compared the thermal niches of an invasive and native ant species. The Argentine ant (Linepithema humile) is an invasive species that has spread to Mediterranean climates worldwide, where it is associated with losses in native arthropod biodiversity. In northern California, long-term surveys of ant biodiversity have shown that the winter ant (Prenolepis imparis) is the native species best able to coexist with Argentine ants. Both species tend hemipteran scales for food, and previous research suggests that these species’ coexistence may depend on seasonal partitioning: winter ants are active primarily in the colder winter months, while Argentine ants are active primarily in the warmer months in northern California. We investigated the physiological basis of seasonal partitioning in Argentine and winter ants by a) measuring critical thermal limits, and b) comparing how ant walking speed varies with temperature. While both species had similar CTmax values, we found differences between the two species' critical thermal minima that may allow winter ants to remain functional at ecologically relevant temperatures between 0 and 2.5 °C. We also found that winter ants' walking speeds are significantly less temperature-dependent than those of Argentine ants. Winter ants walk faster than Argentine ants at low temperatures, which may allow the winter ants to remain active and forage at lower winter temperatures. These results suggest that partitioning based on differences in temperature tolerance promotes the winter ant's continued occupation of areas invaded by the Argentine ant. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Compreender os processos mecanísticos que impulsionam mudanças na biodiversidade na transformação do uso da terra é fundamental, mas desafiador. A abordagem baseada em características funcionais fornece um quadro para entender o processo de filtragem ambiental das mudanças na composição das espécies. No entanto, o viés na seleção de características pode afetar os resultados na previsão da dinâmica das espécies, análises subsequentes e o escopo das conclusões, especialmente se a maioria dos estudos sobre artrópodes terrestres depender exclusivamente do uso de um subconjunto de características morfológicas. A integração de características ecofisiológicas poderia então fornecer dimensões adicionais de filtragem ambiental causadas pela conversão do uso da terra. Nosso estudo investiga como a conversão do uso da terra de floresta para plantação de borracha impacta a distribuição de características funcionais e o espaço de características em assembleias de formigas forrageadoras na Tailândia tropical, integrando tanto características fisiológicas quanto morfológicas. Os resultados mostraram que tanto características fisiológicas quanto morfológicas podem explicar, embora de forma desigual, as diferenças observadas nas assembleias de formigas entre floresta e plantação de borracha. O uso da Temperatura Crítica Máxima forneceu um papel importante e único para diferenciar as assembleias encontradas em ambos os habitats e para caracterizar a estrutura de nicho da assembleia de espécies da floresta. O uso de características específicas pode assim melhorar nossa percepção da dinâmica das espécies ao longo do gradiente de uso da terra. Para avançar nosso conhecimento sobre as respostas das espécies e as consequências das mudanças no uso da terra, recomenda-se o uso de diferentes tipos de características funcionais. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Are thermal constraints shaping foraging ant assemblages in tropical regions? Integrating thermal and morphological traits to understand consequences of land-use transformation: Understanding mechanistic processes driving biodiversity change in land-use transformation is paramount but challenging. Functional trait-based approach provides a framework to understand the environmental filtering process of species composition shifts. Yet, trait selection bias may affect the results on forecasting species dynamics, subsequent analyses and the scope of conclusions, in particular, if most studies on terrestrial arthropods rely exclusively on the use of a subset of morphological traits. The integration of ecophysiological traits could then provide additional dimensions of environmental filtering caused by land-use conversion. Our study investigates how land-use conversion from forest to rubber plantation impacts functional traits distribution and trait space in foraging ant assemblages in tropical Thailand by integrating both physiological and morphological traits. The results showed that both physiological and morphological traits may explain, although unevenly, the differences observed in ant assemblages between forest and rubber plantation. The use of Critical Thermal maximum provided an important and unique role for differentiating assemblages encountered in both habitats and in characterising the niche structure of species assemblage from forest. The use of particular traits can thus improve our perception of species dynamic along land-use gradient. To advance our knowledge on the species responses and consequences of land-use changes, the use of different types of functional traits is recommended. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A formiga do deserto do Saara Cataglyphis bombycina é densamente coberta por cerdas prateadas brilhantes (estruturas semelhantes a pelos). Sua aparência foi explicada pela óptica geométrica e reflexão interna total [Plos One 11, e0152325 (2016)]. As cerdas também aumentam a emissividade da formiga, pois formam um meio efetivo [Science 349, 298 (2015)]. Este trabalho fornece dados adicionais sobre detalhes microestruturais das cerdas que são usados para simular o espalhamento de uma cerda individual para explicar sua influência nas propriedades ópticas. Isto é alcançado pela caracterização de sua estrutura usando microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura/transmissão. Como as características microestruturais influenciam o espalhamento é investigado opticamente por ondas dentro dos limites de simulações de domínio temporal de diferenças finitas da faixa espectral do ultravioleta ao infravermelho médio para elucidar os efeitos ópticos além da óptica geométrica e da teoria do meio efetivo. Os resultados mostram que o espalhamento Mie desempenha um papel importante na proteção da formiga contra a radiação solar e poderia ser relevante para sua tolerância térmica. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Broadband Mie scattering effects by structural features of setae from the Saharan silver ant Cataglyphis bombycina: The Saharan desert ant Cataglyphis bombycina is densely covered with shiny silver setae (hair-like structures). Their appearance was explained by geometric optics and total internal reflection [Plos One 11, e0152325 (2016)]. The setae also increase the emissivity of the ant, as they form an effective medium [Science 349, 298 (2015)]. This work provides additional data on microstructural details of the setae that are used to simulate the scattering of an individual seta to explain their influence on the optical properties. This is achieved by characterization of their structure using light microscopy and scanning/transmission electron microscopy. How the microstructural features influence scattering is investigated wave-optically within the limits of finite-difference time-domain simulations from the ultraviolet to the mid-infrared spectral range to elucidate the optical effects beyond ray optics and effective medium theory. The results show that Mie scattering plays an important role in protecting the ant from solar radiation and could be relevant for its thermal tolerance. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Carboidratos e proteínas são essenciais para manter as funções básicas dos animais. Ao longo de um ano conduzimos um experimento fatorial para determinar a influência da suplementação de carboidrato (sacarose) e proteína na tolerância térmica, posição trófica, abundância geral, riqueza e composição de espécies, e na força dos efeitos protetores de formigas arborícolas em sua árvore hospedeira (Caryocar brasiliense). Usando formigas Azteca como modelo, encontramos evidências de plasticidade alimentar e térmica entre formigas arborícolas, pois colônias supridas com proteína aumentaram seu nível trófico em relação às colônias que não receberam proteína. Colônias que receberam sacarose aumentaram sua tolerância térmica em média 1,5 °C ao longo de seis meses, enquanto aquelas que não receberam sacarose não alteraram sua tolerância térmica. A abundância geral de formigas foi menor em árvores controle do que naquelas que receberam qualquer tratamento de adição de nutrientes. A riqueza de espécies também foi menor em árvores controle, mas aquelas que receberam sacarose apresentaram mais espécies do que aquelas que receberam apenas proteína. Houve maior similaridade na composição de espécies entre as árvores que receberam sacarose do que entre estas e aquelas que receberam apenas proteína ou apenas água como controle. Árvores cujas colônias de formigas receberam sacarose apresentaram níveis mais baixos de danos foliares do que aquelas que não receberam. No geral, estes resultados indicam que os recursos alimentares podem modular a ecologia populacional e de comunidade das formigas arborícolas, bem como sua interação com as árvores hospedeiras. Curiosamente, embora se pense que as formigas arborícolas sejam limitadas por nitrogênio, foi a suplementação de sacarose — não de proteína — que desencadeou a maioria das respostas. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Nutrient Supplementation to Arboreal Ants: Effects on Trophic Position, Thermal Tolerance, Community Structure and the Interaction with the Host-Tree: Carbohydrates and proteins are essential to maintain the basic functions of animals. Over the course of one year we conducted a factorial experiment to determine the influence of carbohydrate (sucrose) and protein supplementation on the thermal tolerance, trophic position, overall abundance, species richness and composition, and on the strength of the protective effects of arboreal ants on their host tree (Caryocar brasiliense). Using Azteca ants as a model we found evidence of dietary and thermal plasticity among arboreal ants as colonies supplied with protein increased their trophic level relative to colonies that received no protein. Colonies that received sucrose increased their thermal tolerance on average by 1.5 °C over a six-month period, whereas those that did not receive sucrose did not change their thermal tolerance. Overall ant abundance was lower in control trees than in those that received any nutrient addition treatment. Species richness was also lower in control trees, but those receiving sucrose presented more species than those receiving only protein. There was greater similarity in species composition between the trees that received sucrose than between these and those receiving only protein or just water as control. Trees whose ant colonies received sucrose presented lower levels of leaf damage than those that did not. Overall, these results indicate that food resources can modulate the population and community ecology of arboreal ants as well as their interaction with the host trees. Interestingly, although arboreal ants are thought to be N-limited, it was the supplementation of sucrose—not protein—that elicited most of the responses. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Objetivo: Espécies arborícolas e de solo experimentam microclimas distintos, possuem tolerâncias térmicas contrastantes e, portanto, podem responder diferentemente a gradientes climáticos geográficos. Testamos essa ideia avaliando se o grau de estratificação vertical de assembleias de formigas do Cerrado varia ao longo de um gradiente climático latitudinal, e determinando como as dissimilaridades composicionais dentro de cada estrato variam com o aumento das distâncias geográficas e climáticas. Localização: Brasil. Taxon: Formigas. Métodos: Amostramos formigas forrageando no solo ou em árvores em 32 locais. As espécies foram classificadas de acordo com seu principal estrato de forrageamento, como arborícolas, de solo ou generalistas de estratos. Utilizamos modelos lineares para avaliar os efeitos da latitude e do estrato amostral na riqueza de espécies, e o efeito da latitude na proporção de espécies típicas de árvores ou do solo em diferentes estratos amostrais. A influência das distâncias geográficas e climáticas nas diferenças composicionais entre assembleias do mesmo estrato foi avaliada usando regressão em matrizes de distância. Resultados: A riqueza de espécies no solo aumentou com a latitude significativamente mais rápido do que nas árvores. A substituição de espécies entre estratos foi menor nas latitudes mais baixas, onde havia proporcionalmente mais generalistas de estratos e espécies típicas do estrato do solo forrageando em árvores. Consequentemente, a dissimilaridade composicional entre estratos verticais diminuiu com a diminuição da latitude. Apesar disso, as dissimilaridades entre estratos verticais foram, em média, tão grandes ou até maiores do que as dissimilaridades entre assembleias do mesmo estrato através do espaço horizontal. Principais Conclusões: Encontramos suporte para a ideia de que a variação climática ao longo da latitude teve efeitos diferentes em assembleias arborícolas em comparação com as de forrageamento no solo. No geral, nossos resultados sugerem que, à medida que o Cerrado brasileiro se torna mais quente e seco conforme previsto sob mudanças climáticas, as assembleias de formigas podem se tornar não apenas menos diversas, notavelmente no solo, mas também mais homogêneas verticalmente. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Vertical stratification of ant assemblages varies along a latitudinal gradient in Brazilian savanna: Aim: Arboreal and ground-dwelling species experience distinct microclimates, have contrasting thermal tolerances and thus may be expected to respond differentially to geographic climatic gradients. We tested this idea by evaluating if the degree of vertical stratification of savanna ant assemblages varies along a latitudinal climatic gradient, and by determining how compositional dissimilarities within each stratum varies across increased geographical and climatic distances. Location: Brazil. Taxon: Ants. Methods: We sampled ants foraging on the ground or in trees at 32 sites. Species were classified according to their main foraging stratum, as arboreal, ground-dweller or strata generalist. We used linear models to evaluate the effects of latitude and sampling stratum on species richness, and the effect of latitude on the proportion of species typical from trees or from the ground in different sampling strata. The influence of geographic and climatic distances on the compositional differences between assemblages from the same stratum was assessed using regression on distance matrices. Results: Species richness on the ground increased with latitude significantly faster than in trees. The turnover of species between strata was lower at lower latitudes, where there were proportionally more strata generalists and species typical from the ground stratum foraging in trees. Consequently, the compositional dissimilarity between vertical strata decreased with decreasing latitude. Despite that, the dissimilarities between vertical strata were, on average, as great or even greater than the dissimilarities between assemblages from the same stratum across the horizontal space. Main Conclusions: We found support for the idea that climatic variation across latitude had different effects on arboreal compared with ground-foraging assemblages. Overall, our results suggest that as Brazilian savanna becomes hotter and drier as forecast under climate change, ant assemblages may become not only less diverse, notably on the ground, but also more homogeneous vertically. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Variação consistente em traços comportamentais entre indivíduos é comum em muitas espécies e tal variação tem sido documentada ao longo de gradientes ambientais de larga escala através das distribuições geográficas de várias espécies. No entanto, o efeito da variação ambiental local no comportamento de subpopulações e o impacto ecológico de tal variação permanecem amplamente inexplorados. Neste estudo, investigamos a variação nos níveis de atividade e exploração entre colônias da espécie de formiga termofílica, Aphaenogaster senilis, em dois habitats não perturbados e geograficamente próximos (campo e floresta) e o efeito desta variação na sua eficiência de aquisição de recursos. Os dois habitats variaram significativamente em cobertura de dossel e temperatura do solo nas entradas dos ninhos. Colônias no campo foram mais ativas do que aquelas na floresta, embora a exploração tenha sido comparável entre os dois habitats. Tanto os níveis de atividade quanto a exploração mostraram repetibilidade, e colônias que eram mais ativas eram mais exploratórias. No entanto, não encontramos influências claras dos traços de personalidade na eficiência de aquisição de recursos dessas colônias e, contrariamente às nossas expectativas, colônias propensas ao risco que eram mais ativas e exploratórias não forragearam mais eficientemente do que as avessas ao risco. Nosso estudo indica que colônias em diferentes habitats usam estratégias diferentes para alcançar graus similares de sucesso ecológico. Declaração de significância: Variação nas condições ambientais locais pode levar à variação em traços comportamentais consistentes (personalidade) dos animais ocupando um habitat particular e pode afetar seu funcionamento ecológico. Esta ligação entre traços de personalidade e as consequências ecológicas desses traços, como o efeito no forrageamento, não é frequentemente estudada. Investigamos esta ligação em colônias da espécie de formiga termofílica Aphaenogaster senilis. Colônias presentes em áreas abertas que tinham menos cobertura de dossel e eram expostas a temperaturas mais altas eram mais ativas do que aquelas presentes em áreas florestais. No entanto, esta variação não teve efeito no seu sucesso de forrageamento e colônias em ambas as áreas foram igualmente eficientes em forragear por diferentes itens alimentares. Isto indica que colônias que são expostas a diferentes condições ambientais têm diferentes estratégias comportamentais para alcançar o mesmo nível de sucesso no forrageamento. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Habitat-dependent variation in consistent behavioural traits does not affect the efficiency of resource acquisition in a thermophilic ant: Abstract: Consistent variation in behavioural traits among individuals is common in many species and such variation has been documented along large-scale environmental gradients across the geographic ranges of several species. However, the effect of local environmental variation on the behaviour of subpopulations and the ecological impact of such variation remain largely unexplored. In this study, we investigated the variation in activity levels and exploration among colonies of the thermophilic ant species, Aphaenogaster senilis, in two undisturbed, geographically close habitats (grassland and woodland) and the effect of this variation on their efficiency of resource acquisition. The two habitats varied significantly in canopy cover and ground temperature at the nest entrances. Colonies in the grassland were more active than those in the woodland although exploration was comparable between the two habitats. Both activity levels and exploration showed repeatability, and colonies that were more active were more exploratory. However, we did not find any clear influences of personality traits on the efficiency of resource acquisition of these colonies and, contrary to our expectations, risk-prone colonies that were more active and exploratory did not forage more efficiently than risk-averse ones. Our study indicates that colonies in different habitats use different strategies to achieve similar degrees of ecological success. Significance statement: Variation in local environmental conditions can lead to variation in consistent behavioural (personality) traits of the animals occupying a particular habitat and can affect their ecological functioning. This link between personality traits and the ecological consequences of these traits, such as the effect on foraging, is not frequently studied. We investigated this link in colonies of the thermophilic ant species Aphaenogaster senilis. Colonies present in open areas that had less canopy cover and were exposed to higher temperatures were more active than those present in forest areas. However, this variation had no effect on their foraging success and colonies in both areas were equally efficient in foraging for different food items. This indicates that colonies that are exposed to different environmental conditions have different behavioural strategies to achieve the same level of foraging success. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Declínios globais na abundância e diversidade de insetos estão agora bem documentados e são cada vez mais preocupantes, considerando os papéis críticos e diversos que os insetos desempenham em todos os ecossistemas. Perda de habitat, espécies invasoras e produtos químicos antropogênicos são claramente prejudiciais às populações de insetos, mas evidências crescentes implicam as mudanças climáticas como um fator chave nos declínios de insetos globalmente. Temperaturas mais quentes combinadas com maior variabilidade podem expor os organismos a calor extremo que excede a tolerância, potencialmente causando extirpações locais. Neste contexto, limites de tolerância ao calor (por exemplo, temperatura crítica máxima, CT<inf>max</inf>) foram medidos para muitos invertebrados e estão frequentemente intimamente ligados às regiões climáticas onde os animais são encontrados. No entanto, temperaturas bem abaixo da CT<inf>max</inf> também podem ter efeitos pronunciados sobre os insetos, mas têm sido relativamente menos estudadas. Além disso, muitos insetos com impactos ecológicos e econômicos desproporcionais são coloniais (por exemplo, formigas, abelhas sociais, cupins), de modo que os efeitos do calor nos indivíduos podem se propagar através da colônia ou ser compensados por ela. Para organismos coloniais, medir efeitos diretos nos indivíduos pode, portanto, revelar pouco sobre os impactos em nível populacional das mudanças climáticas. Aqui, usamos abelhas mamangabas (gênero Bombus) como estudo de caso para destacar como uma compreensão limitada dos efeitos do calor abaixo da CT<inf>max</inf> e dos impactos e respostas coloniais provavelmente prejudicam nossa capacidade de explicar impactos passados e prever futuros impactos das mudanças climáticas. Insights das mamangabas sugerem que, para diversos invertebrados, prever os impactos das mudanças climáticas exigirá uma compreensão mais nuanceada dos efeitos da exposição ao calor e estudos adicionais sobre efeitos de arrastamento e respostas compensatórias das colônias. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Climate warming and bumble bee declines: the need to consider sub-lethal heat, carry-over effects, and colony compensation: Global declines in abundance and diversity of insects are now well-documented and increasingly concerning given the critical and diverse roles insects play in all ecosystems. Habitat loss, invasive species, and anthropogenic chemicals are all clearly detrimental to insect populations, but mounting evidence implicates climate change as a key driver of insect declines globally. Warming temperatures combined with increased variability may expose organisms to extreme heat that exceeds tolerance, potentially driving local extirpations. In this context, heat tolerance limits (e.g., critical thermal maximum, CT<inf>max</inf>) have been measured for many invertebrates and are often closely linked to climate regions where animals are found. However, temperatures well below CT<inf>max</inf> may also have pronounced effects on insects, but have been relatively less studied. Additionally, many insects with out-sized ecological and economic footprints are colonial (e.g., ants, social bees, termites) such that effects of heat on individuals may propagate through or be compensated by the colony. For colonial organisms, measuring direct effects on individuals may therefore reveal little about population-level impacts of changing climates. Here, we use bumble bees (genus Bombus) as a case study to highlight how a limited understanding of heat effects below CT<inf>max</inf> and of colonial impacts and responses both likely hinder our ability to explain past and predict future climate change impacts. Insights from bumble bees suggest that, for diverse invertebrates, predicting climate change impacts will require a more nuanced understanding of the effects of heat exposure and additional studies of carry-over effects and compensatory responses by colonies. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Nas últimas décadas, tem sido dada atenção crescente a como moléculas de baixo peso molecular afetam a tolerância térmica em animais. Embora seja conhecido que o açúcar dissacarídeo trealose serve como protetor térmico em organismos unicelulares, nada se sabe sobre seu potencial papel em insetos. Neste estudo, investigamos o efeito da trealose na tolerância ao calor na formiga do deserto da Namíbia, Ocymyrmex robustior, um dos animais mais termotolerantes encontrados em ecossistemas terrestres. Primeiro, testamos se uma dieta suplementada com trealose aumentava a sobrevivência das operárias após exposição ao estresse térmico. Segundo, avaliamos o grau de dano proteico comparando os níveis de agregação proteica entre operárias suplementadas com trealose e operárias controle. Terceiro, comparamos os níveis de expressão de três genes envolvidos no metabolismo da trealose. Descobrimos que a suplementação com trealose aumentou significativamente a tolerância ao calor das operárias, elevou os níveis metabólicos de trealose e reduziu a agregação proteica sob condições de estresse térmico. Os níveis de expressão dos três genes variaram de maneira consistente com a manutenção da trealose na hemolinfa e tecidos sob condições de estresse térmico. No conjunto, estes resultados sugerem que o aumento da concentração de trealose pode ajudar a proteger indivíduos da formiga do deserto da Namíbia contra o estresse térmico. De forma mais geral, eles destacam o papel desempenhado por metabólitos de açúcar no aumento da tolerância em extremófilos. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Protective role of trehalose in the Namib desert ant, Ocymyrmex robustior: Over recent decades, increasing attention has been paid to how low-molecular-weight molecules affect thermal tolerance in animals. Although the disaccharide sugar trehalose is known to serve as a thermal protectant in unicellular organisms, nothing is known about its potential role in insects. In this study, we investigated the effect of trehalose on heat tolerance in the Namib desert ant, Ocymyrmex robustior, one of the most thermotolerant animals found in terrestrial ecosystems. First, we tested whether a trehalose-supplemented diet increased worker survival following exposure to heat stress. Second, we assessed the degree of protein damage by comparing protein aggregation levels for trehalose-supplemented workers and control workers. Third, we compared the expression levels of three genes involved in trehalose metabolism. We found that trehalose supplementation significantly enhanced worker heat tolerance, increased metabolic levels of trehalose and reduced protein aggregation under conditions of heat stress. Expression levels of the three genes varied in a manner that was consistent with the maintenance of trehalose in the hemolymph and tissues under conditions of heat stress. Altogether, these results suggest that increased trehalose concentration may help protect Namib desert ant individuals against heat stress. More generally, they highlight the role played by sugar metabolites in boosting tolerance in extremophiles. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Espera-se que a mudança climática global tenha efeitos generalizados na diversidade e distribuição das espécies, particularmente em ectotérmicos cujas temperaturas corporais dependem das temperaturas ambientais. No entanto, esses impactos permanecem difíceis de prever, em parte porque os ectotérmicos podem se adaptar ou aclimatar a novas condições ou podem usar a termorregulação comportamental para reduzir sua exposição a microclimas estressantes. Aqui examinamos o potencial de mudanças fisiológicas e comportamentais para mitigar os efeitos do aquecimento ambiental em cinco espécies de formigas em um habitat florestal temperado sujeito ao aquecimento urbano. Trabalhamos em oito locais urbanos e oito florestais não urbanos na Carolina do Norte, EUA; os locais apresentaram uma variação de 1,1°C nas temperaturas médias do ar no verão. Em cada local, documentamos microclimas específicos por espécie (temperaturas operativas das formigas, Tₑ) e atividade das formigas em um transecto de 14 estações de isca em três horários do dia. No laboratório, medimos a tolerância térmica superior (CTₘáₓ) e a preferência térmica (Tₚᵣₑ𝒻) para cada espécie focal. Em seguida, questionamos se as características térmicas mudaram em locais mais quentes e se as formigas evitaram microclimas não preferidos no campo. CTₘáₓ e Tₚᵣₑ𝒻 não aumentaram em locais mais quentes, indicando que essas populações não se adaptaram ou aclimataram ao aquecimento urbano. Consistente com a termorregulação comportamental, quatro das cinco espécies eram menos propensas a ocupar iscas onde Tₑ se afastava de Tₚᵣₑ𝒻. A termorregulação aparente resultou de padrões fixos de atividade diurna que ajudaram as formigas a evitar as temperaturas mais inadequadas, mas não compensaram a variação de temperatura diária ou espacial: locais mais quentes tinham formigas mais quentes. Este estudo usa uma abordagem inovadora para detectar termorregulação comportamental e aquecimento subletal em insetos forrageadores. Os resultados sugerem que adaptação e comportamento podem não proteger formigas florestais temperadas comuns de um clima em aquecimento, e destacam a necessidade de avaliar os efeitos do aquecimento crônico e subletal em pequenos ectotérmicos. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Can behaviour and physiology mitigate effects of warming on ectotherms? A test in urban ants: Global climate change is expected to have pervasive effects on the diversity and distribution of species, particularly ectotherms whose body temperatures depend on environmental temperatures. However, these impacts remain difficult to predict, in part because ectotherms may adapt or acclimate to novel conditions or may use behavioural thermoregulation to reduce their exposure to stressful microclimates. Here we examine the potential for physiological and behavioural changes to mitigate effects of environmental warming on five species of ants in a temperate forest habitat subject to urban warming. We worked in eight urban and eight non-urban forest sites in North Carolina, USA; sites experienced a 1.1°C range of mean summer air temperatures. At each site, we documented species-specific microclimates (ant operative temperatures, T<inf>e</inf>) and ant activity on a transect of 14 bait stations at three times of day. In the laboratory, we measured upper thermal tolerance (CT<inf>max</inf>) and thermal preference (T<inf>pref</inf>) for each focal species. We then asked whether thermal traits shifted at hotter sites, and whether ants avoided non-preferred microclimates in the field. CT<inf>max</inf> and T<inf>pref</inf> did not increase at warmer sites, indicating that these populations did not adapt or acclimate to urban warming. Consistent with behavioural thermoregulation, four of the five species were less likely to occupy baits where T<inf>e</inf> departed from T<inf>pref</inf>. Apparent thermoregulation resulted from fixed diel activity patterns that helped ants avoid the most inappropriate temperatures but did not compensate for daily or spatial temperature variation: Hotter sites had hotter ants. This study uses a novel approach to detect behavioural thermoregulation and sublethal warming in foraging insects. The results suggest that adaptation and behaviour may not protect common temperate forest ants from a warming climate, and highlight the need to evaluate effects of chronic, sublethal warming on small ectotherms. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Para compreender as respostas das espécies às mudanças climáticas, devemos entender melhor os fatores que moldam os limites térmicos críticos fisiológicos. Um fator de importância potencial é a disponibilidade de nutrientes. Os carboidratos são uma fonte de energia que pode afetar diretamente o estado fisiológico de um organismo. As formigas estão entre os grupos animais mais onipresentes e ecologicamente relevantes da Terra, e muitas espécies de formigas consomem dietas baseadas em carboidratos. Além disso, como ectotérmicas, as formigas são altamente vulneráveis aos efeitos das mudanças climáticas. Aqui, examinamos a relação entre temperatura de forrageamento, disponibilidade de carboidratos e temperatura crítica máxima (CT<inf>max</inf>) em formigas (Hymenoptera: Formicidae). Primeiro, realizamos um experimento laboratorial usando 3–4 colônias de duas espécies que forrageiam em altas temperaturas (Camponotus blandus Smith e Dorymyrmex thoracicus Gallardo) e duas espécies que forrageiam em temperaturas mais baixas (Nylanderia fulva Mayr e Dolichoderus quadridenticulatus Roger). Cada colônia foi dividida em duas subcolônias experimentais, que receberam dietas contendo diferentes concentrações de carboidratos (soluções de sacarose a 5% vs. 20%). Em seguida, medimos a CT<inf>max</inf>. Também coletamos formigas pertencentes a essas espécies no campo e medimos sua CT<inf>max</inf>. Descobrimos que a CT<inf>max</inf> foi mais alta para as duas espécies que forrageiam em temperaturas mais elevadas. Para C. blandus e D. thoracicus, as operárias que receberam sacarose a 20% tiveram CT<inf>max</inf> mais alta do que as operárias que receberam sacarose a 5%. Nenhuma diferença mediada pela dieta na CT<inf>max</inf> foi observada para as operárias de N. fulva e D. quadridenticulatus. Além disso, as formigas experimentais em ambos os grupos de tratamento tiveram CT<inf>max</inf> mais alta do que suas coespecíficas coletadas no campo, exceto no caso de C. blandus. Se dietas ricas em carboidratos podem aumentar a tolerância ao calor em algumas espécies, é possível que mudanças na disponibilidade de recursos possam determinar como as mudanças climáticas afetam as formigas, especialmente espécies com dietas baseadas em carboidratos. Além disso, esses impactos podem se propagar por toda a rede trófica. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Carbohydrate-rich diet increases critical thermal maximum in ants: To understand species’ responses to climate change, we must better comprehend the factors shaping physiological critical thermal limits. One factor of potential importance is nutrient availability. Carbohydrates are an energy source that can directly affect an organism's physiological state. Ants are among the most omnipresent and ecologically relevant animal groups on Earth, and many ant species consume carbohydrate-based diets. Additionally, as ectotherms, ants are highly vulnerable to the effects of climate change. Here, we examined the relationship between foraging temperature, carbohydrate availability, and critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>) in ants (Hymenoptera: Formicidae). First, we conducted a laboratory experiment using 3–4 colonies of two species that forage at high temperatures (Camponotus blandus Smith and Dorymyrmex thoracicus Gallardo) and two species that forage at lower temperatures (Nylanderia fulva Mayr and Dolichoderus quadridenticulatus Roger). Each colony was divided into two experimental subcolonies, which were given diets containing different carbohydrate concentrations (5 vs. 20% sucrose solutions). We then measured CT<inf>max</inf>. We also collected ants belonging to these species in the field and measured their CT<inf>max</inf>. We found that CT<inf>max</inf> was highest for the two species that forage at higher temperatures. For C. blandus and D. thoracicus, workers given 20% sucrose had higher CT<inf>max</inf> than workers given 5% sucrose. No diet-mediated differences in CT<inf>max</inf> were seen for N. fulva and D. quadridenticulatus workers. Additionally, the experimental ants in both treatment groups had higher CT<inf>max</inf> than their field-collected conspecifics, except in the case of C. blandus. If carbohydrate-rich diets can boost heat tolerance in some species, it is possible that changes in resource availability could determine how climate change affects ants, especially species with carbohydrate-based diets. Furthermore, these impacts could ripple across the entire trophic network. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Mudanças climáticas globais podem causar efeitos profundos na adaptação das espécies, particularmente em ectotérmicos para os quais mesmo temperaturas moderadamente mais quentes podem levar a falhas térmicas desproporcionais. Ainda assim, vários organismos evoluíram para suportar altas temperaturas do deserto. Aqui, descrevemos a sobrevivência à tolerância térmica e a resposta transcriptômica ao estresse térmico de três gêneros de formigas do deserto (Cataglyphis, Melophorus e Ocymyrmex) e dois de formigas temperadas (Formica e Myrmica) e exploramos adaptações convergentes e específicas. Descobrimos que o estresse térmico levou a uma resposta reativa ou constitutiva em formigas do deserto: Cataglyphis holgerseni e Melophorus bagoti regularam diferencialmente muito poucos transcritos em resposta ao calor (0,12% e 0,14%, respectivamente), enquanto Cataglyphis bombycina e Ocymyrmex robustior responderam com maiores alterações de expressão (afetando respectivamente 0,6% e 1,53% de seus transcriptomas). Esses dois mecanismos de resposta - reativo e constitutivo - estavam relacionados à sobrevivência da tolerância térmica individual e evoluíram convergentemente em distintos gêneros de formigas do deserto. Além disso, em comparação com espécies do deserto, as duas formigas temperadas expressaram diferencialmente milhares de transcritos a mais em resposta ao estresse térmico (afetando 8% e 12,71% dos transcriptomas de F. fusca e Myr. sabuleti). Em resumo, mostramos que a adaptação ao calor em formigas termofílicas envolveu mudanças na resposta de expressão. No geral, formigas do deserto mostram alterações transcricionais reduzidas mesmo sob alto estresse térmico, e sua resposta de expressão pode ser constitutiva ou reativa ao aumento de temperatura. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Facing lethal temperatures: Heat-shock response in desert and temperate ants: Global climate changes may cause profound effects on species adaptation, particularly in ectotherms for whom even moderate warmer temperatures can lead to disproportionate heat failure. Still, several organisms evolved to endure high desert temperatures. Here, we describe the thermal tolerance survival and the transcriptomic heat stress response of three genera of desert (Cataglyphis, Melophorus, and Ocymyrmex) and two of temperate ants (Formica and Myrmica) and explore convergent and specific adaptations. We found heat stress led to either a reactive or a constitutive response in desert ants: Cataglyphis holgerseni and Melophorus bagoti differentially regulated very few transcripts in response to heat (0.12% and 0.14%, respectively), while Cataglyphis bombycina and Ocymyrmex robustior responded with greater expression alterations (respectively affecting 0.6% and 1.53% of their transcriptomes). These two responsive mechanisms—reactive and constitutive—were related to individual thermal tolerance survival and convergently evolved in distinct desert ant genera. Moreover, in comparison with desert species, the two temperate ants differentially expressed thousands of transcripts more in response to heat stress (affecting 8% and 12.71% of F. fusca and Myr. sabuleti transcriptomes). In summary, we show that heat adaptation in thermophilic ants involved changes in the expression response. Overall, desert ants show reduced transcriptional alterations even when under high thermal stress, and their expression response may be either constitutive or reactive to temperature increase. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A formiga-do-bordo, Tetramorium immigrans Santschi, é uma espécie abundante e amplamente distribuída em grandes porções dos Estados Unidos. No entanto, apesar de sua distribuição atual nos estados do Nordeste, Centro-Oeste, Pacífico e Oeste, há uma surpreendente falta de registros nas Grandes Planícies. Aqui apresentamos uma lista atualizada de condados de T. immigrans a partir de coleções de museus e observações de grau de pesquisa (459 condados; ~15% dos condados dos EUA), destacando os primeiros registros de um estado das Grandes Planícies — Dakota do Sul. Observações em plataformas de ciência cidadã desde 2006 aumentaram indiscutivelmente a conscientização sobre T. immigrans (+329 condados; ~72% de todos os registros de condados), no entanto, postulamos que tais plataformas também podem destacar as limitações de dispersão desta espécie para os estados menos urbanizados e mais frios das Grandes Planícies do Norte: Montana, Nebraska, Dakota do Norte, Dakota do Sul e Wyoming (~5% de 291 condados). Como tal, oferecemos novas informações sobre a biologia térmica de T. immigrans, incluindo medições de limites térmicos críticos, resistência à queda por calor e recuperação do coma por frio. Embora T. immigrans provavelmente possa tolerar as temperaturas quentes do verão encontradas em Dakota do Sul devido à sua tolerância ao calor girando em torno de 46 °C, sua menor capacidade de tolerar condições frias de inverno pode ser um possível mecanismo para sua dispersão limitada. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

New Record of the Pavement Ant, Tetramorium immigrans (Hymenoptera: Formicidae), in South Dakota with Notes on its Thermal Tolerance and Geographic Distribution: The pavement ant, Tetramorium immigrans Santschi, is an abundant and widespread species across large portions of the United States. Yet despite its current distribution in Northeastern, Midwestern, Pacific, and Western states, there is a surprising lack of records from the Great Plains. Here we present an updated county list of T. immigrans from museum collections and research grade observations (459 counties; ~15% of US counties), highlighting the first records from one Great Plains state—South Dakota. Observations on community science platforms since 2006 have undoubtedly increased the awareness of T. immigrans (+329 counties; ~72% of all county records), however we posit that such platforms may also highlight the dispersal limitations of this species into the less urban, colder Northern Great Plains states of Montana, Nebraska, North Dakota, South Dakota, and Wyoming (~5% of 291 counties). As such, we offer novel information on T. immigrans’ thermal biology including measurements of critical thermal limits, knock-down resistance, and chill coma recovery. While T. immigrans can likely tolerate the warm summer temperatures found in South Dakota due to its heat tolerance hovering around 46 °C, its lower ability to tolerate cold winter conditions may be a possible mechanism for its limited dispersal. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Compreender o papel das tolerâncias térmicas na determinação das distribuições das espécies é importante para avaliar as respostas das espécies às mudanças climáticas. Duas hipóteses vinculando a fisiologia com as distribuições das espécies foram propostas - a hipótese da variabilidade climática e a hipótese do extremo climático. A hipótese da variabilidade climática prevê a seleção de indivíduos com ampla tolerância térmica em condições climáticas mais variáveis e a hipótese do extremo climático prevê a seleção de indivíduos com valores extremos de tolerância térmica sob condições climáticas extremas. No entanto, nenhum estudo testou as previsões dessas hipóteses simultaneamente para vários grupos taxonômicos ao longo de gradientes altitudinais. Aqui, relacionamos as máximas térmicas críticas, mínimas térmicas críticas e amplitudes de tolerância térmica medidas experimentalmente para 15.187 indivíduos pertencentes a 116 espécies de formigas, besouros, gafanhotos e aranhas de cadeias montanhosas no centro e norte do Paquistão com os limites e amplitudes de sua distribuição geográfica e faixa de temperatura. Em todas as espécies e grupos taxonômicos, encontramos fortes relações entre as características térmicas e as distribuições altitudinais, tanto em termos de geografia quanto de temperatura. As relações foram robustas ao repetir as análises para formigas, gafanhotos e aranhas, mas não para besouros. Esses resultados indicam um forte papel da fisiologia na determinação das distribuições altitudinais de artrópodes no sul da Ásia. No geral, encontramos forte suporte para a hipótese da variabilidade climática e a hipótese do extremo climático. Uma estreita associação entre os limites distribucionais das espécies e suas tolerâncias térmicas sugere que, em caso de falha em se adaptar ou aclimatar a novas condições climáticas, as espécies podem estar sob pressão para acompanhar suas condições climáticas preferidas, potencialmente enfrentando sérias consequências sob as mudanças climáticas atuais e futuras. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The role of thermal tolerance in determining elevational distributions of four arthropod taxa in mountain ranges of southern Asia: Understanding the role of thermal tolerances in determining species distributions is important for assessing species responses to climate change. Two hypotheses linking physiology with species distributions have been put forward—the climatic variability hypothesis and the climatic extreme hypothesis. The climatic variability hypothesis predicts the selection of individuals with broad thermal tolerance in more variable climatic conditions and the climatic extreme hypothesis predicts the selection of individuals with extreme thermal tolerance values under extreme climatic conditions. However, no study has tested the predictions of these hypotheses simultaneously for several taxonomic groups along elevational gradients. Here, we related experimentally measured critical thermal maxima, critical thermal minima and thermal tolerance breadths for 15,187 individuals belonging to 116 species of ants, beetles, grasshoppers, and spiders from mountain ranges in central and northern Pakistan to the limits and breadths of their geographic and temperature range. Across all species and taxonomic groups, we found strong relationships between thermal traits and elevational distributions both in terms of geography and temperature. The relationships were robust when repeating the analyses for ants, grasshoppers, and spiders but not for beetles. These results indicate a strong role of physiology in determining elevational distributions of arthropods in Southern Asia. Overall, we found strong support for the climatic variability hypothesis and the climatic extreme hypothesis. A close association between species' distributional limits and their thermal tolerances suggest that in case of a failure to adapt or acclimate to novel climatic conditions, species may be under pressure to track their preferred climatic conditions, potentially facing serious consequences under current and future climate change. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

O comportamento de forrageamento de formigas pode estar ligado ao tamanho corporal das operárias, que serve como uma adaptação a temperaturas externas subótimas. A relação entre o comportamento de forrageamento e o tamanho corporal é especialmente notável em espécies polimórficas, que apresentam uma ampla variação no tamanho corporal das operárias. Um número crescente de estudos tem encontrado que o tamanho corporal desempenha um papel importante na divisão de trabalho entre formigas monomórficas, que não apresentam subcastas físicas de operárias. Este estudo teve como objetivo investigar se as operárias da formiga monomórfica Lasius niger respondem à temperatura de maneira similar às espécies polimórficas. Surpreendentemente, nossos achados indicam que o tamanho corporal médio das operárias que forrageiam em altas temperaturas durante a tarde é significativamente menor do que o das operárias que forrageiam em temperaturas muito mais baixas durante a manhã. Nosso estudo apoia a ideia, proposta por outros autores, de que a simples transferência radiativa de calor não explica completamente a importância do tamanho corporal para a tolerância térmica. Nós hipotetizamos que a alocação de operárias menores quando a temperatura está alta protege a colônia do superaquecimento. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal tolerance of monomorphic ants: The importance of body size: The foraging behavior of ants may be linked to the body size of workers, which serves as an adaptation to suboptimal external temperatures. The relationship between foraging behavior and body size is especially noticeable in polymorphic species, which display a broad range of variation in worker body size. An increasing number of studies have found that body size plays an important role in the division of labor among monomorphic ants, which do not display physical subcastes of workers. This study aimed to investigate whether the workers of the monomorphic ant Lasius niger respond to temperature in a similar way to polymorphic species. Surprisingly, our findings indicate that the mean body size of workers foraging in high temperatures during the afternoon is significantly smaller than that of workers foraging in much lower temperatures during the morning. Our study supports the idea, proposed by other authors, that simple radiative heat transfer does not fully explain the significance of body size for thermal tolerance. We hypothesize that allocating smaller workers when the temperature is high protects the colony from overheating. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Áreas urbanas experimentam temperaturas mais altas em comparação com áreas rurais e, como tal, são cada vez mais consideradas locais de aclimatação e adaptação ao aquecimento. Pequenos ectotérmicos, como insetos, cuja temperatura corporal aumenta com a temperatura do habitat, são diretamente afetados por mudanças de temperatura. Assim, o aquecimento poderia ter um efeito profundo no comportamento e fisiologia dos insetos. Para testar se o efeito de ilha de calor urbana impulsiona maior tolerância térmica e mudanças de atividade, utilizamos insetos globalmente distribuídos e abundantes - formigas. Medimos a tolerância ao calor e ao frio de 14 espécies de formigas distribuídas por áreas urbanas e periurbanas. Como características térmicas frequentemente se correlacionam com o forrageamento de formigas, medimos a atividade de forrageamento durante três anos consecutivos em oito locais. Contrariamente à nossa previsão, formigas expostas ao efeito de ilha de calor urbana não tiveram maior tolerância ao calor do que formigas periurbanas. Em vez disso, a tolerância ao frio variou entre habitats, com formigas dos habitats mais frios e periurbanos sendo capazes de tolerar temperaturas mais baixas. Registramos o mesmo padrão de calor invariável e maior tolerância ao frio para formigas no dossel, em comparação com formigas que nidificam no solo. A atividade das formigas foi quase 10 vezes maior em locais urbanos e foi melhor prevista pela tolerância ao frio, não ao calor. Esses resultados inesperados sugerem que precisamos repensar as previsões sobre ilhas de calor urbanas aumentando a tolerância ao calor de insetos em habitats urbanos, pois a tolerância ao frio pode ser uma característica mais plástica ou adaptável, particularmente na zona temperada. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Insects in temperate urban parks face stronger selection pressure from the cold than the heat: Urban areas experience higher temperatures compared to rural areas and as such, are increasingly considered places of acclimatization and adaptation to warming. Small ectotherms, such as insects, whose body temperature rises with habitat temperature, are directly affected by temperature changes. Thus, warming could have a profound effect on insect behavior and physiology. To test if the urban heat island effect drives higher thermal tolerance and activity changes, we used globally distributed and abundant insects—ants. We measured the heat and cold tolerance of 14 ant species distributed across urban and peri-urban areas. As thermal traits are often correlated with ant foraging, we measured foraging activity during three consecutive years across eight sites. Contrary to our prediction, ants exposed to the urban heat island effect did not have a higher heat tolerance than peri-urban ants. Instead, cold tolerance varied across habitats, with ants from the cooler, peri-urban habitats being able to tolerate lower temperatures. We recorded the same pattern of invariant heat and higher cold tolerance for ants in the canopy, compared to ground nesting ants. Ant activity was almost 10 times higher in urban sites and best predicted by cold, not heat tolerance. These unexpected results suggest that we need to rethink predictions about urban heat islands increasing insect heat tolerance in urban habitats, as cold tolerance might be a more plastic or adaptable trait, particularly in the temperate zone. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Com o aumento das temperaturas, compreender como os ectotérmicos serão impactados pelo estresse térmico é de importância crítica. Nesse contexto, muitos pesquisadores quantificam temperaturas críticas – que são os limites térmicos superiores (CTmax) e inferiores (CTmin) nos quais os organismos não conseguem mais funcionar. A maioria dos estudos estima CTs usando métodos baseados em banho onde os organismos são submersos em um ambiente térmico definido. Métodos baseados em placas (isto é, placas térmicas), no entanto, oferecem grande oportunidade para automação e estão prontamente disponíveis em muitos ambientes laboratoriais. As placas, entretanto, geram uma camada limite térmica unidirecional acima de sua superfície, o que significa que as temperaturas experimentadas por organismos de diferentes tamanhos são diferentes. Este efeito da camada limite pode enviesar as estimativas de temperaturas críticas. Aqui, testamos a hipótese de que os vieses na estimativa de temperatura crítica em placas térmicas são determinados pela altura do organismo. Também quantificamos a composição da camada limite para corrigir esses vieses. Analisamos quatro espécies de formigas do Reino Unido de diferentes tamanhos quanto ao seu CTmax em banhos secos (sem camada limite) e em placas térmicas (com uma camada limite). Descobrimos que as placas térmicas superestimaram os valores de CTmax das diferentes formigas, e que essa superestimação foi maior para espécies mais altas. Ao modelar estatisticamente a espessura da camada limite térmica e combinar com estimativas de altura das espécies, conseguimos corrigir essa superestimação e eliminar diferenças metodológicas. Nosso estudo fornece duas descobertas principais. Primeiro, fornecemos evidências de que a altura do organismo está positivamente relacionada ao viés presente nas estimativas de CTmax baseadas em placas. Segundo, mostramos que um modelo estatístico relativamente simples pode corrigir esse viés. Ao usar correções simples para efeitos da camada limite, como fizemos aqui, os pesquisadores poderiam abrir um novo espaço de possibilidades no projeto e implementação de ensaios de tolerância térmica usando placas em vez de banhos secos ou de água restritivos. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

A simple method to account for thermal boundary layers during the estimation of CTmax in small ectotherms: As temperatures rise, understanding how ectotherms will become impacted by thermal stress is of critical importance. In this context, many researchers quantify critical temperatures – these are the upper (CTmax) and lower (CTmin) thermal limits at which organisms can no longer function. Most studies estimate CTs using bath-based methods where organisms are submerged within a set thermal environment. Plate-based methods (i.e. hot plates), however, offer huge opportunity for automation and are readily available in many lab settings. Plates, however, generate a unidirectional thermal boundary layer above their surface which means that the temperatures experienced by organisms of different sizes is different. This boundary layer effect can bias estimates of critical temperatures. Here, we test the hypothesis that biases in critical temperature estimation on hot plates are driven by organism height. We also quantify the composition of the boundary layer in order to correct for these biases. We assayed four differently sized species of UK ants for their CTmax in dry baths (with no boundary layer) and on hot plates (with a boundary layer). We found that hot plates overestimated the CTmax values of the different ants, and that this overestimate was larger for taller species. By statistically modelling the thickness of the thermal boundary layer, and combining with estimates of species height, we were able to correct this overestimation and eliminate methodological differences. Our study provides two main findings. First, we provide evidence that organism height is positively related to the bias present in plate-based estimates of CTmax. Second, we show that a relatively simple statistical model can correct for this bias. By using simple corrections for boundary layer effects, as we have done here, researchers could open up a new possibility space in the design and implementation of thermal tolerance assays using plates rather than restrictive dry or water baths. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Diferenças no comportamento e fisiologia entre colônias de insetos sociais oferecem oportunidades para respostas evolutivas à seleção ambiental. Diferenças coloniais na fisiologia térmica podem indicar potencial para populações de insetos sociais se adaptarem a extremos de temperatura e determinar como as populações responderão às mudanças climáticas. Testamos se colônias de formigas-de-correição (Eciton burchellii parvispinum) diferiam em suas distribuições de tolerâncias das operárias a temperaturas extremamente baixas (CT<inf>min</inf>) e temperaturas extremamente altas (CT<inf>max</inf>). Amostramos operárias em uma variedade de tamanhos corporais em cada colônia, e coletamos dados de colônias tanto em locais mais quentes de baixa altitude quanto em locais mais frios de alta altitude. As colônias diferiram significativamente nas distribuições de CT<inf>min</inf> e CT<inf>max</inf>; as médias coloniais de CT<inf>min</inf> e CT<inf>max</inf> não foram correlacionadas. As diferenças entre colônias não foram associadas à variação no tamanho corporal das operárias. Algumas diferenças na fisiologia térmica foram associadas aos climas locais: colônias de locais mais quentes de baixa altitude tiveram CT<inf>min</inf> significativamente mais altos e CT<inf>max</inf> mais elevados, mas grande parte da variação intercolonial permaneceu inexplicada. Se variações coloniais significativas na fisiologia térmica estiverem associadas a diferenças genéticas, ambientes térmicos poderiam impulsionar mudanças evolutivas na fisiologia térmica. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Significant colony differences in thermal tolerances and decoupling of high and low critical temperatures in the army ant Eciton burchellii parvispinum: Differences in behaviour and physiology among social insect colonies provide opportunities for evolutionary responses to environmental selection. Colony differences in thermal physiology can indicate potential for social insect populations to accommodate temperature extremes and determine how populations will respond to changing climates. We tested whether army ant (Eciton burchellii parvispinum) colonies differed in their distributions of worker tolerances of extreme low temperatures (CT<inf>min</inf>) and extreme high temperatures (CT<inf>max</inf>). We sampled workers across a range of body sizes in each colony, and we collected data from colonies at both warmer low elevation sites and cooler high elevation sites. Colonies differed significantly in the distributions of both CT<inf>min</inf> and CT<inf>max</inf>; colony mean CT<inf>min</inf> and CT<inf>max</inf> were not correlated. The colony differences were not associated with worker body size variation. Some thermal physiology differences were associated with local climates: colonies from warmer lower elevation sites had significantly higher CT<inf>min</inf> and higher CT<inf>max</inf>, but much of the inter-colony variation was unexplained. If significant colony variation in thermal physiology is associated with genetic differences, thermal environments could drive evolutionary changes in thermal physiology. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aquecimento global está expondo muitos organismos a condições térmicas severas e causando impactos em múltiplos níveis de organização biológica, desde indivíduos até espécies e além. Fatores bióticos e abióticos podem influenciar a tolerância térmica dos organismos, moldando as respostas às mudanças climáticas. Em formigas eussociais, a tolerância térmica pode ser medida no nível da colônia (entre operárias dentro das colônias), no nível populacional (entre colônias dentro da espécie) e no nível da comunidade (entre espécies). Analisamos as máximas térmicas críticas (CT<inf>max</inf>) através desses três níveis para formigas em uma região semiárida do nordeste do Brasil. Examinamos os efeitos individuais e combinados de filogenia, tamanho corporal (TC) e micro-habitat de nidificação sobre CT<inf>max</inf> no nível da comunidade e os efeitos individuais do TC sobre CT<inf>max</inf> nos níveis populacional e de colônia. Amostramos 1864 operárias de 99 colônias de formigas em 47 espécies, para as quais caracterizamos CT<inf>max</inf>, micro-habitat de nidificação, TC e história filogenética. Entre as espécies, CT<inf>max</inf> variou de 39,3 a 49,7°C, e as diferenças no nível da comunidade foram melhor explicadas por filogenia e TC. Para mais da metade das espécies, CT<inf>max</inf> diferiu significativamente entre colônias de forma não explicada pelo TC. Notavelmente, houve quase tanta variabilidade em CT<inf>max</inf> dentro das colônias quanto dentro de toda a comunidade. Espécies monomórficas e polimórficas exibiram níveis similares de variabilidade de CT<inf>max</inf> dentro das colônias, um padrão nem sempre explicado pelo TC. Esta variabilidade vital intra e inter-colônias na tolerância térmica provavelmente permite que espécies de formigas tropicais lidem melhor com as mudanças climáticas. Nossos resultados reforçam por que a pesquisa ecológica deve examinar múltiplos níveis de organização biológica. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Critical thermal maxima in neotropical ants at colony, population, and community levels: Global warming is exposing many organisms to severe thermal conditions and is having impacts at multiple levels of biological organisation, from individuals to species and beyond. Biotic and abiotic factors can influence organismal thermal tolerance, shaping responses to climate change. In eusocial ants, thermal tolerance can be measured at the colony level (among workers within colonies), the population level (among colonies within species), and the community level (among species). We analysed critical thermal maxima (CT<inf>max</inf>) across these three levels for ants in a semiarid region of northeastern Brazil. We examined the individual and combined effects of phylogeny, body size (BS), and nesting microhabitat on community-level CT<inf>max</inf> and the individual effects of BS on population- and colony-level CT<inf>max</inf>. We sampled 1864 workers from 99 ant colonies across 47 species, for which we characterised CT<inf>max</inf>, nesting microhabitat, BS, and phylogenetic history. Among species, CT<inf>max</inf> ranged from 39.3 to 49.7°C, and community-level differences were best explained by phylogeny and BS. For more than half of the species, CT<inf>max</inf> differed significantly among colonies in a way that was not explained by BS. Notably, there was almost as much variability in CT<inf>max</inf> within colonies as within the entire community. Monomorphic and polymorphic species exhibited similar levels of CT<inf>max</inf> variability within colonies, a pattern not always explained by BS. This vital intra- and inter-colony variability in thermal tolerance is likely allows tropical ant species to better cope with climate change. Our results underscore why ecological research must examine multiple levels of biological organisation. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

A perturbação humana, incluindo a rápida urbanização e o aumento das temperaturas, pode ter efeitos profundos na ecologia das populações locais. Insetos eussociais, como as formigas, adaptaram-se aos estressores do aumento de temperatura e urbanização; entretanto, essas respostas evolutivas não são consistentes entre as populações em diferentes espaços geográficos. Aqui, investigamos como a urbanização e a temperatura de incubação influenciam a temperatura crítica máxima (CT<inf>max</inf>) e vários comportamentos ecologicamente relevantes em três espécies de formigas em locais urbanos e rurais em Worcester, MA, EUA. Fizemos isso incubando colônias de três espécies de formigas que habitam cavidades (Aphaenogaster picea, Tapinoma sessile e Temnothorax longispinosus) de 2 tipos de habitat (rural e urbano) por 60 dias em múltiplas temperaturas. Descobrimos que a temperatura de incubação, a urbanização e a espécie de formiga afetaram significativamente a temperatura crítica máxima geral da colônia. Também descobrimos que o tempo de recrutamento, o tempo de colonização e a resposta de defesa foram significativamente afetados pela temperatura de incubação e variaram entre as espécies de formigas, enquanto o tempo de recrutamento e colonização foram adicionalmente afetados pela urbanização. Essas mudanças variáveis no desempenho e nas características competitivas entre as espécies sugerem que as respostas à urbanização e às mudanças de temperatura não são universais entre as espécies. Alterações nas respostas comportamentais causadas pela urbanização podem perturbar a biodiversidade, criando ambientes competitivos incomuns como consequência de adaptações naturais e causando mecanismos diretos e indiretos pelos quais a perturbação humana pode levar à extinção local de espécies. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The effect of urbanization and temperature on thermal tolerance, foraging performance, and competition in cavity-dwelling ants: Human disturbance including rapid urbanization and increased temperatures can have profound effects on the ecology of local populations. Eusocial insects, such as ants, have adapted to stressors of increasing temperature and urbanization; however, these evolutionary responses are not consistent among populations across geographic space. Here we asked how urbanization and incubation temperature influence critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>) and various ecologically relevant behaviors in three ant species in urban and rural locations in Worcester, MA, USA. We did this by incubating colonies of three species of cavity dwelling ant (Aphaenogaster picea, Tapinoma sessile, and Temnothorax longispinosus) from 2 habitat types (Rural and Urban), for 60-days at multiple temperatures. We found that incubation temperature, urbanization, and species of ant all significantly affected overall colony critical thermal maximum. We also found that recruitment time, colonization time, and defense response were significantly affected by incubation temperature and varied between species of ant, while recruitment and colonization time were additionally affected by urbanization. These variable changes in performance and competitive traits across species suggest that responses to urbanization and shifting temperatures are not universal across species. Changes in behavioral responses caused by urbanization may disrupt biodiversity, creating unusual competitive environments as a consequence of natural adaptations and cause both direct and indirect mechanisms for which human disturbance can lead to local species extinction. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Interações mutualísticas entre espécies sustentam a biodiversidade e a função do ecossistema, mas podem ser perdidas quando os parceiros respondem diferentemente às condições abióticas. Exceto por alguns exemplos proeminentes, os efeitos da mudança antropogênica global sobre mutualismos são pouco compreendidos. Aqui avaliamos os efeitos da urbanização sobre uma simbiose na qual a planta Cordia nodosa abriga formigas em estruturas ocas (domácias) em troca de defesa contra herbívoros. Esperávamos encontrar que as formigas mutualistas seriam substituídas na cidade por oportunistas tolerantes ao calor, deixando as plantas urbanas vulneráveis à herbivoria. Em cinco locais de floresta protegida e cinco fragmentos florestais urbanos no sudeste do Peru, registramos a identidade e tolerância ao calor (CT<inf>max</inf>) das formigas residentes em C. nodosa. Também testamos seus comportamentos defensivos das plantas e seus efeitos sobre a herbivoria. Caracterizamos o efeito de ilha de calor urbana nas temperaturas ambientes e dentro das domácias. As plantas da floresta abrigavam uma comunidade de formigas consistente dominada por três formigas de plantas especializadas, enquanto as plantas urbanas abrigavam um conjunto de 10 táxons oportunistas que eram, coletivamente, cerca de 13 vezes menos propensos do que as formigas da floresta a responder defensivamente a perturbações nas plantas. Na floresta, a exclusão de formigas teve o efeito esperado de aumentar a herbivoria, mas nos locais urbanos, a exclusão reduziu a herbivoria. Apesar da pobre defesa por formigas nos locais urbanos, não detectamos diferença na herbivoria total presente, talvez porque os próprios herbívoros também diminuíram na cidade. Os locais urbanos eram mais quentes do que os locais florestais (máximas diárias nas domácias urbanas foram em média 1,6°C mais quentes), e a comunidade de formigas urbanas como um todo era ligeiramente mais tolerante ao calor. Estes resultados ilustram um caso de perda de mutualismo associado ao distúrbio antropogênico. Se a urbanização é representativa do aumento de estressores antropogênicos de forma mais ampla, podemos esperar ver a desestabilização de mutualismos mirmecofíticos em ecossistemas florestais no futuro. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Urbanization drives partner switching and loss of mutualism in an ant–plant symbiosis: Mutualistic interactions between species underpin biodiversity and ecosystem function, but may be lost when partners respond differently to abiotic conditions. Except for a few prominent examples, effects of global anthropogenic change on mutualisms are poorly understood. Here we assess the effects of urbanization on a symbiosis in which the plant Cordia nodosa house ants in hollow structures (domatia) in exchange for defense against herbivores. We expected to find that mutualist ants would be replaced in the city by heat-tolerant opportunists, leaving urban plants vulnerable to herbivory. In five protected forest sites and five urban forest fragments in southeast Perú, we recorded the identity and heat tolerance (CT<inf>max</inf>) of ant residents of C. nodosa. We also assayed their plant-defensive behaviors and their effects on herbivory. We characterized the urban heat-island effect in ambient temperatures and within domatia. Forest plants housed a consistent ant community dominated by three specialized plant ants, whereas urban plants housed a suite of 10 opportunistic taxa that were, collectively, about 13 times less likely than forest ants to respond defensively to plant disturbance. In the forest, ant exclusion had the expected effect of increasing herbivory, but in urban sites, exclusion reduced herbivory. Despite poor ant defense in urban sites, we detected no difference in total standing herbivory, perhaps because herbivores themselves also declined in the city. Urban sites were warmer than forest sites (daily maxima in urban domatia averaged 1.6°C hotter), and the urban ant community as a whole was slightly more heat tolerant. These results illustrate a case of mutualism loss associated with anthropogenic disturbance. If urbanization is representative of increasing anthropogenic stressors more broadly, we might expect to see destabilization of myrmecophytic mutualisms in forest ecosystems in the future. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os mosaicos de floresta-savana africanos são paisagens complexas que contêm misturas de pastagens lenhosas (savana) e diferentes sistemas florestais (florestas galeria e ilhas florestais). Nessas paisagens, as formigas são altamente diversificadas e desempenham serviços ecossistêmicos essenciais, porém a montagem das comunidades de formigas nos mosaicos de floresta-savana africanos é pouco compreendida. Aqui mostramos a diversidade e sobreposição de espécies das comunidades de formigas em três habitats da savana da África Ocidental e quantificamos a contribuição das tolerâncias térmicas e da ecologia trófica para a montagem da comunidade. Investigamos a diversidade de formigas no Parque Nacional de Comoé na África Ocidental (Costa do Marfim) em 16 locais de três tipos de habitat dentro de um mosaico de floresta-savana: floresta galeria contínua, ilhas florestais isoladas e savana. Em todos os locais, coletamos um total de 91 espécies de 35 gêneros de três estratos: árvores, serapilheira e solo. Adicionalmente, avaliamos diferenças em traços funcionais (grupos tróficos e tolerância térmica) entre tipos de habitat e estratos. Embora a riqueza de espécies tenha sido similar nos três habitats, houve uma clara separação nas assembleias de espécies e traços funcionais entre os dois habitats florestais e a savana. As mudanças nas assembleias de espécies foram principalmente devidas à substituição de espécies entre habitats de savana e floresta. Além disso, a substituição nas assembleias de espécies das florestas para os habitats de savana foi associada a uma mudança na tolerância térmica das espécies e na proporção de trofobiontes e predadores. Habitats florestais e de savana sustentam comunidades de formigas distintas com diferentes traços funcionais e contribuem aditivamente para a diversidade em escala de paisagem da fauna de formigas da África Ocidental. O uso da terra e a gestão de parques devem focar na conservação tanto de áreas de savana quanto de floresta em áreas protegidas tropicais como o Parque Nacional de Comoé. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Functional traits mediate ant community assembly in a West African savannah-forest mosaic (Côte d'Ivoire): African forest-savannah mosaics are complex landscapes holding mixtures of woody grasslands (savannah) and different forest systems (gallery forests and forest islands). In these landscapes, ants are highly diverse and perform essential ecosystem services, however, the assembly of ant communities in African forest-savannah mosaics is poorly understood. Here we showed the diversity and species overlap of ant communities in three habitats of the West African savannah and quantified the contribution of thermal tolerances and trophic ecology to community assembly. We investigated ant diversity in the West African Comoé National Park (Côte d'Ivoire) at 16 sites of three habitat types within a forest-savannah mosaic: continuous gallery forest, isolated forest islands and savannah. Across all sites, we collected a total of 91 species from 35 genera from three strata: trees, leaf litter, and soil. Additionally, we assessed differences in functional traits (trophic groups and thermal tolerance) between habitat types and strata. Though species richness was similar in all three habitats, there was a clear separation in species assemblages and functional traits between the two forest habitats and the savannah. Species assemblage shifts were primarily due to species turnover between savannah and forest habitats. In addition, the turnover in species assemblages from forests to savannah habitats was associated with a change in the thermal tolerance of species and in the proportion of trophobionts and predators. Forest and savannah habitats support distinct ant communities with different functional traits and contribute additively to the landscape-scale diversity of the West African ant fauna. Land-use and park management should focus on conserving both savannah and forest sites in tropical protected areas such as the Comoé National Park. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os mutualismos podem ser mais ou menos sensíveis às condições ambientais dependendo da diversidade e das respostas das espécies envolvidas. As formigas frequentemente formam associações mutualísticas com plantas que possuem nectários extraflorais (NEFs): as formigas protegem as plantas de herbívoros e recebem recursos alimentares (isto é, néctar) em troca. Como ectotérmicas, as formigas são fortemente influenciadas pela temperatura, e mudanças de temperatura podem afetar as interações entre formigas e plantas de maneiras que frequentemente dependem das características funcionais das espécies. Neste estudo, exploramos a influência do tamanho dos NEFs e da temperatura da superfície foliar nas interações entre formigas e plantas em uma floresta seca da Caatinga no Brasil. Observamos as formigas visitando 14 espécies de plantas portadoras de NEFs em diferentes horários do dia ao longo de 12 meses de amostragem; também medimos as temperaturas da superfície foliar durante esses períodos. Em seguida, quantificamos o tamanho dos NEFs para 68 indivíduos das 14 espécies de plantas. Os dados observacionais foram usados para caracterizar a tolerância ao calor das espécies de formigas attendant (isto é, com base nos níveis de atividade de forrageamento). Avaliamos então o grau de resiliência funcional do mutualismo usando dois índices: redundância funcional (isto é, o número de espécies de formigas interagindo com uma determinada espécie vegetal) e diversidade de resposta térmica (isto é, variabilidade na tolerância ao calor das espécies de formigas interagindo com uma determinada espécie vegetal). Descobrimos que a temperatura da superfície foliar, mas não o tamanho dos NEFs, teve influência na resiliência funcional do mutualismo. À medida que as temperaturas aumentaram, tanto a redundância funcional quanto a diversidade de resposta térmica diminuíram. Este resultado implica que temperaturas globais mais quentes podem aumentar a vulnerabilidade de mutualismos facultativos entre formigas e plantas, independentemente das características das plantas. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Increased temperatures could heighten vulnerability of an ant-plant mutualism: Mutualisms may be more or less sensitive to environmental conditions depending on the diversity and responses of the species involved. Ants frequently form mutualistic associations with plants bearing extrafloral nectaries (EFNs): the ants protect the plants from herbivores and receive food resources (i.e., nectar) in return. As ectotherms, ants are strongly influenced by temperature, and temperature shifts can affect ant-plant interactions in ways that often depend on species functional traits. In this study, we explored the influence of EFN size and leaf surface temperature on ant-plant interactions in a Caatinga dry forest in Brazil. We observed the ants visiting 14 EFN-bearing plant species at different times of day over 12 sampling months; we also measured leaf surface temperatures during these periods. We next quantified EFN size for 68 individuals from the 14 plant species. The observational data were used to characterize the heat tolerance of the attendant ant species (i.e., based on levels of foraging activity). We then evaluated the mutualism’s degree of functional resilience using two indices: functional redundancy (i.e., the number of ant species interacting with a given plant species) and thermal response diversity (i.e., variability in the heat tolerance of the ant species interacting with a given plant species). We found that leaf surface temperature, but not EFN size, had an influence on mutualism functional resilience. As temperatures increased, both functional redundancy and thermal response diversity decreased. This result implies that warmer global temperatures could heighten the vulnerability of facultative ant-plant mutualisms, regardless of plant traits. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os fungos são abundantes e ecologicamente importantes em escala global, mas pouco se sabe sobre se suas adaptações térmicas são moldadas por restrições bioquímicas (ou seja, o modelo "quanto mais quente, melhor") ou trade-offs evolutivos (ou seja, o modelo especialista-generalista). Testamos essas hipóteses gerando curvas de desempenho térmico de cultivares fúngicos cultivados por seis espécies de formigas "attine" cultivadoras de fungos no Panamá. Esses fungos representam transições evolutivas em estratégias de cultivo, pois quatro cultivares são cultivados por formigas abaixo do solo em temperaturas estáveis próximas a 25 °C e dois cultivares são cultivados acima do solo em temperaturas variáveis. Geramos curvas de desempenho térmico usando um experimento de jardim comum confinando isolados fúngicos a diferentes temperaturas e depois usamos uma abordagem de modelagem hierárquica bayesiana para comparar modelos concorrentes de sensibilidade à temperatura. Algumas características de desempenho térmico diferiram consistentemente entre as estratégias de cultivo, com cultivares acima do solo apresentando: (1) maior tolerância a baixas temperaturas (CTL<inf>min</inf>) e (2) maior taxa máxima de crescimento na temperatura ótima (r<inf>max</inf>). No entanto, duas premissas centrais compartilhadas pelo modelo "quanto mais quente, melhor" ou pelo modelo especialista-generalista não foram suportadas, pois os cultivares acima do solo não mostraram aumentos sistemáticos em sua temperatura ótima (T<inf>opt</inf>) ou amplitude de tolerância térmica. Esses resultados aproveitam os sistemas de cultivo de formigas como experimentos naturais de longo prazo para desacoplar os efeitos da variação térmica ambiental e da sensibilidade térmica fisiológica inata na evolução térmica fúngica. Os resultados têm implicações claras para prever pontos de ruptura induzidos pelo aquecimento climático em mutualismos animal-microorganismo. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The evolution of thermal performance curves in fungi farmed by attine ant mutualists in above-ground or below-ground microclimates: Fungi are abundant and ecologically important at a global scale, but little is known about whether their thermal adaptations are shaped by biochemical constraints (i.e., the hotter is better model) or evolutionary tradeoffs (i.e., the specialist-generalist model). We tested these hypotheses by generating thermal performance curves of fungal cultivars farmed by six species of Panamanian fungus-farming “attine” ants. These fungi represent evolutionary transitions in farming strategies, as four cultivars are farmed by ants below ground at stable temperatures near 25 °C and two cultivars are farmed above ground at variable temperatures. We generated thermal performance curves using a common garden experiment confining fungal isolates to different temperatures and then used a Bayesian hierarchical modelling approach to compare competing temperature sensitivity models. Some thermal performance traits differed consistently across farming strategies, with above-ground cultivars having: (1) higher tolerance to low temperatures (CTL<inf>min</inf>) and (2) higher maximum growth rate at the optimal temperature (r<inf>max</inf>). However, two core assumptions shared by the hotter is better model or specialist-generalist model were not supported as above-ground cultivars did not show systematic increases in either their optimal temperature (T<inf>opt</inf>) or thermal tolerance breadth. These results harness ant farming systems as long-term natural experiments to decouple the effects of environmental thermal variation and innate physiological temperature sensitivity on fungal thermal evolution. The results have clear implications for predicting climate warming-induced breaking points in animal-microbe mutualisms. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A partição de nicho é um mecanismo fundamental para explicar a coexistência de espécies, incluindo a coexistência de formigas em árvores da savana brasileira (cerrado). No entanto, temos informações limitadas sobre até que ponto as espécies de formigas arborícolas exploram diferentes recursos alimentares e/ou possuem diferentes horários de forrageamento diários. Testamos essas ideias através de um experimento com iscas e medindo a assinatura isotópica (δ15N) e a temperatura crítica máxima (CT<inf>máx</inf>) das 14 espécies mais comuns encontradas em uma espécie de árvore típica do cerrado. Embora a maioria das espécies forrageasse em todos os tipos de iscas oferecidas, foram observadas preferências específicas por espécie para cerca de um terço das espécies. Também encontramos uma ampla variação no δ15N médio entre as espécies, refletindo diferenças interespecíficas na posição trófica. A maioria (71,4%) das espécies forrageava predominantemente em um determinado período do dia, variando de espécies estritamente noturnas àquelas que forrageavam principalmente à tarde. Espécies com maior tolerância ao calor (CT<inf>máx</inf> mais alta) frequentemente forrageavam em períodos mais quentes do dia do que aquelas com menor tolerância. Apesar das evidências de partição de nicho trófica e temporal, outros mecanismos, como especialização em locais de nidificação e trade-offs comportamentais, são necessários para explicar a coexistência de espécies nesta assembleia de formigas arborícolas, uma vez que vários pares de espécies sobrepuseram-se amplamente tanto em sua dieta quanto no horário de forrageamento. Importante, nossos resultados fornecem suporte adicional para a ideia de que a restrição fisiológica a altas temperaturas é importante para entender as diferenças interespecíficas nos horários de atividade de forrageamento. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Temporal and trophic niche partitioning among arboreal ants in a Neotropical woodland savanna: Niche partitioning is a key mechanism for explaining species coexistence, including the coexistence of ants in trees of the Brazilian savanna (cerrado). However, we have limited information on the extent to which arboreal ant species exploit different food resources and/or have different daily foraging schedules. We tested these ideas through a baiting experiment, and by measuring the isotopic signature (δ15N) and the critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>) of the 14 most common species found in a typical cerrado tree species. Although most species foraged on all bait types offered, species-specific preferences were noted for about one-third of the species. We also found a wide variation in mean δ15N between species, reflecting interspecific differences in trophic position. Most (71.4%) species foraged predominantly on a given period of the day, ranging from strictly nocturnal species to those that foraged mainly in the afternoon. Species with a higher heat tolerance (higher CT<inf>max</inf>) often foraged at warmer periods of the day than those with a lower tolerance. Despite the evidence of trophic and temporal niche partitioning, other mechanisms, such as nesting site specialization and behavioural trade-offs, are required to explain species coexistence in this arboreal ant assemblage, as several species pairs largely overlapped both in their diet and time of foraging. Importantly, our results provide additional support for the idea that physiological restriction to high temperatures is important for understanding interspecific differences in foraging activity schedules. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Objetivo: O aquecimento global destacou a importância de compreender o papel da tolerância térmica como impulsionadora das distribuições de espécies, especialmente para ectotérmicos. Aqui analisamos interações entre latitude, elevação e arboricidade como preditores de padrões geográficos de tolerância térmica em formigas. Localização: Os dados coletados estão distribuídos globalmente. Métodos: Primeiro testamos o efeito da latitude, elevação e seu efeito interativo no CTmax e CTmin das formigas. Segundo, testamos se CTmax e CTmin apresentam agrupamento filogenético. Finalmente, testamos se CTmax e CTmin podem ser explicados pelo microhabitat de nidificação (espécies de solo vs. espécies que nidificam em árvores) e se a probabilidade de ocorrência de espécies que nidificam em árvores ao longo de gradientes térmicos ajuda a explicar o padrão global no CTmax das formigas. Resultados: CTmax e CTmin apresentaram sinais filogenéticos alto e baixo respectivamente e, portanto, mostraram respostas diferentes aos gradientes geográficos. Notavelmente, descobrimos que o CTmax foi maior em latitudes mais altas. Isso foi explicado pela falta de substituição altitudinal em altas latitudes entre espécies que nidificam em árvores, que estão expostas a microclimas mais quentes e têm CTmax mais alto em comparação com espécies que nidificam no solo. CTmin diminuiu com a elevação em baixas latitudes, mas não variou com a elevação em latitudes mais altas. Conclusões Principais: Nossos achados destacam a importante influência da arboricidade na macroecologia da tolerância térmica, modificando substancialmente noções tradicionais de variação ao longo de gradientes latitudinais e altitudinais. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal Tolerance and Species Distributions: Interactions Between Latitude, Elevation and Arboreality in Ants: Aim: Global warming has highlighted the importance of understanding the role of thermal tolerance as a driver of species distributions, especially for ectotherms. Here we analyse interactions between latitude, elevation and arboreality as predictors of geographic patterns of thermal tolerance in ants. Location: The collected data are distributed globally. Methods: We first tested the effect of latitude, elevation and its interactive effect on ant CT<inf>max</inf> and CT<inf>min</inf>. Second, we tested whether CT<inf>max</inf> and CT<inf>min</inf> are phylogenetic clustering. Finally, we tested whether CT<inf>max</inf> and CT<inf>min</inf> can be explained by nesting microhabitat (ground vs. tree-nesting species) and whether the probability of occurrence of tree-nesting species along thermal gradients helps explain the global pattern in ant CT<inf>max</inf>. Results: CT<inf>max</inf> and CT<inf>min</inf> displayed high and low phylogenetic signals respectively and therefore showed different responses to geographic gradients. Notably, we found that CT<inf>max</inf> was higher in higher latitudes. This was explained by a lack of elevational turnover at high latitudes among tree-nesting species, which are exposed to warmer microclimates and have higher CT<inf>max</inf> compared with ground-nesting species. CT<inf>min</inf> decreased with elevation at low latitudes, but did not vary with elevation at higher latitudes. Main Conclusions: Our findings highlight the important influence of arboreality on the macroecology of thermal tolerance, substantially modifying traditional notions of variation along latitudinal and elevation gradients. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

A macroescala na qual medimos, modelamos e prevemos as mudanças climáticas não se alinha com a microescala na qual pequenos ectotérmicos vivenciam o clima. Para compreender a influência do clima na biodiversidade e os potenciais efeitos ecológicos das mudanças climáticas, mais trabalho é necessário para entender como a fisiologia dos ectotérmicos se relaciona com as temperaturas microclimáticas. Os dossel das árvores são um exemplo de habitat que produz microclimas extremos, e os artrópodes nos dossel de florestas tropicais são ameaçados pelo calor extremo e aquecimento. A situação nos dossel temperados, no entanto, é menos clara. A sabedoria convencional sugere que o frio do inverno limita a diversidade de artrópodes arborícolas em florestas temperadas, mas como o dossel é menos protegido de temperaturas extremas, o calor do verão também pode desempenhar um papel. Comunidades limitadas pelo calor e pelo frio responderão diferentemente às mudanças climáticas, portanto essa distinção é crítica. Usando as estruturas da hipótese da adaptação térmica e da assimetria do nicho térmico, perguntamos se as formigas arborícolas eram fisiologicamente adaptadas ao seu ambiente extremo e se o calor do verão ou o frio do inverno era mais estressante. Acompanhamos microclimas internos de ninhos de formigas no dossel e no solo ao longo do ciclo sazonal em florestas temperadas na Carolina do Norte, EUA. Em seguida, medimos a tolerância ao calor (CT<inf>máx</inf>) e ao frio (CT<inf>mín</inf>) de formigas operárias no verão e na primavera e as comparamos com os microclimas vivenciados pelas formigas. Ninhos no dossel temperado experimentaram extremos mais quentes e mais frios e acompanharam mais de perto as temperaturas do ar do que ninhos de formigas no solo. As formigas arborícolas aderiram parcialmente à hipótese da adaptação térmica. Elas eram mais tolerantes ao calor do que espécies que nidificam no solo, mas, apesar de experimentarem temperaturas mais baixas, eram menos tolerantes ao frio. As formigas aclimataram sua tolerância ao frio de acordo com as mudanças sazonais, mas a tolerância ao calor era mais filogeneticamente restrita. O calor do verão não se aproximou da tolerância ao calor das formigas em nenhum estrato, mas as baixas de inverno e primavera no dossel excederam a tolerância ao frio das formigas que nidificam lá. Ao comparar temperaturas microclimáticas e fisiologia térmica, sugerimos que o frio do inverno – e não o calor do verão – provavelmente limita a diversidade de artrópodes no dossel temperado. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Too cold to handle: Climatic constraints on arboreal ants in temperate forests: The macroscale at which we measure, model and predict climate change does not align with the microscale at which small ectotherms experience climate. To understand climate's influence on biodiversity and potential ecological effects of climate change, more work is needed to understand how ectotherm physiology relates to microclimatic temperatures. Tree canopies are an example of a habitat that produces extreme microclimates, and arthropods in tropical forest canopies are threatened by extreme heat and warming. The situation in temperate canopies, however, is less clear. Conventional wisdom suggests that winter cold limits arboreal arthropod diversity in temperate forests, but because the canopy is less buffered from extreme temperatures, summer heat could also play a role. Heat- and cold-limited communities will respond differently to climate change, so this distinction is critical. Using the frameworks of the thermal adaptation hypothesis and thermal niche asymmetry, we asked whether arboreal ants were physiologically adapted to their extreme environment and whether summer heat or winter cold was more stressful. We tracked internal microclimates of ant nests in the canopy and on the ground over the seasonal cycle in temperate forests in North Carolina, USA. Then, we measured the heat (CT<inf>max</inf>) and cold tolerance (CT<inf>min</inf>) of worker ants in summer and spring and compared them with ants' experienced microclimates. Nests in the temperate canopy experienced hotter and colder extremes and more closely tracked air temperatures than ant nests on the ground. Arboreal ants partially adhered to the thermal adaptation hypothesis. They were more heat tolerant than ground-nesting species, but despite experiencing lower temperatures, they were less cold-tolerant. Ants acclimated their cold tolerance in line with seasonal changes, but heat tolerance was more phylogenetically constrained. Summer heat did not approach ants' heat tolerance in either stratum, but winter and spring lows in the canopy exceeded the cold tolerance of ants nesting there. By comparing microclimatic temperatures and thermal physiology, we suggest that winter cold–and not summer heat–likely limits arthropod diversity in the temperate canopy. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A fragmentação de habitat é uma das principais causas de perda de biodiversidade. A fragmentação pode alterar as condições térmicas nos fragmentos remanescentes, especialmente nas bordas do habitat, mas poucos estudos examinaram as variações na tolerância térmica de espécies em habitats fragmentados. As formigas são sensíveis tanto à fragmentação de habitat quanto às mudanças de temperatura, sendo um táxon ideal para estudar esses impactos. Aqui, focamos na espécie de formiga dimórfica Pheidole nodus em um sistema de ilhas de habitat fragmentado (Lago das Mil Ilhas) na China. Avaliamos as temperaturas críticas máxima (CTmax), mínima (CTmin) e a faixa térmica crítica (CTrange) para operárias menores e operárias maiores (soldados) de 2307 indivíduos de 117 colônias de borda e interior em 9 ilhas durante estações relativamente quentes e frias. Usando modelos lineares de efeitos mistos, exploramos os efeitos da área da ilha, tipo de habitat (borda vs. interior), estação do ano e casta (operária vs. soldado) sobre CTmax, CTmin e CTrange. Descobrimos que as temperaturas eram 1-3 °C mais altas em locais de borda do que em locais de interior na estação relativamente quente. No entanto, apenas CTmax e CTrange nas populações de borda foram maiores do que aquelas de locais de interior em ilhas menores. CTmax foi maior na estação relativamente quente e CTmin foi menor na estação relativamente fria, indicando plasticidade sazonal na tolerância térmica. Operárias consistentemente apresentaram maior CTmax e menor CTmin do que soldados. Esses achados destacam a importância da sazonalidade, casta de operárias e efeito interativo entre área da ilha e tipo de habitat na moldagem da tolerância térmica de uma espécie de formiga dimórfica dominante em ilhas de habitat fragmentado. Nosso estudo fornece um roteiro para integrar a biologia térmica em estudos sobre como a fragmentação impacta a biodiversidade. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Seasonality, worker caste, and the interaction between island area and habitat type influence the thermal tolerance of ants on fragmented habitat islands: Habitat fragmentation is a major cause of biodiversity loss. Fragmentation can alter thermal conditions on the remaining patches, especially at habitat edges, but few studies have examined variations in thermal tolerance of species in fragmented habitats. Ants are sensitive to both habitat fragmentation and temperature changes, and are an ideal taxon for studying these impacts. Here, we focused on the dimorphic ant species Pheidole nodus in a fragmented habitat island system (Thousand island lake) in China. We assessed critical thermal maximum (CTmax), minimum (CTmin), and range (CTrange) temperatures for both minor (workers) and major workers (soldiers) of 2307 individuals from 117 edge and interior colonies across 9 islands during relatively hot and cold seasons. Using mixed-effect linear models, we explored the effects of island area, habitat type (edge vs. interior), season, and caste (worker vs. soldier) on CTmax, CTmin, and CTrange. We found temperatures were 1–3 °C higher in edge than interior sites in relatively hot season. Yet, only CTmax and CTrange in edge populations were higher than those of interior sites on smaller islands. CTmax was higher in relatively hot season and CTmin was lower in relatively cold season, indicating seasonal plasticity in thermal tolerance. Workers consistently had higher CTmax and lower CTmin than soldiers. These findings underscore the importance of seasonality, worker caste, and interactive effect between island area and habitat type in shaping thermal tolerance of a dominant dimorphic ant species on fragmented habitat islands. Our study provides a roadmap for integrating thermal biology into studies of how fragmentation impacts biodiversity. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Destaque de Pesquisa: Kirchner, Michelle; Sorenson, Clyde; Youngsteadt, Elsa (2025). Muito frio para suportar: Restrições climáticas sobre formigas arbóreas em florestas temperadas. Journal of Animal Ecology. As formigas estão entre os animais mais abundantes do planeta e têm um enorme impacto nos ecossistemas em todo o mundo. Sendo ectotérmicas de corpo pequeno, seu crescimento, sobrevivência e reprodução estão intimamente ligados às temperaturas que experimentam (o microclima), e portanto a fisiologia térmica de diferentes espécies de formigas determina sua distribuição global e regional e está sujeita a mudanças sob o aquecimento climático. Habitats florestais apresentam um gradiente climático adicional significativo do solo até o dossel, e suas implicações para espécies de formigas tropicais foram razoavelmente bem exploradas. No entanto, essas descobertas não podem ser facilmente aplicadas a florestas temperadas, onde a variação sazonal na temperatura e na vegetação pode significar coisas muito diferentes para as comunidades de formigas. Kirchner, Sorenson e Youngsteadt (2025) abordam esta lacuna de pesquisa medindo a tolerância térmica de formigas coletadas do solo e do dossel, ao longo das estações, juntamente com medições de temperaturas do ar e dos ninhos. Como em outros lugares, formigas que experimentam uma faixa mais ampla de temperaturas - neste caso, formigas do dossel - têm uma tolerância térmica mais ampla do que aquelas que experimentam temperaturas mais estáveis - as formigas que habitam o solo. Formigas de ambos os estratos adaptaram sua tolerância ao frio para lidar com o frio do inverno, enquanto a tolerância ao calor não mudou, de acordo com evidências anteriores de que a tolerância ao calor é uma característica menos lábil. No entanto, intrigantemente, as formigas do dossel eram menos tolerantes ao frio do inverno, apesar de estarem muito mais expostas ao frio extremo. Assim, este artigo fornece uma visão intrigante de como as regras ecofisiológicas se aplicam às formigas ao longo do gradiente vertical das florestas temperadas, sugerindo que as formigas do dossel aqui são mais limitadas pela tolerância ao frio do inverno. Isso poderia sugerir que a diversidade dos dosseles de florestas temperadas pode aumentar à medida que os invernos se tornam menos extremos, o que poderia ter implicações importantes para os ecossistemas de florestas temperadas. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Canopy ants are out in the cold in temperate forests: Research Highlight: Kirchner, Michelle; Sorenson, Clyde; Youngsteadt, Elsa (2025). Too cold to handle: Climatic constraints on arboreal ants in temperate forests. Journal of Animal Ecology. Ants are among the most abundant animals on the planet and they have a huge impact of ecosystems worldwide. Being small-bodied ectotherms, their growth, survival and reproduction is closely tied to the temperatures they experience (the microclimate), and hence the thermal physiology of different ant species determines their global and regional distribution and is subject to change under climate warming. Forest habitats present a significant additional climate gradient from ground to canopy, and its implications for tropical ant species have been reasonably well explored. Yet these findings cannot easily be easily applied to temperate forests, where seasonal variation in temperature and vegetation could mean very different things for ant communities. Kirchner, Sorenson, & Youngsteadt (2025) address this research gap by measuring the thermal tolerance of ants collected from the ground and canopy, across seasons, and alongside measurements of air and nest temperatures. As elsewhere, ants that experience a broader range of temperatures—in this case, canopy ants—have a broader thermal tolerance than those experiencing more stable temperatures—the ground-dwelling ants. Ants from both strata adapted their cold tolerance to cope with winter cold, while heat tolerance did not change, in line with previous evidence that heat tolerance is a less labile trait. Perplexingly, however, canopy ants were less tolerant of winter cold despite being far more exposed to extreme cold. Thus, this paper provides an intriguing insight into how ecophysiological rules play out for ants across the vertical gradient of temperate forests, suggesting that canopy ants here are more limited by tolerance of winter cold. This could suggest that the diversity of temperate forest canopies may increase as winters become less extreme, which could have important implications for temperate forest ecosystems. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Objetivo: Assume-se que a variação nas tolerâncias térmicas ao longo de gradientes ambientais segue padrões similares em diferentes escalas biológicas, incluindo dentro e entre espécies, e através de comunidades. No entanto, esta suposição ainda precisa ser testada usando conjuntos de dados abrangentes coletados através de metodologias padronizadas. Localização: Sul da Ásia. Período: 2017-2019. Principais Taxa Estudados: Formigas, besouros, gafanhotos e aranhas. Métodos: Quantificamos as associações entre características de tolerância térmica e elevação ou temperatura em três escalas biológicas (comunidade, grupo taxonômico amplo e espécie) ao longo de dois transectos elevacionais distintos no Sul da Ásia. No total, medimos as tolerâncias térmicas de mais de 15.000 indivíduos de 114 espécies de artrópodes pertencentes a quatro taxa de invertebrados (formigas, besouros, gafanhotos e aranhas). Comparamos as relações em cada escala usando modelos de efeitos mistos. Resultados: Na escala da comunidade, através de todos os indivíduos de todas as espécies, encontramos um declínio consistente nos valores de três características de tolerância térmica (tolerância superior, tolerância inferior e amplitude de tolerância) com a elevação ao longo do transecto do Himalaia, mas um aumento nos valores de tolerância superior e inferior ao longo do transecto de Sulaiman. As relações entre características de tolerância térmica e elevação/temperatura variaram entre os grupos e espécies entre os transectos do Himalaia e Sulaiman. Isto sugere que fatores além da elevação, incluindo composição vegetacional, microclima, características da paisagem e adaptação local, direcionam a variação observada nas características de tolerância térmica entre e dentro das espécies. Conclusão: Nosso estudo destaca a interação entre fisiologia térmica e o ambiente através de diferentes habitats e escalas biológicas. Nossos achados indicam que prever respostas da biodiversidade às mudanças ambientais baseadas em relações tolerância térmica-ambiente requer consideração cuidadosa da variação em nível de grupo e espécie. Isto é essencial para melhorar a precisão das avaliações de impacto das mudanças climáticas na biodiversidade. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Variation in Ectotherm Thermal Tolerances With Elevation and Temperature Across Biological Scales: Aim: Variation in thermal tolerances along environmental gradients is assumed to follow similar patterns across different biological scales, including within and between species, and across communities. However, this assumption has yet to be tested using comprehensive datasets collected through standardised methodologies. Location: Southern Asia. Time Period: 2017–2019. Major Taxa Studied: Ants, beetles, grasshoppers, and spiders. Methods: We quantified the associations between thermal tolerance traits and elevation or temperature at three biological scales (community, broad taxonomic group, and species) along two distinct elevational transects in Southern Asia. In total, we measured thermal tolerances of over 15,000 individuals from 114 arthropod species belonging to four invertebrate taxa (ants, beetles, grasshoppers, and spiders). We compared the relationships at each scale using mixed-effects models. Results: At the community scale, across all individuals of all species, we found a consistent decline in the values of three thermal tolerance traits (upper tolerance, lower tolerance, and tolerance breadth) with elevation along the Himalayan transect but an increase in the values of upper and lower tolerance along the Sulaiman transect. The relationships of thermal tolerance traits and elevation/temperature varied among the groups and species between the Himalayan and Sulaiman transects. This suggests that factors beyond elevation, including vegetation composition, microclimate, landscape features, and local adaptation, drive observed variation in thermal tolerance traits among and within species. Conclusion: Our study highlights the interplay between thermal physiology and the environment across different habitats and biological scales. Our findings indicate that predicting biodiversity responses to environmental change based on thermal tolerance–environment relationships requires careful consideration of group- and species-level variation. This is essential for improving the accuracy of climate change impact assessments on biodiversity. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tolerância térmica influencia a sobrevivência, o desempenho e a distribuição de organismos ectotérmicos. Seus efeitos são especialmente importantes diante do advento das rápidas mudanças climáticas. Embora a qualidade da dieta tenha demonstrado modular a temperatura crítica máxima (CT<inf>max</inf>) em formigas sob condições laboratoriais, permanece incerto se essa resposta e a velocidade com que aparece são as mesmas em formigas silvestres. Aqui, testamos se uma dieta enriquecida com carboidratos poderia aumentar rapidamente a CT<inf>max</inf> em Dorymyrmex thoracicus, uma espécie de formiga tolerante ao calor na Caatinga brasileira. Usando dois experimentos em campo, descobrimos que formigas com acesso a uma solução de sacarose a 20% exibiram valores de CT<inf>max</inf> significativamente maiores do que formigas que não tiveram acesso à solução de sacarose. O segundo experimento mostrou que essa diferença apareceu poucas horas após o tratamento, sugerindo a operação de respostas fisiológicas rápidas potencialmente ligadas à disponibilidade de energia e à síntese de proteínas de choque térmico. Assim, a ingestão de carboidratos pode modular imediatamente a tolerância térmica em condições naturais, um resultado que pode nos ajudar a prever como formigas e outros ectotérmicos podem responder a mudanças climáticas na disponibilidade de alimento e estresse térmico. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Carbohydrate-Enriched Diet Quickly Enhances Heat Tolerance in Wild Colonies of Dorymyrmex thoracicus: Thermal tolerance influences the survival, performance, and distribution of ectothermic organisms. Its effects are especially important given the advent of rapid climate change. While diet quality has been shown to modulate critical thermal maxima (CT<inf>max</inf>) in ants under laboratory conditions, it remains unclear whether this response and the speed at which it appears are the same in wild ants. Here, we tested whether a carbohydrate-enriched diet could quickly increase CT<inf>max</inf> in Dorymyrmex thoracicus, a heat-tolerant ant species in the Brazilian Caatinga. Using two field-based experiments, we found that ants given access to a 20% sucrose solution exhibited significantly higher CT<inf>max</inf> values than did ants who did not have access to the sucrose solution. The second experiment showed that this difference appeared a few hours after the treatment, suggesting the operation of rapid physiological responses potentially linked to energy availability and heat shock protein synthesis. Thus, carbohydrate intake can immediately modulate thermal tolerance under natural conditions, a result that can help us predict how ants, and other ectotherms, may respond to climate-driven shifts in food availability and thermal stress. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A interação entre o aquecimento oceânico, hipóxia e hipercapnia, sugerida por projeções climáticas, pode levar um organismo mais cedo aos limites de sua janela de tolerância térmica. Em um estudo anterior com juvenis de abalone verde (Haliotis fulgens), a exposição combinada a hipóxia e hipercapnia durante o estresse térmico induziu uma redução da temperatura crítica máxima (CT<inf>máx</inf>), indicada por consumo de oxigênio restrito, espasmos musculares e perda de fixação. Assim, o presente estudo investigou a fisiologia celular no músculo do pé de juvenis de H. fulgens expostos ao aquecimento agudo (18 °C a 32 °C a +3 °C dia−1) sob hipóxia (50% de saturação de ar) e hipercapnia (~1000 μatm PCO<inf>2</inf>), isoladamente e em combinação, para decifrar os mecanismos que levam à perda funcional neste tecido. Sob exposição a hipóxia ou hipercapnia, a atividade da citrato sintase (CS) diminuiu com o aquecimento inicial, em linha com a compensação térmica, mas retornou aos níveis de controle a 32 °C. As enzimas anaeróbicas lactato e tauropina desidrogenase aumentaram apenas sob hipóxia a 32 °C. Sob o tratamento combinado, a CS superou a compensação térmica e permaneceu estável no geral, indicando regulação mitocondrial ativa sob essas condições. A acumulação limitada de metabólitos anaeróbicos indica modo inalterado de produção de energia. Em todos os tratamentos, a regulação positiva do mRNA de Hsp70 foi observada já a 30 °C. No entanto, a falta de evidências para acumulação da proteína Hsp70 fornece apenas suporte limitado à desnaturação térmica de proteínas. Concluímos que sob hipóxia e hipercapnia combinadas, a depressão metabólica permitiu que a musculatura de H. fulgens mantivesse um modo aeróbico de metabolismo em resposta ao aquecimento, mas pode ter contribuído para a perda funcional. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Assessment of muscular energy metabolism and heat shock response of the green abalone Haliotis fulgens (Gastropoda: Philipi) at extreme temperatures combined with acute hypoxia and hypercapnia: The interaction between ocean warming, hypoxia and hypercapnia, suggested by climate projections, may push an organism earlier to the limits of its thermal tolerance window. In a previous study on juveniles of green abalone (Haliotis fulgens), combined exposure to hypoxia and hypercapnia during heat stress induced a lowered critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>), indicated by constrained oxygen consumption, muscular spams and loss of attachment. Thus, the present study investigated the cell physiology in foot muscle of H. fulgens juveniles exposed to acute warming (18 °C to 32 °C at +3 °C day−1) under hypoxia (50% air saturation) and hypercapnia (~1000 μatm PCO<inf>2</inf>), alone and in combination, to decipher the mechanisms leading to functional loss in this tissue. Under exposure to either hypoxia or hypercapnia, citrate synthase (CS) activity decreased with initial warming, in line with thermal compensation, but returned to control levels at 32 °C. The anaerobic enzymes lactate and tauropine dehydrogenase increased only under hypoxia at 32 °C. Under the combined treatment, CS overcame thermal compensation and remained stable overall, indicating active mitochondrial regulation under these conditions. Limited accumulation of anaerobic metabolites indicates unchanged mode of energy production. In all treatments, upregulation of Hsp70 mRNA was observed already at 30 °C. However, lack of evidence for Hsp70 protein accumulation provides only limited support to thermal denaturation of proteins. We conclude that under combined hypoxia and hypercapnia, metabolic depression allowed the H. fulgens musculature to retain an aerobic mode of metabolism in response to warming but may have contributed to functional loss. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tolerância ao calor das mudas de tomate foi significativamente melhorada após tratamento de choque térmico a 40°C por 4 h. Comparado com o controle, as mudas de tomate submetidas ao choque térmico, por um lado, apresentaram maior taxa fotossintética líquida (P<inf>N</inf>), condutância estomática, concentração intercelular de CO<inf>2</inf>, eficiência do uso da água, rendimento quântico máximo da fotoquímica do PSII (F<inf>v</inf>/F<inf>m</inf>), taxa de transporte de elétrons, eficiência fotoquímica real do PSII e atividade de enzimas antioxidantes, por outro lado, apresentaram menor quenching não fotoquímico, condutividade relativa, conteúdo de malondialdeído (MDA) e acúmulo de espécies reativas de oxigênio (ROS). Além disso, o choque térmico induziu a produção de proteínas de choque térmico (HSPs) nas folhas das mudas de tomate. HSP70 foi significativamente negativamente correlacionada com P<inf>N</inf>, F<inf>v</inf>/F<inf>m</inf>, catalase, superóxido dismutase e peroxidase e foi significativamente positivamente correlacionada com MDA e ROS. No geral, tratamentos de choque térmico de curta duração, induzindo a produção de HSPs, ajudaram a melhorar a tolerância térmica das mudas de tomate. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Enhancing the thermotolerance of tomato seedlings by heat shock treatment: The heat tolerance of tomato seedlings was significantly enhanced after heat shock treatment at 40°C for 4 h. Compared with the control, the heat-shocked tomato seedlings, on one hand, had a higher net photosynthetic rate (P<inf>N</inf>), stomatal conductance, intercellular CO<inf>2</inf> concentration, water-use efficiency, maximal quantum yield of PSII photochemistry (F<inf>v</inf>/F<inf>m</inf>), electron transport rate, actual photochemical efficiency of PSII, and activity of antioxidant enzymes, on the other hand, had lower nonphotochemical quenching, relative conductivity, malondialdehyde content (MDA), and accumulation of reactive oxygen species (ROS). In addition, heat shock induced production of heat shock proteins (HSPs) in tomato seedling leaves. HSP70 was significantly negatively correlated with P<inf>N</inf>, F<inf>v</inf>/F<inf>m</inf>, catalase, superoxide dismutase, and peroxidase and was significantly positively correlated with MDA and ROS. Overall, short-term heat shock treatments, inducing the production of HSPs, helped improve the thermal tolerance of tomato seedlings. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Reverter o declínio global na abundância e diversidade de peixes depende de soluções de conservação baseadas em ciência. Existe uma riqueza de dados sobre as restrições ecofisiológicas de muitos peixes, mas grande parte dessas informações é subutilizada em planos de recuperação devido à falta de síntese. Aqui, usamos o ameaçado esturjão-verde (Acipenser medirostris) como exemplo de como uma síntese quantitativa de dados fisiológicos pode informar planos de conservação, identificar lacunas de conhecimento e direcionar ações futuras de pesquisa. Revisamos e extraímos metadados de artigos revisados por pares sobre o esturjão-verde. Um total de 105 publicações foram identificadas, abrangendo múltiplas disciplinas, com o foco principal sendo fisiologia da conservação (23,8%). Uma abordagem meta-analítica foi escolhida para resumir os efeitos médios de estressores proeminentes (temperaturas elevadas, salinidade, baixa disponibilidade de alimento e contaminantes) em vários traços fisiológicos (crescimento, tolerância térmica, desempenho natatório e expressão de proteínas de choque térmico). Todos os estressores examinados prejudicaram significativamente o crescimento do esturjão-verde, e custos adicionais específicos por estressor foram documentados. Essas descobertas foram então usadas para sugerir várias ações de manejo, como mitigar a intrusão de sal em habitats de berçário e manter as temperaturas da água dentro de faixas ótimas durante os períodos de pico de desova. Lacunas-chave de dados também foram identificadas; os esforços de pesquisa foram tendenciosos para estágios de história de vida juvenil (38,1%) e adulto (35,2%), e menos dados estão disponíveis para estágios iniciais de história de vida (embrionário, 11,4%; larva com saco vitelino, 12,4%; e larva pós-saco vitelino, 16,2%). Da mesma forma, a maioria dos dados foi coletada de estudos com estressor único (91,4%) e há uma necessidade urgente de entender as interações entre estressores, uma vez que a mudança antropogênica é multivariada e dinâmica. Coletivamente, essas descobertas fornecem um exemplo de como revisões meta-analíticas são uma ferramenta poderosa para informar ações de manejo, com o objetivo final de maximizar os ganhos de conservação a partir dos esforços de pesquisa. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Integrating physiological data with the conservation and management of fishes: A meta-analytical review using the threatened green sturgeon (Acipenser medirostris): Reversing global declines in the abundance and diversity of fishes is dependent on science-based conservation solutions. A wealth of data exist on the ecophysiological constraints of many fishes, but much of this information is underutilized in recovery plans due to a lack of synthesis. Here, we used the imperiled green sturgeon (Acipenser medirostris) as an example of how a quantitative synthesis of physiological data can inform conservation plans, identify knowledge gaps and direct future research actions. We reviewed and extracted metadata from peer-reviewed papers on green sturgeon. A total of 105 publications were identified, spanning multiple disciplines, with the primary focus being conservation physiology (23.8%). A meta-analytical approach was chosen to summarize the mean effects of prominent stressors (elevated temperatures, salinity, low food availability and contaminants) on several physiological traits (growth, thermal tolerance, swimming performance and heat shock protein expression). All examined stressors significantly impaired green sturgeon growth, and additional stressor-specific costs were documented. These findings were then used to suggest several management actions, such as mitigating salt intrusion in nursery habitats and maintaining water temperatures within optimal ranges during peak spawning periods. Key data gaps were also identified; research efforts have been biased towards juvenile (38.1%) and adult (35.2%) life-history stages, and less data are available for early life-history stages (embryonic, 11.4%; yolk-sac larvae, 12.4%; and post yolk-sac larvae, 16.2%). Similarly, most data were collected from single-stressor studies (91.4%) and there is an urgent need to understand interactions among stressors as anthropogenic change is multi-variate and dynamic. Collectively, these findings provide an example of how meta-analytic reviews are a powerful tool to inform management actions, with the end goal of maximizing conservation gains from research efforts. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

As moscas tsé-tsé (Diptera: Glossinidae) abrigam uma microbiota taxonomicamente diversa que inclui bactérias adquiridas do ambiente, bactérias simbióticas transmitidas maternalmente e tripanossomas africanos patogênicos. Sodalis glossinidius, que é um simbionte facultativo que reside intra e extracelularmente em múltiplos tecidos da tsé-tsé, tem sido implicado como mediador do estabelecimento da infecção por tripanossomas no intestino da mosca. A população de Sodalis associada ao intestino da tsé-tsé é submetida a flutuações marcantes de temperatura cada vez que seu hospedeiro ectotérmico ingere sangue vertebrado. Os mecanismos moleculares que Sodalis emprega para lidar com esse estresse térmico são desconhecidos. Neste estudo, examinamos a tolerância térmica e a resposta ao choque térmico de Sodalis. Quando cultivada em placas de ágar BHI, a bactéria exibiu o crescimento mais prolífico a 25°C, e não cresceu em temperaturas acima de 30°C. O crescimento em placas de ágar BHI a 31°C foi dependente da adição de sangue ao ágar ou da redução nos níveis de oxigênio. Sodalis foi viável em culturas líquidas por 24 horas a 30°C, mas começou a morrer com exposição adicional. A taxa de morte aumentou com o aumento da temperatura. Similarmente, Sodalis foi capaz de sobreviver por 48 horas dentro de moscas tsé-tsé mantidas a 30°C, enquanto uma temperatura mais alta (37°C) foi letal. O genoma de Sodalis contém homólogos dos genes codificadores de proteínas chaperonas de choque térmico dnaK, dnaJ e grpE, e sua expressão foi regulada positivamente em Sodalis termicamente estressado, tanto in vitro quanto in vivo dentro dos intestinos médios de moscas tsé-tsé. O crescimento interrompido de mutantes de E. coli dnaK, dnaJ ou grpE sob estresse térmico foi revertido quando as células foram transformadas com um plasmídeo de baixa cópia que codificava os homólogos de Sodalis desses genes. A informação contida neste estudo fornece insights sobre como comensais entéricos de vetores artrópodes, muitos dos quais medeiam a capacidade de seus hospedeiros de transmitir patógenos, mitigam o choque térmico associado à ingestão de uma refeição sanguínea. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal stress responses of Sodalis glossinidius, an indigenous bacterial symbiont of hematophagous tsetse flies: Tsetse flies (Diptera: Glossinidae) house a taxonomically diverse microbiota that includes environmentally acquired bacteria, maternally transmitted symbiotic bacteria, and pathogenic African trypanosomes. Sodalis glossinidius, which is a facultative symbiont that resides intra and extracellularly within multiple tsetse tissues, has been implicated as a mediator of trypanosome infection establishment in the fly's gut. Tsetse's gut-associated population of Sodalis are subjected to marked temperature fluctuations each time their ectothermic fly host imbibes vertebrate blood. The molecular mechanisms that Sodalis employs to deal with this heat stress are unknown. In this study, we examined the thermal tolerance and heat shock response of Sodalis. When grown on BHI agar plates, the bacterium exhibited the most prolific growth at 25°C, and did not grow at temperatures above 30oC. Growth on BHI agar plates at 31°C was dependent on either the addition of blood to the agar or reduction in oxygen levels. Sodalis was viable in liquid cultures for 24 hours at 30°C, but began to die upon further exposure. The rate of death increased with increased temperature. Similarly, Sodalis was able to survive for 48 hours within tsetse flies housed at 30°C, while a higher temperature (37°C) was lethal. Sodalis'genome contains homologues of the heat shock chaperone protein-encoding genes dnaK, dnaJ, and grpE, and their expression was up-regulated in thermally stressed Sodalis, both in vitro and in vivo within tsetse fly midguts. Arrested growth of E. coli dnaK, dnaJ, or grpE mutants under thermal stress was reversed when the cells were transformed with a low copy plasmid that encoded the Sodalis homologues of these genes. The information contained in this study provides insight into how arthropod vector enteric commensals, many of which mediate their host's ability to transmit pathogens, mitigate heat shock associated with the ingestion of a blood meal. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

As ondas de calor estão aumentando em frequência e intensidade globalmente com consequências negativas para a função biológica. Avaliar o efeito do calor extremo sobre as espécies requer uma compreensão de sua capacidade adaptativa para mitigar danos fisiológicos. Onde a exposição de longo prazo ao calor extremo em populações naturais fornece pressão seletiva suficiente, as populações devem exibir sinais de termotolerância adaptativa a temperaturas extremas. Usando proteômica quantitativa, testamos esta ideia na espécie de árvore amplamente distribuída e comercialmente importante Eucalyptus grandis. Mudas de seis populações naturais de E. grandis abrangendo um gradiente de 2.000 km foram expostas a um tratamento de calor extremo de quatro dias (ciclo diurno-noturno de 42-24°C) em câmaras de crescimento experimentais. As populações diferiram em sua exposição de longo prazo a condições de calor extremo, definida tanto como o número de dias anualmente ≥15°C acima da temperatura média anual, quanto o número médio de dias anualmente com temperaturas máximas ≥35°C entre 1960 e 1990. A exposição de longo prazo a condições de calor extremo no campo previu a resposta em nível proteico de E. grandis a ondas de calor experimentais. As relações entre exposição de longo prazo ao calor extremo e aumentos proteicos foram positivas e lineares para todas as combinações de calor extremo (dias ≥15°C acima da TMA, dias médios com temperaturas máximas ≥35°C anualmente) e expressão (todas as proteínas diferencialmente expressas, proteínas de choque térmico isoladas, proteínas envolvidas em respostas moleculares ao estresse). Embora eventos climáticos extremos sejam tipicamente raros (por exemplo, 1 dia ≥15°C acima da TMA a cada 5 anos em algumas populações em nosso estudo), populações de E. grandis amostradas em uma faixa de 2.000 km exibiram uma capacidade clara de aumentar a expressão de proteínas envolvidas no estresse térmico em resposta à exposição simulada a ondas de calor. Presumivelmente, elas respondem de forma similar sob condições naturais de ondas de calor. Mostramos que uma espécie de vida longa com um amplo nicho ambiental exibe variação adaptativa na resposta proteica a temperaturas extremas no nível populacional. Isso implica que programas de restauração, translocação e silvicultura devem considerar a resposta molecular das populações fonte a extremos climáticos para maximizar o sucesso sob climas futuros. Populações de árvores com baixa exposição a condições de calor extremo podem ser limitadas em sua capacidade de responder a eventos de ondas de calor, potencialmente limitando sua capacidade adaptativa de suportar novas condições climáticas. Um resumo em linguagem simples está disponível para este artigo.

Evidence from the proteome for local adaptation to extreme heat in a widespread tree species: Heatwaves are increasing in frequency and intensity globally with negative consequences for biological function. Assessing the effect of extreme heat on species requires an understanding of their adaptive capacity for mitigating physiological damage. Where long-term exposure to extreme heat in natural populations provides sufficient selection pressure, populations should exhibit signals of adaptive thermotolerance to temperature extremes. Using quantitative proteomics, we tested this idea in the widespread and commercially important tree species Eucalyptus grandis (Flooded Gum). Seedlings from six natural populations of E. grandis spanning a 2,000 km gradient were exposed to a four-day extreme heat treatment (42–24°C day–night cycle) in experimental growth chambers. Populations differed in their long-term exposure to extreme heat conditions, defined both as the number of days annually ≥15°C above mean annual temperature (MAT), and average number of days annually with temperature maxima ≥35°C between 1960 and 1990. Long-term exposure to extreme heat conditions in the field predicted the protein-level response of E. grandis to experimental heatwaves. Relationships between long-term extreme heat exposure and protein increases were positive and linear for all combinations of extreme heat (days ≥15°C above MAT, mean days with temperature maxima ≥35°C annually) and expression (all differentially expressed proteins, isolated heat shock proteins, proteins involved in molecular stress responses). Although extreme climate events are typically rare (e.g., 1 day 15° ≥MAT per 5 years in some populations in our study), E. grandis populations sampled from across a 2,000 km range exhibit a clear capacity to increase expression of proteins involved in heat stress in response to simulated heatwave exposure. Presumably, they respond similarly under natural heatwave conditions. We show that a long-lived species with a broad environmental niche exhibits adaptive variation in protein response to temperature extremes at the population level. This implies that restoration, translocation and silvicultural programmes should consider the molecular response of source populations to climatic extremes to maximize success under future climates. Tree populations with low exposure to extreme heat conditions may be limited in their ability to respond to heatwave events, potentially limiting their adaptive capacity to withstand novel climate conditions. A plain language summary is available for this article. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Experimentos de estresse térmico são essenciais para compreender os limites térmicos dos organismos e os processos fisiológicos que contribuem para estabelecer esses limites. Os experimentos normalmente empregam uma transferência abrupta para temperaturas quase letais ou uma exposição térmica gradualmente crescente. No presente estudo, utilizamos três populações do copépode intertidal Tigriopus californicus, conhecidas por diferir na tolerância térmica superior, para investigar os efeitos de exposições térmicas graduais versus abruptas na sobrevivência, tempo de desenvolvimento e expressão de genes de proteínas de choque térmico. A taxa de desenvolvimento dos náuplios não foi afetada após a exposição gradual, enquanto o tempo de desenvolvimento desacelerou aproximadamente 2 dias (∼20%) após uma exposição abrupta. A exposição gradual também melhorou a sobrevivência em comparação com a exposição abrupta. Além disso, os genes das proteínas de choque térmico hsp70 e hspb1 apresentaram maior regulação positiva durante a exposição térmica gradual em comparação com a exposição abrupta. Embora as diferenças na resposta a cada regime térmico tenham variado em magnitude entre as diferentes populações, os tipos de respostas foram muito semelhantes (ou seja, após a exposição gradual a sobrevivência aumentou, o tempo de desenvolvimento não mostrou efeito e a regulação positiva dos genes de proteínas de choque térmico durante a exposição aumentou). Portanto, o efeito protetor aprimorado da resposta ao choque térmico durante exposições graduais parece ser conservado dentro da espécie, apesar das diferenças em nível populacional na tolerância térmica. Assim, uma exposição térmica ecologicamente relevante provavelmente permite mecanismos celulares de proteção melhorados ao possibilitar uma resposta eficaz e oportuna ao choque térmico, que desempenha um papel na mitigação dos efeitos do estresse térmico e, assim, aumenta a tolerância a temperaturas elevadas. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Ecologically relevant temperature ramping rates enhance the protective heat shock response in an intertidal ectotherm: Thermal stress experiments are essential for understanding or-ganisms’ thermal limits and the physiological processes that contribute to establishing those limits. Experiments typically employ either an abrupt transfer to near-lethal temperatures or a gradually increasing thermal exposure. In the current study, we used three populations of the intertidal copepod Tigriopus californicus that are known to differ in upper thermal tolerance to investigate the effects of gradual versus abrupt thermal exposures on survivorship, developmental time, and heat shock protein gene expression. The developmental rate of nauplii was unaffected following the gradual exposure, whereas developmental time slowed by ∼2 d (∼20%) following an abrupt exposure. The gradual exposure also improved survivorship in comparison to the abrupt exposure. Furthermore, the heat shock protein genes hsp70 and hspb1 showed greater upregulation during the gradual thermal exposure compared to the abrupt exposure. Though the differences in response to each thermal regime varied in magnitude among the different populations, the types of responses were very similar (i.e., following the gradual exposure survivorship increased, developmental time showed no effect, and heat shock protein gene upregulation during the exposure increased). Therefore, the enhanced protective effect of the heat shock response during gradual exposures appears to be conserved within the species despite population-level differences in thermal tolerance. Thus, an ecologically relevant thermal exposure likely enables improved cellular protective mechanisms by allowing for an effective and timely heat shock response, which plays a role in mitigating the effects of thermal stress and thereby enhances tolerance to elevated temperatures. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

A seleção genética para desempenho produtivo em altas temperaturas ambientais foi realizada em duas linhagens de frangos, Rhode Island Red e Sinai, por duas gerações, e as respostas hereditárias à tolerância foram estimadas usando a expressão do gene da proteína de choque térmico 90 (HSP90). Os resultados são resumidos da seguinte forma: (1) o estresse térmico afetou negativamente algumas características econômicas, principalmente o peso corporal. Este efeito foi mais pronunciado no plantel parental do que na primeira geração (F₁) e segunda geração (F₂). (2) Este efeito foi modulado pela linhagem de frango, e a diminuição do peso corporal foi mais pronunciada na linhagem RI do que na linhagem Sinai, indicando que a linhagem Sinai é mais tolerante à alta temperatura ambiente. (3) A prole (F₁ e F₂) de ambas as linhagens foi mais tolerante à alta temperatura ambiente; esta tendência também foi verdadeira para os pais dessas duas linhagens. (4) A expressão de mRNA da HSP90 foi a mesma em ambas as linhagens sob condições normais em todas as três gerações. (5) Sob condições de alta temperatura ambiente, a linhagem Sinai (todas as gerações) mostrou aumento significativo na expressão de mRNA da HSP90 em comparação com a linhagem Rhode Island Red. Esses achados sugerem que a tolerância ao calor é transmitida dos pais para a prole. Recomendamos que a seleção para tolerância ao estresse térmico seja aplicada na produção de linhagens comerciais criadas em condições de clima quente. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Genetic selection for growth performance and thermal tolerance under high ambient temperature after two generations using heat shock protein 90 expression as an index: Genetic selection for productive performance in high ambient temperatures was performed on two chicken strains, Rhode Island Red and Sinai, for two generations, and the heritable responses to tolerance were estimated using heat shock protein 90 (HSP90) gene expression. The results are summarised as follows: (1) heat stress negatively affected some economic traits, mainly bodyweight. This effect was more pronounced in the parent stock than in the first generation (F <inf>1</inf> ) and second generation (F <inf>2</inf> ). (2) This effect was modulated by the chicken strain, and the decreased bodyweight was more pronounced in RI strain than in the Sinai strain, indicating that the Sinai strain is more tolerant to high ambient temperature. (3) The offspring (F <inf>1</inf> and F <inf>2</inf> ) of both strains were more tolerant to high ambient temperature; this trend was also true for the parents of these two strains. (4) HSP90 mRNA expression was the same in both strains under normal conditions in all three generations. (5) Under high ambient temperature conditions, the Sinai strain (all generations) showed significantly increased HSP90 mRNA expression compared with the Rhode Island Red strain. These findings suggest that heat tolerance is passed from parents to offspring. We recommended that selection for heat-stress tolerance be applied to producing commercial strains reared in hot climate conditions. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Frankliniella occidentalis (Pergande) é uma praga invasora que ameaça uma grande variedade de culturas hortícolas e agronômicas. HSP70 é o membro mais importante da família de proteínas de choque térmico (HSP) e desempenha um papel importante na tolerância térmica de insetos. Neste estudo, um novo gene codificante de HSP70 de F. occidentalis, Fohsp706, foi selecionado do transcriptoma de F. occidentalis exposto a estresse térmico (40 °C) e clonado por RT-PCR e RACE. Caracterização adicional indicou que Fohsp706 localiza-se no citoplasma e não contém íntrons. PCR quantitativo em tempo real de transcriptase reversa indicou que a expressão de Fohsp706 foi significativamente regulada positivamente pelo estresse térmico; além disso, houve diferenças significativas na expressão de Fohsp706 em adultos e ninfas de segundo instar após estresse térmico. Nossos resultados indicaram que Fohsp706 contribui para a termotolerância em F. occidentalis e fornece outro exemplo de como esta praga se adapta a condições ambientais desfavoráveis. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Cloning of a new HSP70 gene from western flowerthrips, Frankliniella occidentalis, and expression patterns during thermal stress: Frankliniella occidentalis (Pergande) is an invasive pest that endangers a wide variety of horticultural and agronomic crops. HSP70 is the most important member of the heat shock protein (HSP) family and plays an important role in insect thermal tolerance. In this study, a new gene encoding HSP70 from F. occidentalis, Fohsp706, was selected from the F. occidentalis transcriptome exposed to thermal stress (40 °C) and cloned by RT-PCR and RACE. Further characterization indicated that Fohsp706 localizes to the cytoplasm and does not contain introns. Quantitative real-time reverse transcriptase PCR indicated that Fohsp706 expression was significantly up-regulated by thermal stress; furthermore, there were significant differences in Fohsp706 expression in adults and second instar nymphs after heat stress. Our results indicated that Fohsp706 contributes to thermotolerance in F. occidentalis and provides another example of how this pest adapts to unfavorable environmental conditions. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Em resposta a mudanças ambientais, os organismos dependem tanto da adaptação genética quanto da plasticidade fenotípica para ajustar características essenciais para a sobrevivência e reprodução. Dada a taxa acelerada de mudanças climáticas, a plasticidade pode ser particularmente importante. Para organismos em habitats aquáticos em aquecimento, a tolerância térmica superior provavelmente será uma característica fundamental, e muitos organismos expressam plasticidade nesta característica em resposta a temperaturas de desenvolvimento ou da fase adulta. Embora a plasticidade em um estágio de vida possa influenciar a plasticidade em outro estágio, relativamente pouco se sabe sobre essa possibilidade para a tolerância térmica. Aqui, usamos populações localmente adaptadas do copépode Tigriopus californicus para investigar esses efeitos potenciais em um ectotérmico entremarés. Descobrimos que populações de baixa latitude tinham máximos térmicos críticos (CT<inf>max</inf>) maiores do que populações de alta latitude, e a variação na temperatura de desenvolvimento alterou a plasticidade do CT<inf>max</inf> em adultos. Após o desenvolvimento a 25°C, o CT<inf>max</inf> foi plástico em adultos, enquanto nenhuma plasticidade nesta característica foi observada na fase adulta após o desenvolvimento a 20°C. Este padrão foi idêntico em quatro populações, sugerindo que a adaptação térmica local não moldou este efeito entre essas populações. Diferenças nas capacidades de manter taxas de síntese de ATP e de induzir proteínas de choque térmico em altas temperaturas, dois prováveis mecanismos de adaptação local nesta espécie, foram consistentes com mudanças no CT<inf>max</inf> devido à plasticidade fenotípica, o que sugere que provavelmente há sobreposição mecanística entre os efeitos da plasticidade e da adaptação. Juntos, estes resultados indicam que efeitos do desenvolvimento podem ter impactos substanciais na plasticidade da tolerância térmica superior em ectotérmicos adultos. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Variation in developmental temperature alters adulthood plasticity of thermal tolerance in Tigriopus californicus: In response to environmental change, organisms rely on both genetic adaptation and phenotypic plasticity to adjust key traits that are necessary for survival and reproduction. Given the accelerating rate of climate change, plasticity may be particularly important. For organisms in warming aquatic habitats, upper thermal tolerance is likely to be a key trait, and many organisms express plasticity in this trait in response to developmental or adulthood temperatures. Although plasticity at one life stage may influence plasticity at another life stage, relatively little is known about this possibility for thermal tolerance. Here, we used locally adapted populations of the copepod Tigriopus californicus to investigate these potential effects in an intertidal ectotherm. We found that low latitude populations had greater critical thermal maxima (CT<inf>max</inf>) than high latitude populations, and variation in developmental temperature altered CT<inf>max</inf> plasticity in adults. After development at 25°C, CT<inf>max</inf> was plastic in adults, whereas no adulthood plasticity in this trait was observed after development at 20°C. This pattern was identical across four populations, suggesting that local thermal adaptation has not shaped this effect among these populations. Differences in the capacities to maintain ATP synthesis rates and to induce heat shock proteins at high temperatures, two likely mechanisms of local adaptation in this species, were consistent with changes in CT<inf>max</inf> owing to phenotypic plasticity, which suggests that there is likely mechanistic overlap between the effects of plasticity and adaptation. Together, these results indicate that developmental effects may have substantial impacts on upper thermal tolerance plasticity in adult ectotherms. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

O estudo foi realizado para identificar Polimorfismos de Nucleotídeo Único (SNPs) e sua associação com características de termotolerância em 200 búfalos Murrah. O DNA genômico foi extraído de amostras de sangue congeladas/descongeladas coletadas em tubos vacutainer Beckton-Dickinson contendo 0,5% (10 µl/ml de sangue) de anticoagulante EDTA, usando o método de extração com fenol-clorofórmio. Posteriormente, as amostras foram processadas para verificar a qualidade do DNA em eletroforese em gel de agarose a 0,8%, enquanto sua quantificação foi feita usando o método de espectrofotômetro Biospec-nano. Os resultados de sequenciamento personalizado revelaram 7 SNPs nas posições A15732G localizado no íntron 4, C17061T no íntron 6, C17202T e A17226G no íntron 7, G17454A no íntron 8, C17605T no éxon 9 e T18421C no íntron 9 da sequência do gene HSF1. A análise de associação mostrou que a característica de tolerância térmica em búfalos Murrah foi significativamente afetada por três loci de SNP, a saber: A15732G, C17061T e T18421C. A associação entre os diferentes genótipos destes loci de SNP com a termotolerância foi analisada usando o procedimento de Modelo Linear Generalizado no Sistema de Análise Estatística. Animais com genótipo GG no locus A15732G, genótipo TT no locus T18421C e locus C17061T apresentaram menor taxa respiratória e menor HTC foi observado em animais pertencentes ao genótipo GG no locus A15732G. O desequilíbrio de ligação e a construção de haplótipos foram analisados usando o software SHEsis. Foram construídos 49 haplótipos, e destes sete haplótipos (>3 tamanho amostral) foram considerados para estudos de associação. Os indivíduos com a combinação de haplótipo Hap6 (ACCAGCC) apresentaram menor taxa respiratória (RR) do que outras combinações de haplótipos e estes indivíduos podem ter melhor adaptabilidade térmica em comparação com outros animais. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Identification of genetic variants in HSF1 gene and their association with heat tolerance in Murrah buffaloes: The study was carried out to identify Single Nucleotide Polymorphism (SNPs) and their association with thermos-tolerance traits in 200 murrah Buffalos. Genomic DNA was extracted from frozen/thawed blood samples collected in Beckton-Dickinson vacutainer containing 0.5% (10 µl/ml of blood) anticoagulant EDTA, using phenol-chloroform extraction method. Further the samples were processed for checked quality of DNA on 0.8% agarose gel electrophoresis while its quantification was done using Biospec-nano spectrophotometer method. Custom sequencing results revealed 7 SNPs at the position of A15732G located in intron 4, C17061T in intron 6, C17202T and A17226G in intron 7, G17454A in intron 8, C17605T in exon 9 and T18421C in intron 9 of HSF1 gene sequence. Association analysis showed that the thermal tolerance trait in Murrah buffaloes was significantly affected by three SNP locus, viz. A15732G, C17061T and T18421C. The association among the different genotype of this SNP locus with thermo-tolerance was analyzed using Generalized Linear Model procedure in Statistical Analysis System. Animals of GG genotype at locus A15732 G, TT genotype at locus T18421C and C17061T locus showed lower respiration rate and least HTC was observed in animals belonging to GG genotype at locus A15732G. At linkage, disequilibrium and haplotype construction were analysed using SHEsis software. Haplotypes (49) were constructed, and out of these seven haplotypes (>3 sample size) were considered for association studies. The individuals with Hap6 (ACCAGCC) haplotype combination had lower respiration rate (RR) than other haplotype combinations and these individuals may have better thermal adaptability in comparison to others animals. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

O Escopo Aeróbico (EA), que reflete a capacidade funcional para aptidão biológica, é um indicador altamente relevante para determinar a tolerância térmica em vários táxons. Apesar da importância deste método, sua implementação é frequentemente dificultada pela falta de técnicas para medir com precisão as taxas metabólicas padrão (TMP) e máxima (TMM), especialmente em invertebrados marinhos lentos com baixas taxas de consumo de oxigênio, como os pepinos-do-mar. Neste estudo, o conceito de EA foi modificado para definir um Escopo Aeróbico Induzido por Temperatura (EAIT), baseado em mudanças na taxa metabólica devido a ajustes de temperatura, em vez dos padrões de atividade física tradicionalmente utilizados. Consequentemente, as taxas de pico e mínimo de consumo de O₂ dependentes da temperatura, definidas como Taxa Metabólica Máxima Induzida por Temperatura (TMMIT) e Taxa Metabólica Padrão Induzida por Temperatura (TMPIT), respectivamente, serviram como alternativas para TMM e TMP no pepino-do-mar Holothuria scabra. TMMIT e TMPIT foram induzidas através de mudança aguda de temperatura (2°C por hora; 17–41°C) até que temperaturas críticas quente (TCq) e fria (TCf) fossem atingidas, respectivamente. Além disso, a expressão do gene Hsp70 ligada às taxas respiratórias serviu como marcador sinérgico para confirmar temperaturas críticas limiares. O consumo de O₂ de H. scabra atingiu pico distinto na TCq de 38°C (TMMIT = 33,2 ± 4,7 μgO₂ g⁻¹ h⁻¹). Um claro limite metabólico mínimo foi alcançado na TCf de 22°C (TMPIT = 2,2 ± 1,4 μgO₂ g⁻¹ h⁻¹). Dentro da janela térmica de 22–38°C, H. scabra manteve capacidade aeróbica positiva, com faixa de desempenho ótimo presumida entre 29–31,5°C (13,85–18,7 μgO₂ g⁻¹ h⁻¹). Entre 39–41°C, H. scabra diminuiu progressivamente a respiração, enquanto os níveis de expressão do gene Hsp70 aumentaram significativamente a 41°C, indicando priorização da resposta ao choque térmico (RCT) e ruptura homeostática. No extremo frio (17–22°C), a ruptura homeostática foi visível através do aumento incremental das despesas energéticas para custear os custos de manutenção basal, mas não ocorreu superexpressão de Hsp70. TMMIT, TMPIT e EAIT provaram ser métricas confiáveis, semelhantes aos parâmetros energéticos-chave tradicionais TMM, TMP e EA, para determinar uma janela específica de desempenho aeróbico para a espécie lenta de fundo H. scabra. Além disso, a ligação entre a fisiologia respiratória e os mecanismos de defesa molecular mostrou sinergias analíticas valiosas em termos de priorização mecanicista como resposta ao estresse térmico. No geral, este estudo ajudará a definir temperaturas letais para a aquicultura e a prever os efeitos do estresse ambiental, como o aquecimento dos oceanos, em H. scabra. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Temperature-induced aerobic scope and Hsp70 expression in the sea cucumber Holothuria scabra: The Aerobic Scope (AS), which reflects the functional capacity for biological fitness, is a highly relevant proxy to determine thermal tolerance in various taxa. Despite the importance of this method, its implementation is often hindered, due to lacking techniques to accurately measure standard- (SMR) and maximal- (MMR) metabolic rates, especially in sluggish marine invertebrates with low oxygen consumption rates, such as sea cucumbers. In this study the AS concept was modified to define a Temperature-induced Aerobic Scope (TAS), based on metabolic rate changes due to temperature adjustments rather than traditionally used physical activity patterns. Consequentially, temperature dependent peak and bottom O<inf>2</inf> consumption rates, defined as Temperature-induced Maximal- (TMMR) and Standard Metabolic Rates (TSMR), respectively, served as MMR and SMR alternatives for the sea cucumber Holothuria scabra. TMMR and TSMR were induced through acute temperature change (2C per hour; 17–41C) until critical warm (WT<inf>crit</inf>) and cold (CT<inf>crit</inf>) temperatures were reached, respectively. In addition, Hsp70 gene expression linked to respiration rates served as synergistic markers to confirm critical threshold temperatures. O<inf>2</inf> consumption of H. scabra peaked distinctly at WT<inf>crit</inf> of 38C (TMMR = 33.2 ± 4.7 μgO<inf>2</inf> g-1 h-1). A clear metabolic bottom line was reached at CT<inf>crit</inf> of 22C (TSMR = 2.2 ± 1.4 μgO<inf>2</inf> g-1 h-1). Within the thermal window of 22–38C H. scabra sustained positive aerobic capacity, with assumed optimal performance range between 29–31.5C (13.85–18.7 μgO<inf>2</inf> g-1 h-1). Between 39–41C H. scabra decreased respiration progressively, while gene expression levels of Hsp70 increased significantly at 41C, indicating prioritization of heat shock response (HSR) and homeostatic disruption. At the cold end (17–22C) homeostatic disruption was visible through incrementally increasing energetic expenses to fuel basal maintenance costs, but no Hsp70 overexpression occurred. TMMR, TSMR and TAS proved to be reliable metrics, similar to the traditional energetic key parameters MMR, SMR and AS, to determine a specific aerobic performance window for the sluggish bottom dwelling species H. scabra. In addition, the linkage between respiration physiology and molecular defense mechanisms showed valuable analytical synergies in terms of mechanistic prioritization as response to thermal stress. Overall, this study will help to define lethal temperatures for aquaculture and to predict the effects of environmental stress, such as ocean warming, in H. scabra. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A resposta fisiológica e aclimatação ao estresse térmico é uma estratégia fundamental dos insetos para lidar com as mudanças climáticas. O mecanismo subjacente da aclimatação ao calor em insetos ainda não está claro. Aqui, foram estudadas a seleção térmica e a resposta do nível de transcrição em larvas da enroladeira das folhas do arroz Cnaphalocrocis medinalis Güenée, uma praga grave do arroz no verão. A sobrevivência e fecundidade das larvas durante a seleção multigeracional a 39 °C foram examinadas, e a tolerância ao calor e a expressão de mRNA das proteínas de choque térmico 70 (Hsp70) e 90 (Hsp90) foram analisadas sob estresse térmico. Os resultados mostraram que a sobrevivência e fecundidade das larvas aumentaram notavelmente e depois mantiveram-se constantes após duas ou três gerações de seleção térmica. A seleção térmica melhorou a tolerância térmica das larvas. A expressão de mRNA da Hsp70 nas larvas de 3º instar aumentou em todas as cinco gerações de seleção térmica, mas a Hsp90 aumentou apenas nas duas primeiras gerações. A resposta da Hsp70 ao tratamento térmico a 39 °C nas larvas mantidas a 27 °C foi diferente das larvas expostas aos tratamentos de condicionamento térmico, mas a resposta da Hsp90 foi similar. Além disso, os níveis de expressão de mRNA da Hsp70 e Hsp90 foram significativamente maiores nas larvas aclimatadas ao calor do que nas não aclimatadas em uma duração comparável de exposição a 37 e 41 °C. A seleção em alta temperatura através de múltiplas gerações levou as larvas à aclimatação térmica, e Hsp70 e Hsp90 estiveram envolvidas neste processo de aclimatação. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Multigenerational heat acclimation increases thermal tolerance and expression levels of Hsp70 and Hsp90 in the rice leaf folder larvae: Physiological response and acclimation to thermal stress is a key strategy of insects to cope with changing climate. The underlying mechanism of heat acclimation in insects is still unclear. Here, the heat selection and transcript level response in the larvae of the rice leaf folder Cnaphalocrocis medinalis Güenée, a serious pest of rice in summer, were studied. The survival and fecundity of larvae during multigenerational heat selection at 39 °C were examined, and heat tolerance and mRNA expression of heat shock protein 70 (Hsp70) and 90 (Hsp90) were examined under heat stress. The results showed that survival and fecundity of larvae increased notably and then kept constant after two or three generations of heat selection. Heat selection improved thermal tolerance of larvae. The Hsp70 mRNA expression of the 3rd-instar larvae increased in all five generations of heat selection, but Hsp90 increased only in the first two generations. The response of Hsp70 to 39 °C heat treatment in the larvae kept at 27 °C was different from the larvae exposed to the conditioning heat treatments, but the response of Hsp 90 was similar. Moreover, the Hsp70 and Hsp90 mRNA expression levels were significantly higher in the heat-acclimated larvae than that in the unacclimated larvae at a comparable duration of exposure to 37 and 41 °C. Selection at a high temperature across multiple generations led larvae to heat acclimation, and Hsp70 and Hsp90 were involved in this acclimation process. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Informações sobre os limites térmicos e fisiologia de anfíbios ectotérmicos são cruciais para nossa compreensão de sua ecologia no ambiente natural, particularmente com as previstas mudanças globais no clima. Documentamos os limites térmicos de larvas de três espécies de anfíbios nativas de Hong Kong e seu predador introduzido e invasor, o barrigudinho (Gambusia affinis). Em seguida, utilizamos larvas da perereca-marrom Polypedates megacephalus como um anfíbio modelo para investigar adicionalmente o crescimento, taxa de consumo de oxigênio e expressão de proteínas de choque térmico com mudanças no regime térmico. Descobrimos que G. affinis foi o mais tolerante a baixas temperaturas, mas também o menos tolerante a altas temperaturas. Apesar da maior tolerância térmica das larvas de anfíbios, investigação adicional em P. megacephalus demonstrou que as temperaturas ótimas para o desempenho fisiológico estão dentro de uma faixa de 18,0–21,6 °C, que é muito inferior ao seu limite térmico superior, implicando que o estresse térmico ocorre durante parte do estágio larval sob condições ambientais naturais. Isso poderia significar uma redução em sua capacidade de lidar com outros estressores, como poluição e predadores, e que G. affinis pode ter uma vantagem sobre os anfíbios nativos. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Native amphibian larvae exhibit higher upper thermal limits but lower performance than their introduced predator Gambusia affinis: Information on the thermal limits and physiology of ectothermic amphibians is crucial to our understanding of their ecology in the natural environment, particularly with predicted global changes in climate. We documented the thermal limits of larvae of three amphibian species native to Hong Kong, and their introduced, invasive predator, the mosquitofish (Gambusia affinis). We then used larvae of the brown tree frog Polypedates megacephalus as a model amphibian to further investigate growth, oxygen consumption rate and heat shock protein expression with changes in thermal regime. We found that G. affinis was the most tolerant of low temperatures but also the least tolerant of high temperatures. Despite the higher thermal tolerance of the amphibian larvae, further investigation on P. megacephalus demonstrated that optimal temperatures for physiological performance fall within a range of 18.0–21.6 °C, which is far lower than its upper thermal limit, implying that thermal stress occurs during part of the larval stage under natural environmental conditions. This could mean a reduction in their capacity to deal with other stressors such as pollution and predators, and that G. affinis may have an advantage over native amphibians. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tolerância ao calor aumenta em temperaturas de aclimatação mais altas em D. melanogaster, mas não em D. subobscura. As duas espécies representam linhagens separadas do subgênero Sophophora de Drosophila com histórias evolutivas contrastantes: tropical africana e paleártica temperada. D. melanogaster possui cinco cópias do gene hsp70 induzível distribuídas em dois clusters, denominados A (com duas cópias) e B (três cópias), enquanto D. subobscura possui apenas duas cópias organizadas de forma semelhante ao cluster A de D. melanogaster. Os hsp70s das duas espécies também diferem em suas regiões cis-regulatórias, com D. melanogaster exibindo características de um promotor mais rápido e produtivo. Previmos que a variação interespecífica na capacidade de aclimatação da tolerância ao calor é explicada pela variação evolutiva na expressão do principal grupo de proteínas de choque térmico. Para testar esta previsão, comparamos os níveis basais de expressão gênica em diferentes temperaturas de desenvolvimento dentro de cada uma das duas espécies. Além disso, exploramos a dinâmica do endurecimento térmico medindo a indução da expressão gênica durante um ensaio de rampa. A previsão de uma resposta mais forte de proteína de choque térmico em D. melanogaster em comparação com D. subobscura foi confirmada tanto para aclimatação de longo prazo quanto para endurecimento de curto prazo. Para D. melanogaster, a regulação positiva com rampa de temperatura variou de menos de duas vezes (hsp26) a 2500 vezes (hsp70A) de aumento. Em todos os casos, a indução em D. melanogaster excedeu a dos homólogos de D. subobscura. Estas diferenças correlacionam-se com diferenças estruturais nas regiões regulatórias de hsp70, e podem explicar diferenças na capacidade de aclimatação entre as espécies. Finalmente, em D. melanogaster encontramos uma indicação de uma relação inversa entre os níveis basais e induzidos de expressão de hsp70A e hsp83, sugerindo um papel divergente para a adaptação térmica destes genes em temperaturas benignas e estressantes, respectivamente. Declaração sumária. Drosophila melanogaster e D. subobscura diferem nos níveis de expressão de proteínas de choque térmico, provavelmente mediadas por diferenças evolutivas nas regiões promotoras. Isto corrobora as diferenças nas capacidades de aclimatação entre as duas espécies. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Expression of thermal tolerance genes in two Drosophila species with different acclimation capacities: Heat tolerance increases at higher acclimation temperatures in D. melanogaster, but not in D. subobscura. The two species represent separate lineages of the subgenus Sophophora of Drosophila with contrasting tropical African and temperate Palearctic evolutionary histories. D. melanogaster has five copies of the inducible hsp70 gene distributed in two clusters, named A (with two copies) and B (three copies), while D. subobscura has only two copies arranged similarly to cluster A of D. melanogaster. The hsp70s of the two species also differ in their cis-regulatory regions, with D. melanogaster exhibiting features of a faster and more productive promoter. We predicted that the interspecific variation in acclimation capacity of heat tolerance is explained by evolved variation in expression of the major group of heat shock proteins. To test this prediction, we compared basal levels of gene expression at different developmental temperatures within each of the two species. Furthermore, we explored the heat hardening dynamics by measuring the induction of gene expression during a ramping assay. The prediction of a stronger heat shock protein response in D. melanogaster as compared to D. subobscura was confirmed for both long-term acclimation and short-term hardening. For D. melanogaster the upregulation with temperature ramping ranged from less than two fold (hsp26) to 2500 fold (hsp70A) increase. In all cases induction in D. melanogaster exceeded that of D. subobscura homologs. These differences correlate with structural differences in the regulatory regions of hsp70, and might explain differences in acclimation capacity among species. Finally, in D. melanogaster we found an indication of an inverse relationship between basal and induced levels of hsp70A and hsp83 expression, suggesting a divergent role for thermal adaptation of these genes at benign and stressful temperatures, respectively. Summary statement. Drosophila melanogaster and D. subobscura differ in heat shock protein expression levels, likely mediated by evolved differences in promoter regions. This corroborates differences in acclimation capacities between the two species. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Introdução: A ostra do Pacífico Crassostrea gigas é um importante recurso pesqueiro que é sensível a flutuações de temperatura. Assim, evoluiu um mecanismo de proteção contra estresse térmico aumentando a expressão do gene que codifica a proteína de choque térmico (HSP) 70 sob temperaturas elevadas. Em outros animais, a resposta ao choque térmico é uma resposta transcricional conduzida pelo fator de transcrição de choque térmico 1 (HSF1) e o estresse térmico pode desencadear a expressão de HSP70 para proteger o organismo via HSF1. No entanto, a relação regulatória entre HSF1 e HSP permanece pouco clara na ostra do Pacífico. Portanto, no presente estudo, examinamos a resposta transcriptômica ao estresse térmico após interferência de HSF1. Resultados: Identificamos 150 genes responsivos ao choque térmico, incluindo sete genes HSP, seis dos quais pertencentes ao grupo de 17 genes HSP enriquecidos em resposta ao choque térmico, de acordo com a análise de rede de co-expressão gênica ponderada (WGCNA). O outro gene foi enriquecido no módulo correlacionado com interferência de HSF1. Além disso, encontramos 48 e 47 genes que foram regulados positivamente e negativamente por HSF1 em resposta ao choque térmico, respectivamente. Nos genes regulados positivamente, identificamos uma HSP70 potencialmente regulada por HSF1 em resposta ao choque térmico. Adicionalmente, baseado em análises de genes diferencialmente expressos e WGCNA, descobrimos que a via de sinalização de hipóxia foi enriquecida sob condições de choque térmico. Cinco genes foram então selecionados para detectar mudanças dinâmicas ao longo do tempo. Os resultados sugeriram que a expressão gênica estava correlacionada com a expressão de HSF1. A regulação de HSP70 por HSF1 foi preliminarmente confirmada por predições de sítios de ligação e por um ensaio de dupla luciferase. Conclusões: Nossos resultados revelaram que a expressão de HSP70 e HSP20 foi inicialmente desencadeada após 2 h de choque térmico, e um dos genes HSP70 foi potencialmente regulado por HSF1. A partir desses resultados, é evidente que nem todos os genes induzíveis por calor foram desencadeados simultaneamente em resposta ao estresse de choque térmico. No geral, os resultados revelaram uma possível relação regulatória HSF1-HSP na ostra do Pacífico, fornecendo informações valiosas sobre os mecanismos de tolerância térmica nesta ostra comercialmente importante. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

RNAi based transcriptome suggests genes potentially regulated by HSF1 in the Pacific oyster Crassostrea gigas under thermal stress: Background: The Pacific oyster Crassostrea gigas is an important fishery resource that is sensitive to temperature fluctuations. Thus, it has evolved a protection mechanism against heat stress by increasing the expression of the gene coding for heat shock protein (HSP) 70 under elevated temperatures. In other animals, heat shock response is a transcriptional response driven by the heat shock transcription factor 1 (HSF1) and thermal stress can trigger HSP70 expression to protect the organism via HSF1. However, the regulatory relationship between HSF1 and HSP remains unclear in Pacific oyster. Therefore, in the present study, we examined the transcriptomic response of several to thermal stress following HSF1 interference. Results: We identified 150 genes responsive to heat shock including seven HSP genes, six of which belonging to the group of 17 HSP genes enriched in response to heat shock, according to weighted gene co-expression network analysis (WGCNA). The other gene was enriched in the module correlated with HSF1 interference. In addition, we found 48 and 47 genes that were upregulated and downregulated by HSF1 in response to heat shock, respectively. In the upregulated genes, we identified one HSP70 potentially regulated by HSF1 in response to heat shock. Furthermore, based on differentially expressed genes and WGCNA analyses, we found that the hypoxia signaling pathway was enriched under heat shock conditions. Five genes were then selected to detect dynamic changes through time. The results suggested that gene expression was correlated with HSF1 expression. The regulation of HSP70 by HSF1 was preliminarily confirmed by binding site predictions and by a dual luciferase assay. Conclusions: Our results revealed that the expression of HSP70 and HSP20 was initially triggered after 2 h of heat shock, and one of the HSP70 genes was potentially regulated by HSF1. From these results, it is evident that not all heat-inducible genes were triggered simultaneously in response to heat shock stress. Overall, the results revealed a possible HSF1-HSP regulatory relationship in Pacific oyster, providing valuable information on the mechanisms of thermal tolerance in this commercially important oyster. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Investigar os mecanismos fisiológicos de espécies intimamente relacionadas que exibem distribuições geográficas e nichos térmicos distintos é essencial para compreender suas capacidades de tolerância térmica e adaptações locais diante do aquecimento climático. Foram estudadas as variações nos limites térmicos superiores (LT₅₀) sob choque térmico agudo e atividade cardíaca, taxa metabólica padrão (TMP), produção de metabólitos anaeróbicos e respostas moleculares (expressão de chaperonas moleculares e genes do metabolismo da glicólise) sob temperaturas crescentes em duas subespécies de ostra. As populações das duas subespécies de ostra, Crassostrea gigas gigas e C. gigas angulata, exibem diferentes distribuições latitudinais ao longo das costas norte e sul da China, respectivamente, que experimentam diferentes condições ambientais. O LT₅₀ foi significativamente maior, em ∼1°C, nas ostras do sul em comparação com as do norte. Em ambas as subespécies, os aumentos de temperatura tiveram efeitos poderosos na frequência cardíaca, TMP e expressão gênica. As ostras do sul apresentaram as temperaturas mais altas do ponto de ruptura de Arrhenius para frequência cardíaca (31,4 ± 0,17°C) e TMP (33,09°C), enquanto a frequência cardíaca (28,86 ± 0,3°C) e TMP (29,22°C) das ostras do norte foram menores. Os mesmos padrões foram observados para os coeficientes Q₁₀. Maior sensibilidade térmica foi observada nas ostras do norte do que em suas contrapartes do sul, uma vez que as proteínas de choque térmico (HSPs) nas ostras do norte foram expressas primeiro e tiveram uma indução maior em uma temperatura mais baixa do que as das ostras do sul. Além disso, foram observados diferentes padrões de expressão de genes do metabolismo energético (HK, PK e PEPCK). Nas ostras do norte, foram encontrados genes crescentes de glicólise anaeróbica (PEPCK) e produtos finais (succinato) a 36–43°C, indicando uma transição do metabolismo aeróbico para anaeróbico e um escopo aeróbico menor em comparação com as ostras do sul. Estas duas subespécies experimentam diferentes condições ambientais, e seus desempenhos fisiológicos sugeriram janelas de tolerância térmica específicas da espécie, nas quais as ostras do sul, com flexibilidade fisiológica moderada, tiveram uma capacidade potencial maior de suportar estresse térmico. No geral, nossos resultados indicam que comparar e unificar mecanismos fisiológicos e moleculares pode fornecer uma estrutura para compreender os prováveis efeitos do aquecimento global sobre ectotérmicos marinhos em regiões entremarés. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermotolerance Divergence Revealed by the Physiological and Molecular Responses in Two Oyster Subspecies of Crassostrea gigas in China: Investigating the physiological mechanisms of closely related species that exhibit distinct geographic distributions and thermal niches is essential for understanding their thermal tolerance capacities and local adaptations in view of climate warming. The variations in upper thermal limits (LT<inf>50</inf>) under acute heat shock and cardiac activity, standard metabolic rate (SMR), anaerobic metabolite production and molecular responses (expression of molecular chaperones and glycolysis metabolism genes) under increasing temperatures in two oyster subspecies were studied. The populations of two oyster subspecies, Crassostrea gigas gigas and C. gigas angulata, exhibit different latitudinal distributions along the northern and southern coastlines of China, respectively, which experience different environmental conditions. The LT<inf>50</inf> was significantly higher, by ∼1°C, in the southern than in the northern oysters. In both subspecies, temperature increases had powerful effects on heart rate, SMR and gene expression. The southern oysters had the highest Arrhenius breakpoint temperatures for heart rate (31.4 ± 0.17°C) and SMR (33.09°C), whereas the heart rate (28.86 ± 0.3°C) and SMR (29.22°C) of the northern oysters were lower. The same patterns were observed for the Q<inf>10</inf> coefficients. More thermal sensitivity was observed in the northern oysters than in their southern counterparts, as the heat-shock proteins (HSPs) in the northern oysters were expressed first and had a higher induction at a lower temperature than those of southern oysters. Furthermore, different expression patterns of energetic metabolism genes (HK, PK, and PEPCK) were observed. In the northern oysters, increasing anaerobic glycolysis genes (PEPCK) and end products (succinate) were found at 36–43°C, indicating a transition from aerobic to anaerobic metabolism and a lower aerobic scope compared with the southern oysters. These two subspecies experience different environmental conditions, and their physiological performances suggested species-specific thermal tolerance windows in which the southern oysters, with mild physiological flexibility, had a higher potential capability to withstand heat stress. Overall, our results indicate that comparing and unifying physiological and molecular mechanisms can provide a framework for understanding the likely effects of global warming on marine ectotherms in intertidal regions. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Para fazer projeções robustas dos impactos das mudanças climáticas, é fundamental entender como os fatores abióticos podem interagir para restringir a distribuição e a produtividade da flora e fauna marinhas. Avaliamos os efeitos da acidificação oceânica (AO) e do aquecimento oceânico (AOc) projetados para o final do século na tolerância térmica de um importante recurso marinho vivo, o ouriço-do-mar Loxechinus albus, um herbívoro costeiro bentônico de águas rasas que habita parte da costa do Pacífico da América do Sul. Após expor juvenis jovens por um período de 1 mês a níveis contrastantes de pCO₂ (~500 e 1400 μatm) e temperatura (~15 °C e 20 °C), o máximo térmico crítico (CTmax) e o mínimo térmico crítico (CTmin), bem como os polígonos de tolerância térmica, foram avaliados com base no sucesso de autodirecionamento como ponto final. A transcrição da proteína de choque térmico 70 (HSP70), uma chaperona que protege as proteínas celulares do estresse ambiental, também foi medida. A exposição ao pCO₂ elevado reduziu significativamente a tolerância térmica ao aumentar o CTmin em ambas as temperaturas experimentais e diminuir o CTmax a 20 °C. Houve também um forte efeito sinérgico de AO × AOc nos níveis de transcrição de HSP70, que foram 75 vezes maiores do que nas condições de controle. Se esta espécie for incapaz de se adaptar ao pCO₂ elevado no futuro, a redução na tolerância térmica e na resposta de HSP sugere que o aquecimento e a acidificação oceânica num futuro próximo prejudicarão seu desempenho e reduzirão sua distribuição, com consequências ecológicas e econômicas. Dada a ampla faixa latitudinal (6 a 56°S) e a tolerância ambiental de L. albus em comparação com outros membros da comunidade de invertebrados bentônicos desta região, o aquecimento e a acidificação oceânica podem causar mudanças substanciais na fauna costeira ao longo desta faixa geográfica. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Ocean warming and acidification pose synergistic limits to the thermal niche of an economically important echinoderm: To make robust projectios of the impacts of climate change, it is critical to understand how abiotic factors may interact to constrain the distribution and productivity of marine flora and fauna. We evaluated the effects of projected end of the century ocean acidification (OA) and warming (OW) on the thermal tolerance of an important living marine resource, the sea urchin Loxechinus albus, a benthic shallow water coastal herbivore inhabiting part of the Pacific coast of South America. After exposing young juveniles for a 1-month period to contrasting pCO<inf>2</inf> (~500 and 1400 μatm) and temperature (~15 °C and 20 °C) levels, critical thermal maximum (CTmax) and minimum (CTmin) as well as thermal tolerance polygons were assessed based on self-righting success as an end point. Transcription of heat shock protein 70 (HSP70), a chaperone protecting cellular proteins from environmental stress, was also measured. Exposure to elevated pCO<inf>2</inf> significantly reduced thermal tolerance by increasing CTmin at both experimental temperatures and decreasing CTmax at 20 °C. There was also a strong synergistic effect of OA × OW on HSP70 transcription levels which were 75 times higher than in control conditions. If this species is unable to adapt to elevated pCO<inf>2</inf> in the future, the reduction in thermal tolerance and HSP response suggests that near-future warming and OA will disrupt their performance and reduce their distribution with ecological and economic consequences. Given the wider latitudinal range (6 to 56°S) and environmental tolerance of L. albus compared to other members of this region's benthic invertebrate community, OW and OA may cause substantial changes to the coastal fauna along this geographical range. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Gerbilos da Mongólia (Meriones unguiculatus) apresentam uma ampla zona termoneutra (ZTN, 26,5–38,9 °C). Se as proteínas de choque térmico (HSPs) estão envolvidas na tolerância térmica dos gerbilos ainda era desconhecido. Investigamos os efeitos de temperaturas altas agudas e crônicas dentro e acima da ZTN sobre as expressões de HSP70 e HSP90 e o status oxidativo em gerbilos da Mongólia, para testar a hipótese de que os gerbilos precisam aumentar a expressão de HSPs para se defender do estresse térmico agudo e crônico. No experimento I, 50 gerbilos da Mongólia foram expostos a 23 °C, 27 °C, 37 °C, 40 °C e 43,5 °C por 80 min respectivamente, e então sacrificados 12 h após o tratamento. A expressão de HSP70 no fígado aumentou a 40 °C comparada com a 23 °C, mas não mudou após exposição a 27 °C, 37 °C ou 43,5 °C. Não houve diferenças na expressão de HSP90, parâmetros de estresse oxidativo como malonaldeído (MDA) e peróxido de hidrogênio (H₂O₂), ou parâmetros antioxidantes como superóxido dismutase (SOD) e capacidade antioxidante total (T-AOC) no fígado. A expressão de HSP70 e HSP90 tanto no coração quanto no cérebro não mostrou diferenças entre os grupos. No experimento II, outro conjunto de 30 gerbilos foi aclimatado a 23 °C, 27 °C e 37 °C por 21 dias, respectivamente. Durante a aclimatação crônica, a expressão de HSP70 aumentou e o nível de H₂O₂ diminuiu no fígado no grupo de 37 °C comparado com os outros dois grupos. Tanto H₂O₂ quanto SOD no cérebro diminuíram no grupo de 37 °C, mas não houve diferenças em HSP70, MDA ou T-AOC no cérebro. Esses dados indicam que os gerbilos da Mongólia podem manter níveis basais de HSPs após exposição aguda a temperaturas dentro da ampla ZTN, mas dependem do aumento de HSP70 no fígado para se proteger de danos térmicos em temperaturas acima da ZTN e durante a aclimatação crônica ao calor. O aumento da expressão de HSP70 no fígado pode contribuir para a proteção contra danos térmicos em roedores do deserto. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

HSP70 plays a role in the defense of acute and chronic heat stress in Mongolian gerbils (Meriones unguiculatus): Mongolian gerbils (Meriones unguiculatus) show a wide thermal neutral zone (TNZ, 26.5–38.9 °C). Whether heat shock proteins (HSPs) are involved in thermal tolerance for gerbils has still been unknown. We investigated the effects of acute and chronic high temperature within and above TNZ on the expressions of HSP70 and HSP90 and oxidative status in Mongolian gerbils, to test the hypothesis that the gerbils need increase the expression in HSPs to defense the acute and chronic heat stress. In experiment I, 50 Mongolian gerbils were exposed to 23 °C, 27 °C, 37 °C, 40 °C and 43.5 °C for 80 min respectively, and then sacrificed 12 h after treatment. HSP70 expression in the liver increased at 40 °C compared to that at 23 °C, but did not change after 27 °C, 37 °C or 43.5 °C exposure. There were no differences in HSP90 expression, oxidative stress parameters such as malonaldehyde (MDA) and hydrogen peroxide (H<inf>2</inf>O<inf>2</inf>), or antioxidant parameters such as superoxide dismutase (SOD) and total antioxidant capacity (T-AOC) in the liver. HSP70 and HSP90 expression both in the heart and brain showed no differences among groups. In experiment II, another set of 30 gerbils were acclimated to 23 °C, 27 °C and 37 °C for 21 days, respectively. During chronic acclimation, HSP70 expression increased and H<inf>2</inf>O<inf>2</inf> level decreased in the liver in 37 °C group compared to other two groups. Both H<inf>2</inf>O<inf>2</inf> and SOD in the brain decreased in 37 °C group, but there were no differences in HSP70, MDA or T-AOC in the brain. These data indicate that Mongolian gerbils can maintain basal levels of HSPs after acute exposure to temperatures within the wide TNZ, but rely on increased HSP70 in the liver to protect from heat damage at temperatures above TNZ and during chronic heat acclimation. The increased HSP70 expression in the liver may contribute to keeping from heat damage in desert rodents. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

A avaliação da tolerância térmica das espécies requer a identificação de suas estratégias térmicas e a avaliação de sua capacidade de lidar com flutuações de temperatura. A mobilização da resposta molecular ao estresse térmico (HSR), que é um indicador da tolerância térmica, faria parte da estratégia de espécies que colonizam ambientes térmicos altamente variáveis. Investigamos aqui múltiplos parâmetros do HSR no camarão de fontes hidrotermais de águas profundas Rimicaris exoculata que coloniza tais ambientes. Os pontos de ajuste da indução do HSR, comparados aos da espécie costeira Palaemonetes varians, refletem claramente uma alta termotolerância nesta espécie, enquanto o HSR comprovadamente é raramente mobilizado nas populações naturais de R. exoculata. Finalmente, a compilação de múltiplos parâmetros, como o limite térmico superior e vários limiares do HSR, bem como observações do comportamento térmico, nos permite fornecer uma imagem mais precisa da combinação e complementaridade de estratégias que podem explicar a tolerância térmica geral da espécie. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Assessing a species thermal tolerance through a multiparameter approach: the case study of the deep-sea hydrothermal vent shrimp Rimicaris exoculata: Assessing species thermal tolerance requires identification of their thermal strategies and evaluation of their ability to cope with temperature fluctuations. The mobilization of the molecular heat stress response (HSR), which is a proxy for the thermal tolerance, would be part of the strategy of species colonizing highly variable thermal environments. We here investigate multiple parameters of the HSR in the deep-sea vent shrimp Rimicaris exoculata that colonizes such environments. The set points of the HSR induction, compared to those of the coastal species Palaemonetes varians, clearly reflect a high thermotolerance in this species, while the HSR is proved to be rarely mobilized in the R. exoculata natural populations. Finally, the compilation of multiple parameters such as the upper thermal limit and several thresholds of the HSR, as well as thermal behavior observations, allows us to provide a more accurate picture of the combination and complementarity of strategies that can account for the overall thermal tolerance of the species. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

As Proteínas de Choque Térmico (HSPs) são uma superfamília de chaperonas moleculares que mantêm a homeostase celular sob estresse. A HSP70 representa o principal membro da família induzível por estresse, frequentemente ativada em resposta a mudanças nas faixas térmicas dos organismos, desempenhando assim um papel importante no aumento dos limites de tolerância térmica em animais ectotérmicos. O presente estudo teve como objetivo investigar a presença e a localização da HSP70 durante o desenvolvimento de Podarcis siculus, um lagarto ovíparo que habita regiões temperadas mediterrâneas, mostrando um potencial limitado para tolerar mudanças térmicas durante a embriogênese. A análise imuno-histoquímica demonstrou que a proteína HSP70 está constitutivamente presente nos estágios embrionários iniciais, abundantemente distribuída no olho, em domínios encefálicos (predominantemente em áreas ventriculares e na substância cinzenta), na substância cinzenta da medula espinhal, no pulmão, mucosa intestinal, cordões hepáticos e túbulos renais. Curiosamente, uma queda severa na temperatura de incubação (5 °C por 3 dias) não induz aumentos nos níveis de HSP70 nem mudanças na localização nos tecidos. Estes resultados sugerem que a HSP70 encontrada em embriões de P. siculus representa uma chaperona molecular constitutiva não induzível que deveria ser melhor chamada de Heat Shock Cognate 70 (HSC70); a presença de membros da família HSP induzidos por estresse em P. siculus ainda precisa ser comprovada. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

HSP70 localization in Podarcis siculus embryos under natural thermal regime and following a non-lethal cold shock: The Heat Shock Proteins (HSPs) are a superfamily of molecular chaperones that maintain cellular homeostasis under stress. HSP70 represents the major stress-inducible family member, often activated in response to changes in thermal ranges of organisms, and therefore playing an important role enhancing thermal tolerance limits in ectothermic animals. The present study aimed to investigate the presence and the localization of HSP70 through the development of Podarcis siculus, an oviparous lizard inhabiting temperate Mediterranean regions, showing a limited potential to tolerate thermal changes during embryogenesis. Immunohistochemical analysis demonstrated that HSP70 protein is constitutively present in early embryonic stages, abundantly distributed in eye, in encephalic domains (predominantly in ventricular areas and in grey matter), in grey matter of spinal cord, in lung, gut mucosa, hepatic cords and kidney tubules. Interestingly, a severe drop in incubation temperature (5 °C for 3 days) does not induce enhancements in HSP70 levels nor changes in tissues localization. These results suggest that the HSP70 found in P. siculus embryos represents a non-inducible, constitutive molecular chaperone that should be better called Heat Shock Cognate 70 (HSC70); the presence of stress-induced members of the HSP family in P. siculus has yet to be proven. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura é uma das variáveis mais importantes que influenciam os organismos aquáticos. Este estudo teve como objetivo testar diferenças fisiológicas e moleculares na tolerância térmica de dois Marsupenaeus japonicus morfologicamente similares. O parâmetro fisiológico foi o limite térmico superior, testado através da temperatura crítica máxima, e o parâmetro molecular foi a expressão relativa de RNA mensageiro das proteínas de choque térmico (HSP40, HSP60, HSP70 e HSP90), quantificada via reação em cadeia da polimerase em tempo real. O consumo de oxigênio dos camarões foi medido com um respirometro. M. japonicus variedade II apresentou maior temperatura crítica máxima e taxa de sobrevivência e menor taxa de consumo de oxigênio que a variedade I, sugerindo que possuía maior tolerância térmica e plasticidade aclimatória. M. japonicus variedade I apresentou produção significativamente maior de HSP70 e HSP90, sugerindo que estes camarões podem ter experimentado mais danos térmicos. Ao comparar as diferenças na resposta ao estresse entre dois M. japonicus morfologicamente similares, este estudo fornece informações úteis para a aquicultura de M. japonicus. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Physiological and molecular differences in the thermal tolerance of two varieties of kuruma prawn Marsupenaeus japonicus: critical thermal maximum and heat shock protein 70: Temperature is one of the most important variables that influence aquatic organisms. This study aimed to test physiological and molecular differences in the thermal tolerance of two morphologically similar Marsupenaeus japonicus. The physiological parameter was the upper thermal limit, tested via the critical thermal maximum, and the molecular parameter was the relative messenger RNA expression of heat shock proteins (HSP40, HSP60, HSP70 and HSP90), quantified via real-time polymerase chain reaction. Oxygen consumption of shrimp was measured with a respirometer. M. japonicus variety II showed a higher critical thermal maxima and survival rate and lower oxygen consumption rate than variety I, suggesting that it had higher thermal tolerance and acclimatory plasticity. M. japonicus variety I showed significantly higher production of HSP70 and HSP90, suggesting that these shrimp may have experienced more thermal damage. By comparing the differences in the stress response between two morphologically similar M. japonicus, this study provides useful information for the aquaculture of M. japonicus. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Juvenis de sável-americano (Alosa sapidissima) experimentam uma ampla faixa de temperaturas nos rios antes de migrarem para o oceano. As temperaturas nesses ambientes de água doce podem variar consideravelmente espacialmente, sazonalmente, ano a ano, e podem ser impactadas por fatores antropogênicos como descargas de usinas de energia ou mudanças climáticas. Atualmente, há incerteza sobre a tolerância térmica de juvenis de sável-americano devido à falta de um estudo bem controlado. Aqui, relatamos resultados de experimentos laboratoriais para estabelecer a tolerância térmica superior e a resposta de proteínas de choque térmico de juvenis de sável-americano expostos a temperaturas gradualmente crescentes. A tolerância térmica superior foi determinada como 35 °C (mediana; intervalo = 34–36 °C) quando os peixes foram aclimatados a 25 °C e as temperaturas foram elevadas 1 °C dia−1. A resposta de proteína de choque térmico foi indicada por mudanças na abundância de mRNA branquial da proteína de choque térmico induzível 90 alfa (hsp90α), que foi significativamente elevada (aumento de mais de 5 vezes) a 30 °C, e mais alta em peixes que haviam atingido seu máximo térmico superior entre 34 e 36 °C. Nossos achados indicam uma tolerância térmica superior maior do que a previamente relatada para juvenis de sável-americano, e uma temperatura de início de indução de hsp90α a 30 °C, uma temperatura que juvenis de sável-americano comumente experimentam durante os meses de verão. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Upper Thermal Tolerance and Heat Shock Protein Response of Juvenile American Shad (Alosa sapidissima): Juvenile American shad (Alosa sapidissima) experience a wide range of temperatures in rivers before migrating to the ocean. Temperatures in these freshwater environments can vary greatly spatially, seasonally, year-to-year, and can be impacted by anthropogenic factors such as power plant discharge or climate change. Currently, there is uncertainty concerning juvenile American shad thermal tolerance due to a lack of a well-controlled study. Here, we report results of laboratory experiments to establish the upper thermal tolerance and heat shock protein response of juvenile American shad exposed to gradually increasing temperatures. Upper thermal tolerance was determined to be 35 °C (median; range = 34–36 °C) when fish were acclimated to 25 °C and temperatures were raised 1 °C day−1. Heat shock protein response was indicated by changes in branchial mRNA abundance of the inducible heat shock protein 90 alpha (hsp90α), which was significantly elevated (more than 5-fold increase) at 30 °C, and highest in fish that had reached their upper thermal maximum between 34 and 36 °C. Our findings indicate a higher upper thermal tolerance than previously reported for juvenile American shad, and an onset temperature of hsp90α induction at 30 °C, a temperature juvenile American shad commonly experience during summer months. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Poucos dados estão disponíveis sobre a tolerância térmica de larvas de tilápia do Nilo em relação ao seu status imunológico e sobrevivência. Os objetivos deste trabalho foram avaliar o status imunológico do estágio larval de tilápia do Nilo (Oreochromis niloticus) com um dia de idade, coletadas no início (março), meio (agosto) e no final (outubro) da temporada de eclosão, através de avaliação morfométrica dos parâmetros das larvas, incluindo diâmetro do saco vitelínico, comprimento e largura do corpo, bem como a expressão de alguns genes relacionados à imunidade (rag, sacs e tlr), inflamatórios (il1b e il8) e genes relacionados ao estresse (hsp27, hsp70). Também, comparar o efeito de três diferentes imunoestimulantes (β-glucano, Vitamina C e mistura de aminoácidos metionina/lisina) na expressão dos genes estudados em duas temperaturas variantes (23 ± 1 °C e 30 ± 1 °C) em estudo experimental por 21 dias. O status imunológico da tilápia do Nilo é afetado pela flutuação térmica ao longo da temporada de eclosão, refletido pelo tamanho alterado do saco vitelínico, comprimento e expressão dos genes imunológicos e de estresse das larvas, sendo os melhores desempenhos observados no início da temporada de eclosão (março). A alta temperatura (30 °C) suprime as respostas imunológicas e de estresse através da regulação negativa de todos os genes em estudo, mascara quaisquer efeitos dos imunoestimulantes, aumentou a mortalidade nas larvas de peixe, sugerindo uma faixa de tolerância térmica estreita para as larvas em comparação com os peixes adultos. Recomendamos o uso da mistura de aminoácidos como imunoestimulante para larvas de tilápia do Nilo, pois reduz a porcentagem de mortalidade e melhora a resposta celular. Além disso, o uso de β-glucano deve ser proibido durante este estágio de desenvolvimento das larvas, pois induziu a maior porcentagem de mortalidade. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The impacts of seasonal variation on the immune status of Nile tilapia larvae and their response to different immunostimulants feed additives: Few data are available on the thermal tolerance of Nile tilapia fish larvae in relation to their immune status and survival. The aims of this work were to evaluate the immune status of one day old Nile tilapia (Oreochromis niloticus) larval stage collected at the beginning (March), middle (August) and at the end (October) of hatching season through morphometric assessment of the larvae parameters including yolk sac diameter, body length and width as well as the expression of some immune-related genes (rag, sacs and tlr), inflammatory (il1b and il8) and stress related genes (hsp27, hsp70). Also, to compare the effect of three different immunostimulants (β-glucan, Vitamin C, and methionine/lysine amino acids mix) on the expression of the studied genes at two variant temperatures (23 ± 1 °C and 30 ± 1 °C) in experimental study for 21 days. The immune status of Nile tilapia is affected by thermal fluctuation throughout the hatching season reflected by altered yolk sac size, length, and expression of the immune and stress related genes of the larvae, the best performances was observed at the beginning of the hatching season (March). High temperature (30 °C) suppress immune and stress responses throughout downregulation of all the genes under study, mask any effects for the immunostimulants, increased mortality in fish larvae suggesting narrow thermal tolerance range for the larvae compared with the adult fish. We recommend the use of amino acid mix as immunostimulant for Nile tilapia larvae, it reduces the mortality percentage and improve cellular response. Also, the use of β-glucan should be prohibited during this developmental stage of larvae, it induced the highest mortality percentage. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A resposta ao choque térmico (HSR) é um mecanismo universal em todos os organismos após choque térmico (HS) para prevenir danos por estresse. Está sob rigorosa regulação por fatores de choque térmico (HSFs) e proteínas de choque térmico (HSPs). Na atenuação da HSR, a Proteína de Ligação ao Fator de Choque Térmico 1 (HSBP1) interage com HSF1, convertendo assim a forma trímera ativa de HSF1 para o estado monômero inerte. Portanto, desempenha um papel importante na regulação dos genes de choque térmico. O presente estudo teve como objetivo explorar o polimorfismo de nucleotídeo único (SNP) em HSBP1 e sua associação com as características de termotolerância (taxa respiratória, temperatura retal e coeficiente de tolerância ao calor) para identificação dos búfalos Murrah mais adaptados termicamente. Duzentas fêmeas de búfalos Murrah foram genotipadas usando sequenciamento personalizado para identificar SNP. Apenas um novo SNP no éxon 3 na posição g.1892C>T e duas variações nucleotídicas g.1327C>G e g.1202C>T foram identificados através de varredura direta de sequência de DNA. Genótipos homozigotos do tipo selvagem (CC) foram encontrados em maior frequência (0,84, n=168) do que genótipos mutantes homozigotos recessivos (0,10, n=20) e heterozigotos (0,06, n=12) no locus SNP g.1892C>T. A associação entre os diferentes genótipos deste locus SNP com a termotolerância foi analisada usando o procedimento Modelo Linear Generalizado no Sistema de Análise Estatística. No entanto, nenhuma diferença significativa foi detectada entre os genótipos em termos de características de termotolerância no estudo. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Novel SNP identified in HSBP1 gene and its association with thermal tolerance traits in Murrah buffalo: Heat shock response (HSR) is a universal mechanism in all organisms upon heat shock (HS) to prevent stress damages. It is under tight regulation by heat shock factors (HSFs) and heat shock proteins (HSPs). On the attenuation of HSR, Heat Shock Factor Binding Protein1 (HSBP1) interacts with HSF1 and thus converting the active trimer form of HSF1 to inert monomer state. Thus, play an important role in regulating heat shock genes. The present study aimed to explore single nucleotide polymorphism (SNP) in HSBP1 and their association with the thermo tolerance traits (respiration rate, rectal temperature and heat tolerance coefficient) for identification of most thermal adapted Murrah buffaloes. Two hundred female Murrah buffaloes were genotyped using custom sequencing to identify SNP. Only one novel SNPs in exon 3 at position g.1892C>T and two nucleotide variation g.1327C>G and g.1202C>T were identified through direct DNA sequence scanning. Homozygous wild type genotypes (CC) were found in higher frequency (0.84, n=168) than homozygous recessive (0.10, n=20) and heterozygous (0.06, n=12) mutant genotypes at SNP locus g.1892C>T. The association among the different genotype of this SNP locus with thermo tolerance was analyzed using Generalized Linear Model procedure in Statistical Analysis System. However, no significant difference was detected among the genotypes in terms of thermo tolerance traits in the study. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Ondas de calor estão ameaçando peixes ao redor do mundo, levando por vezes a eventos de mortalidade em massa. Uma função crucial dos peixes que falha em temperaturas elevadas é a capacidade de entrega de oxigênio, ou seja, a função cardiovascular. Para salmonídeos anádromos, o aumento de temperatura pode ser especialmente prejudicial durante a migração ascendente, uma vez que necessitam de um sistema de entrega de oxigênio eficiente para atravessar as corredeiras do rio e alcançar as áreas montantes. A migração também ocorre durante o verão e início do outono, expondo os salmonídeos a temperaturas máximas da água, e em rios rasos há pouca disponibilidade de refúgios térmicos em comparação com habitats costeiros e lacustres termicamente estratificados. Para elucidar os mecanismos que sustentam a capacidade dos peixes migradores de enfrentar altas temperaturas ambientais, aplicamos uma abordagem fisiológica e molecular medindo as capacidades cardiovasculares de trutas árticas (Salvelinus alpinus) e trutas mariscas (Salmo trutta) migradoras e residentes no norte da Noruega. A capacidade cardiovascular máxima dos peixes migradores foi significativamente menor em comparação com os coespecíficos residentes. O início do comprometimento cardíaco começou apenas 2°C acima da temperatura do rio, significando que mesmo um pequeno aumento na temperatura da água pode já comprometer a função cardíaca. Os peixes migradores também estavam sob estresse celular significativo, expressando nível aumentado de proteínas de choque térmico cardíacas. Consideramos essas descobertas altamente valiosas ao abordar o efeito das mudanças climáticas em peixes migradores e incentivamos a tomada de ação nas políticas de conservação de habitats fluviais. As diferenças significativas na tolerância térmica superior de peixes residentes e migradores também poderiam levar a mudanças na dinâmica populacional, que devem ser levadas em conta em planos de conservação futuros. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Compromised thermal tolerance of cardiovascular capacity in upstream migrating Arctic char and brown trout - Are hot summers threatening migrating salmonids?: Heat waves are threatening fish around the world, leading sometimes to mass mortality events. One crucial function of fish failing in high temperatures is oxygen delivery capacity, i.e. cardiovascular function. For anadromous salmonids, increased temperature could be especially detrimental during upstream migration since they need efficiently working oxygen delivery system in order to cross the river rapids to reach upstream areas. The migration also occurs during summer and early autumn exposing salmonids to peak water temperatures, and in shallow rivers there is little availability for thermal refuges as compared to thermally stratified coastal and lake habitats. In order to shed light on the mechanisms underpinning the capacity of migrating fish to face high environmental temperatures, we applied a physiological and molecular approach measuring cardiovascular capacities of migrating and resident Arctic char (Salvelinus alpinus) and brown trout (Salmo trutta) in Northern Norway. The maximum cardiovascular capacity of migrating fish was significantly lower compared to the resident conspecifics. The onset of cardiac impairment started only 2°C higher than river temperature, meaning that even a small increase in water temperature may already compromise cardiac function. The migrating fish were also under significant cellular stress, expressing increased level of cardiac heat shock proteins. We consider these findings highly valuable when addressing climate change effect on migrating fish and encourage taking action in riverine habitat conservation policies. The significant differences in upper thermal tolerance of resident and migrating fish could also lead changes in population dynamics, which should be taken into account in future conservation plans. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura é um fator crítico para a abundância e distribuição de populações de insetos. Monochamus alternatus Hope (Coleoptera: Cerambycidae) é uma preocupação significativa por ser o vetor transmissor do nematoide do pinheiro, causando enormes perdas econômicas e ambientais. Esta praga mostra tolerância ao estresse térmico, especialmente a temperaturas extremamente altas. Expostos por 6, 12, 24, 48 ou 96 h, as temperaturas letais medianas 50% (Ltem₅₀) para larvas de quarto ínstar foram 47,5, 45,5, 43,9, 43,4 e 42,3°C, respectivamente. Um total de 63.360 unigenes foi obtido de bibliotecas de DNA complementar de larvas de quarto ínstar de M. alternatus (mantidas a 25°C e expostas a 40°C por 3 h) e anotado com seis bancos de dados. Quinhentos e sessenta e um genes foram significativamente regulados positivamente, e 245 genes foram regulados negativamente após o estresse térmico. A análise de enriquecimento da Ontologia Gênica mostrou que a maioria dos genes de expressão diferencial está categorizada nos termos "dobramento de proteínas" e "ligação a proteínas desdobradas". Além disso, "Via de regulação da longevidade - múltiplas espécies", "Processamento e apresentação de antígenos" bem como "Via de sinalização MAPK" foram vias do Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes significativamente enriquecidas. Análise adicional dos genes de expressão diferencial mostrou que os processos metabólicos foram suprimidos, enquanto o sistema proteolítico da ubiquitina, proteínas de choque térmico, resposta imune, superóxido dismutase, citocromos P450 e aldeído desidrogenase foram induzidos após o choque térmico. As vias de transdução de sinal de estresse como MAPK, Hippo e JAK-STAT podem ser pontos centrais de convergência no mecanismo de tolerância térmica de M. alternatus. Os níveis de expressão de PCR quantitativo em tempo real de 13 genes selecionados aleatoriamente foram consistentes com os resultados do transcriptoma. Estes resultados mostraram que M. alternatus possui forte tolerância térmica e genes relacionados à atividade proteica, resposta imune e transdução de sinal compondo um mecanismo complexo de tolerância térmica de M. alternatus. Esta pesquisa forneceu novos insights sobre os mecanismos de tolerância térmica em outros insetos e auxiliou na exploração da função de genes relacionados à resistência ao calor. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Comparative Transcriptome Analysis of the Heat Stress Response in Monochamus alternatus Hope (Coleoptera: Cerambycidae): Temperature is a critical factor of insect population abundance and distribution. Monochamus alternatus Hope (Coleoptera: Cerambycidae) is a significant concern since it is transmitted vector of the pinewood nematode posing enormous economic and environmental losses. This pest shows tolerance to heat stress, especially extremely high temperatures. Exposing for 6, 12, 24, 48, or 96 h, the 50% median lethal temperatures (Ltem<inf>50</inf>) for fourth-instar larvae were 47.5, 45.5, 43.9, 43.4, and 42.3°C, respectively. A total of 63,360 unigenes were obtained from complementary DNA libraries of M. alternatus fourth-instar larvae (kept at 25°C and exposed to 40°C for 3 h) and annotated with six databases. Five hundred sixty-one genes were significantly upregulated, and 245 genes were downregulated after heat stress. The Gene Ontology enrichment analysis showed that most different expression genes are categorized into “protein folding” and “unfold protein binding” terms. In addition, “Longevity regulating pathway-multiple species,” “Antigen processing and presentation” as well as “MAPK signaling pathway” were significantly enriched Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes pathways. Further analysis of different expression genes showed that metabolism processes were suppressed, while ubiquitin proteolytic system, heat shock proteins, immune response, superoxide dismutase, cytochrome P450s, and aldehyde dehydrogenase were induced after heat shock. The stress signaling transduction pathways such as MAPK, Hippo, and JAK-STAT might be central convergence points in M. alternatus heat tolerance mechanism. The expression levels from quantitative real-time PCR of 13 randomly selected genes were consistent with the transcriptome results. These results showed that M. alternatus possessed strong heat tolerance and genes related to protein activity, immune response, and signal transduction composed of a complicated heat tolerance mechanism of M. alternatus. This research provided new insights into the mechanisms of thermal tolerance in other insects and aided in exploring the function of heat resistance-related genes. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Virtualmente todos os organismos respondem ao choque térmico pela transcrição de genes que codificam proteínas de choque térmico (HSPs), mas os mecanismos por trás da regulação pós-transcricional não são conhecidos em detalhes. Quando expusemos zebrafish a 5 e 7 °C acima da temperatura normal de criação por 30 min, a expressão de mRNA de hsp70 foi 28 e 150 vezes maior que no controle, respectivamente. A expressão proteica, por outro lado, não mostrou alteração significativa na exposição de +5 °C e um aumento de 2 vezes na exposição de +7 °C. Isso sugere que a transcrição do gene hsp70 não corresponde imediatamente à tradução em proteínas relacionadas sob certas temperaturas de estresse, mas, quando a temperatura é mais alta e potencialmente prejudicial, a transcrição e a tradução estão intimamente acopladas. Esses resultados confirmam que a temperatura é um importante fator abiótico envolvido nos mecanismos de regulação pós-transcricional do choque térmico em peixes. No entanto, mais estudos são necessários para determinar a relação entre este fator ambiental e os mecanismos de regulação pós-transcricional. Anteriormente, o acoplamento/desacoplamento da transcrição e tradução de hsp só foi estudado usando peixes de água fria ou embriões de zebrafish. Com os achados atuais, sugerimos que este mecanismo pode estar presente mesmo em peixes adultos de água quente como o zebrafish. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Hsp70s transcription-translation relationship depends on the heat shock temperature in zebrafish: Virtually all organisms respond to heat shock by transcription of genes encoding for heat shock proteins (HSPs), but the mechanisms behind post-transcriptional regulation are not known in detail. When we exposed zebrafish to 5 and 7 °C above normal rearing temperature for 30 min, hsp70 mRNA expression was 28 and 150 -fold higher than in control, respectively. Protein expression, on the other hand, showed no significant change at the +5 °C and a 2-fold increase at the +7 °C exposure. This suggests that the transcription of hsp70 gene does not immediately correspond to translation to related proteins under certain stress temperatures, but, when the temperature is higher, and potentially detrimental, transcription and translation are intimately coupled. Those results confirm that temperature is an important abiotic factor involved in heat shock post-transcriptional regulation mechanisms in fish. However, further studies are needed to determine the relationship between this environmental factor and post-transcriptional regulation mechanisms. Earlier, the coupling/uncoupling of hsp transcription and translation has only been studied using cold-water fish, or zebrafish embryos. With current findings, we suggest this mechanism might be present even in adult warm water fish like the zebrafish. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Com o contínuo aumento das temperaturas globais, melhorar a tolerância térmica na população idosa é crucial para combater os prejuízos associados à idade na função termorregulatória. Comprometimentos na vasodilatação cutânea reflexa e na resposta de sudorese podem aumentar a vulnerabilidade de idosos a lesões relacionadas ao calor após exposição ao estresse térmico. Os mecanismos subjacentes a uma vasodilatação cutânea comprometida sugerem incluir redução do impulso neural simpático, diminuição da contribuição do cotransmissor colinérgico e alterações nos eventos de sinalização de segundo mensageiro. Por outro lado, os prejuízos na resposta de sudorese são atribuídos à redução da sensibilidade colinérgica das glândulas sudoríparas e alterações na sinalização da ciclooxigenase e do óxido nítrico. Várias estratégias práticas de mitigação, como exercício, aquecimento passivo e adaptações comportamentais, são propostas como meios para superar o estresse térmico e melhorar a tolerância térmica em idosos. O treinamento com exercícios aeróbicos mostra-se entre as formas mais eficazes de melhorar a função termorregulatória. No entanto, em idosos com capacidade de exercício limitada devido a doenças crônicas e problemas de mobilidade, o aquecimento passivo pode servir como uma alternativa funcional, pois demonstrou conferir benefícios semelhantes aos do treinamento com exercícios. Complementar ao treinamento com exercícios e ao aquecimento passivo, adaptações comportamentais podem ser aplicadas para melhorar ainda mais a preparação para o calor em idosos. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermoregulation in the Aging Population and Practical Strategies to Overcome a Warmer Tomorrow: As global temperatures continue to rise, improving thermal tolerance in the aged population is crucial to counteract age-associated impairments in thermoregulatory function. Impairments in reflex cutaneous vasodilation and sweating response can augment the vulnerability of older adults to heat-related injuries following exposure to heat stress. Mechanisms underlying a compromised cutaneous vasodilation are suggested to include reduced sympathetic neural drive, diminished cholinergic co-transmitter contribution, and altered second messenger signaling events. On the other hand, impairments in sweating response are ascribed to reduced sweat gland cholinergic sensitivity and altered cyclooxygenase and nitric oxide signaling. Several practical mitigation strategies such as exercise, passive heating, and behavioral adaptations are proposed as means to overcome heat stress and improve thermal tolerance in the aged. Aerobic exercise training is shown to be amongst the most effective ways to enhance thermoregulatory function. However, in elderly with limited exercise capability due to chronic diseases and mobility issues, passive heating can serve as a functional alternative as it has been shown to confer similar benefits to that of exercise training. Supplementary to exercise training and passive heating, behavioral adaptations can be applied to further enhance the heat-preparedness of the aged. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tolerância térmica de um organismo limita seus alcances ecológicos e geográficos e é potencialmente afetada pela dependência de parceiros simbióticos sensíveis à temperatura. Espécies de pulgões variam amplamente em sensibilidade ao calor, mas quase todos os pulgões são dependentes da bactéria intracelular Buchnera, que fornece nutrientes, a qual evoluiu com pulgões por 100 milhões de anos e que possui um genoma reduzido potencialmente limitando a tolerância ao calor. Investigamos se a sensibilidade ao calor da Buchnera está na base da variação na tolerância térmica entre 5 espécies de pulgões. Medimos como a exposição ao calor de pulgões juvenis afeta a sobrevivência posterior, tempo de maturação e fecundidade. Num extremo, a exposição ao calor de Aphis gossypii aumentou a fecundidade e não teve efeito no título de Buchnera. Em contraste, o calor suprimiu as populações de Buchnera em Aphis fabae, que sofreu mortalidade elevada, desenvolvimento atrasado e fecundidade reduzida. Da mesma forma, em Acyrthosiphon kondoi e Acyrthosiphon pisum, o calor causou declínios rápidos nos números de Buchnera, bem como reduziu a sobrevivência, taxa de desenvolvimento e fecundidade. A fecundidade após exposição ao calor é severamente diminuída por uma mutação da Buchnera que suprime a resposta transcricional de um gene que codifica uma pequena proteína de choque térmico. Similarmente, a ausência deste gene de choque térmico da Buchnera pode explicar a sensibilidade ao calor de Ap. fabae. Hibridização in situ fluorescente revelou deformação e encolhimento induzidos pelo calor de bacteriócitos em espécies sensíveis ao calor, mas não em espécies tolerantes ao calor. Espécies sensíveis e tolerantes também diferiram em números e respostas transcricionais de genes de choque térmico. Estes resultados mostram que mudanças na sensibilidade ao calor da Buchnera contribuem para a variação na tolerância ao calor do hospedeiro. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Obligate bacterial endosymbionts limit thermal tolerance of insect host species: The thermal tolerance of an organism limits its ecological and geographic ranges and is potentially affected by dependence on temperature-sensitive symbiotic partners. Aphid species vary widely in heat sensitivity, but almost all aphids are dependent on the nutrient-provisioning intracellular bacterium Buchnera, which has evolved with aphids for 100 million years and which has a reduced genome potentially limiting heat tolerance. We addressed whether heat sensitivity of Buchnera underlies variation in thermal tolerance among 5 aphid species. We measured how heat exposure of juvenile aphids affects later survival, maturation time, and fecundity. At one extreme, heat exposure of Aphis gossypii enhanced fecundity and had no effect on the Buchnera titer. In contrast, heat suppressed Buchnera populations in Aphis fabae, which suffered elevated mortality, delayed development and reduced fecundity. Likewise, in Acyrthosiphon kondoi and Acyrthosiphon pisum, heat caused rapid declines in Buchnera numbers, as well as reduced survivorship, development rate, and fecundity. Fecundity following heat exposure is severely decreased by a Buchnera mutation that suppresses the transcriptional response of a gene encoding a small heat shock protein. Similarly, absence of this Buchnera heat shock gene may explain the heat sensitivity of Ap. fabae. Fluorescent in situ hybridization revealed heat-induced deformation and shrinkage of bacteriocytes in heat-sensitive species but not in heat-tolerant species. Sensitive and tolerant species also differed in numbers and transcriptional responses of heat shock genes. These results show that shifts in Buchnera heat sensitivity contribute to host variation in heat tolerance. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Embora a existência de uma resposta celular ao choque térmico seja quase universal, sua relação com a tolerância térmica do organismo não é completamente compreendida. Muitos dos genes envolvidos são conhecidos por serem regulados pelo fator de transcrição de choque térmico-1 (HSF-1) altamente conservado, porém a rede regulatória não está totalmente caracterizada. Aqui, investigamos o papel do HSF-1 na expressão gênica após estresse térmico usando a redução de HSF-1 por interferência de RNA no copépode intertidal Tigriopus californicus. Observamos algumas evidências de diminuição da transcrição de genes de proteínas de choque térmico após a redução, apoiando o papel amplamente reconhecido do HSF-1 na resposta ao choque térmico. No entanto, a maioria dos genes diferencialmente expressos entre os grupos controle e com redução de HSF-1 foram regulados positivamente, sugerindo que o HSF-1 normalmente funciona para reprimir sua expressão. A expressão diferencial observada em genes relacionados à formação de quitina e cutícula apoia descobertas anteriores de que esses processos são altamente regulados após o estresse térmico. Realizamos uma varredura genômica e identificamos um conjunto de 396 genes associados a elementos canônicos de choque térmico. Os dados de RNA-seq não encontraram que esses genes estivessem mais representados em nosso tratamento de redução de HSF-1, indicando que os requisitos para ligação e interação do HSF-1 com um determinado gene não são simplesmente previstos pela presença de sítios de ligação do HSF-1. Estudos adicionais das vias implicadas por esses resultados e futuras comparações entre populações de T. californicus podem nos ajudar a entender o papel e a importância do HSF-1 na resposta ao choque térmico e, mais amplamente, na tolerância térmica do organismo. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Consequences of HSF knockdown on gene expression during the heat shock response in Tigriopus californicus: Although the existence of a cellular heat shock response is nearly universal, its relationship to organismal thermal tolerance is not completely understood. Many of the genes involved are known to be regulated by the highly conserved heat shock transcription factor-1 (HSF-1), yet the regulatory network is not fully characterized. Here, we investigated the role of HSF-1 in gene expression following thermal stress using knockdown of HSF-1 by RNA interference in the intertidal copepod Tigriopus californicus. We observed some evidence for decreased transcription of heat shock protein genes following knockdown, supporting the widely acknowledged role of HSF-1 in the heat shock response. However, the majority of differentially expressed genes between the control and HSF-1 knockdown groups were upregulated, suggesting that HSF-1 normally functions to repress their expression. Differential expression observed in genes related to chitin and cuticle formation lends support to previous findings that these processes are highly regulated following heat stress. We performed a genome scan and identified a set of 396 genes associated with canonical heat shock elements. RNA-seq data did not find those genes to be more highly represented in our HSF-1 knockdown treatment, indicating that requirements for binding and interaction of HSF-1 with a given gene are not simply predicted by the presence of HSF-1 binding sites. Further study of the pathways implicated by these results and future comparisons among populations of T. californicus may help us understand the role and importance of HSF-1 in the heat shock response and, more broadly, in organismal thermal tolerance. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os tubarões Squalus acanthias e Mustelus canis no noroeste do Atlântico realizam migrações sazonais impulsionadas por mudanças na temperatura da água. No entanto, os habitats térmicos reconhecidos dessas populações regionais são pouco descritos. Aqui, relatamos a faixa térmica, frequência de captura com temperatura de fundo e frequência de captura com época do ano para ambas as espécies de tubarão na Baía de Narragansett, Rhode Island. Adicionalmente, descrevemos os níveis de dois indicadores de resposta ao estresse térmico, proteína de choque térmico 70 e óxido de trimetilamina N, com um aumento experimental na temperatura da água de 15°C para 21°C. Nossos resultados mostram que S. acanthias pode ser encontrado nesta região durante todo o ano e coocorre com M. canis de junho a novembro. Além disso, S. acanthias adulto habita rotineiramente águas mais frias que M. canis (maiores frequências de captura em temperaturas de fundo de 10°C e 21°C, respectivamente), mas ambos exibem faixas térmicas superiores semelhantes nesta região (temperaturas de fundo de 22-23°C). Adicionalmente, a exposição aguda a um aumento de 6°C na temperatura da água por 72 horas leva a um aumento de quase três vezes nos níveis de proteína de choque térmico 70 em S. acanthias, mas não em M. canis. Portanto, essas espécies apresentam diferenças em sua tolerância térmica e resposta ao estresse com exposição experimental a 21°C, uma temperatura comum no verão na Baía de Narragansett. Além disso, em S. acanthias sob estresse térmico não há acúmulo de óxido de trimetilamina N. No nível do organismo inteiro, a capacidade regulatória de óxido de trimetilamina N dos elasmobrânquios pode ser limitada por outros fatores. Alternativamente, os elasmobrânquios podem não depender do óxido de trimetilamina N como mecanismo de proteção térmica primário nas condições testadas. Os achados deste estudo contrastam com pesquisas anteriores realizadas com células de elasmobrânquios in vitro que mostraram acúmulo de óxido de trimetilamina N após estresse térmico e subsequente supressão da resposta da proteína de choque térmico 70. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal range and physiological tolerance mechanisms in two shark species from the northwest Atlantic: Spiny dogfish (Squalus acanthias) and smoothhound (Mustelus canis) sharks in the northwestAtlantic undergo seasonal migrations driven by changes in water temperature. However, the recognized thermal habitats of these regional populations are poorly described. Here, we report the thermal range, catch frequency with bottom temperature, and catch frequency with time of year for both shark species in Narragansett Bay, Rhode Island. Additionally, we describe levels of two thermal stress response indicators, heat-shock protein 70 and trimethylamine N-oxide, with an experimental increase in water temperature from 15 7C to 21 7C. Our results show that S. acanthias can be found in this region year-round and co-occurs with M. canis from June to November. Further, adult S. acanthias routinely inhabits colder waters than M. canis (highest catch frequencies at bottom temperatures of 10 7C and 21 7C, respectively), but both exhibit similar upper thermal ranges in this region (bottom temperatures of 22-23 7C). Additionally, acute exposure to a 6 7C increase in water temperature for 72 hours leads to a nearly threefold increase in heat-shock protein 70 levels in S. acanthias but not M. canis. Therefore, these species display differences in their thermal tolerance and stress response with experimental exposure to 21 7C, a common summer temperature in Narragansett Bay. Further, in temperature-stressed S. acanthias there is no accumulation of trimethylamine N-oxide. At the whole-organism level, elasmobranchs’ trimethylamine N-oxide regulatory capacity may be limited by other factors. Alternatively, elasmobranchs may not rely on trimethylamine N-oxide as a primary thermal protective mechanism under the conditions tested. Findings from this study are in contrast with previous research conducted with elasmobranch cells in vitro that showed accumulation of trimethylamine N-oxide after thermal stress and subsequent suppression of the heat-shock protein 70 response. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

O krill antártico, Euphausia superba, é uma espécie endêmica do Oceano Austral de comprovada importância ecológica para a região. No contexto do previsto aquecimento global, é particularmente importante entender como os biomarcadores clássicos de estresse térmico funcionam nesta espécie. A este respeito, as Hsp70s são reconhecidas como boas candidatas. No entanto, estudos anteriores de cinética de expressão não conseguiram demonstrar regulação positiva significativa desses genes em resposta a choques térmicos a 3 °C e 6 °C por 3 e 6 h. O presente trabalho complementa esses resultados anteriores e amplia as perspectivas para o uso de Hsp70s como um marcador relevante de choque térmico nesta espécie de krill. Novos experimentos demonstram que a indução de isoformas de Hsp70 não foi detectada durante a exposição ao choque térmico, mas aumento da expressão foi observado após várias horas de recuperação. Para completar a análise da cinética de expressão das diferentes isoformas, experimentos foram realizados em escalas de tempo curtas (1 e 2 h a 3 °C e 6 °C) bem como em temperaturas mais altas (9 °C, 12 °C e 15 °C por 3 h), sem qualquer resposta significativa. Um monitoramento de 6 semanas de animais a 3 °C mostrou que o fator tempo é decisivo no estabelecimento da resposta. Experimentos de CTmax com tempos incrementais de 1 °C por dia ou 1 °C a cada 3 dias mostraram uma resiliência particularmente alta dos animais. A demonstração da abundância de Hsp70s presentes antes do estresse térmico em várias espécies de krill, bem como em espécimes de E. superba de várias origens, mostrou que o atraso na resposta de expressão poderia estar relacionado aos altos níveis constitutivos de Hsp70 disponíveis antes dos experimentos de estresse. A rotulagem alternativa das duas principais isoformas de Hsp70 de acordo com a origem dos animais permitiu levantar hipóteses sobre o funcionamento da termorregulação no krill antártico, bem como no krill do gelo. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Antarctic krill (Euphausia superba) in a warming ocean: thermotolerance and deciphering Hsp70 responses: The Antarctic krill, Euphausia superba, is a Southern Ocean endemic species of proven ecological importance to the region. In the context of predicted global warming, it is particularly important to understand how classic biomarkers of heat stress function in this species. In this respect, Hsp70s are acknowledged as good candidates. However, previous studies of expression kinetics have not been able to demonstrate significant upregulation of these genes in response to heat shocks at 3 °C and 6 °C for 3 and 6 h. The current work complements these previous results and broadens the prospects for the use of Hsp70s as a relevant marker of thermal shock in this krill species. New experiments demonstrate that induction of Hsp70 isoforms was not detected during exposure to heat shock, but increased expression was observed after several hours of recovery. To complete the analysis of the expression kinetics of the different isoforms, experiments were carried out over short time scales (1 and 2 h at 3 °C and 6 °C) as well as at higher temperatures (9 °C, 12 °C, and 15 °C for 3 h), without any significant response. A 6-week monitoring of animals at 3 °C showed that the time factor is decisive in the establishment of the response. CT<inf>max</inf> experiments with incremental times of 1 °C per day or 1 °C every 3 days have shown a particularly high resilience of the animals. The demonstration of the abundance of Hsp70s present before thermal stress in various species of krill, as well as in specimens of E. superba of various origins, showed that the delay in the response in expression could be related to the high constitutive levels of Hsp70 available before the stress experiments. The alternative labelling of the two main isoforms of Hsp70 according to the origin of the animals allowed hypotheses to be put forward on the functioning of thermoregulation in Antarctic krill as well as ice krill. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Pequenos aumentos na temperatura do oceano podem perturbar a simbiose obrigatória entre corais e microalgas dinoflageladas, resultando no branqueamento dos corais. Pouco se sabe sobre os genes que conduzem a resposta fisiológica e de branqueamento dos simbiontes algais à temperatura elevada. Além disso, muitos estudos até agora compararam linhagens altamente divergentes, tornando desafiador atribuir genes específicos a características contrastantes. Aqui, comparamos as respostas transcricionais em temperaturas ambiente (27°C) e relevantes para o branqueamento (31°C) em uma linhagem monoclonal selvagem (WT) de Symbiodiniaceae com as de uma linhagem selecionada (SS), derivada da mesma cultura monoclonal e evoluída experimentalmente para temperatura elevada ao longo de 80 gerações (2,5 anos). Milhares de genes foram diferencialmente expressos com uma variação logarítmica >8 entre a WT e a SS durante um período de tratamento térmico de 35 dias. A 31°C, as células WT exibiram uma resposta transcriptômica temporalmente instável, regulando positivamente genes envolvidos na resposta universal ao estresse, como chaperonamento molecular, reparo de proteínas, degradação de proteínas e reparo de DNA. Comparativamente, as células SS exibiram uma resposta transcriptômica temporalmente estável e regularam negativamente muitos genes de resposta ao estresse que foram regulados positivamente pela WT. Entre os genes mais altamente regulados positivamente na SS a 31°C estavam fatores de transcrição algal e um gene provavelmente de origem bacteriana que codifica uma proteína do sistema de secreção tipo II, sugerindo que interações com bactérias podem contribuir para a maior tolerância térmica da SS. Genes e vias funcionais que conferem tolerância térmica na SS poderiam ser alvo em futuros experimentos de engenharia genética projetados para desenvolver simbiontes algais termorresistentes para uso em restauração e conservação de corais. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Gene regulation underpinning increased thermal tolerance in a laboratory-evolved coral photosymbiont: Small increases in ocean temperature can disrupt the obligate symbiosis between corals and dinoflagellate microalgae, resulting in coral bleaching. Little is known about the genes that drive the physiological and bleaching response of algal symbionts to elevated temperature. Moreover, many studies to-date have compared highly divergent strains, making it challenging to accredit specific genes to contrasting traits. Here, we compare transcriptional responses at ambient (27°C) and bleaching-relevant (31°C) temperatures in a monoclonal, wild-type (WT) strain of Symbiodiniaceae to those of a selected-strain (SS), derived from the same monoclonal culture and experimentally evolved to elevated temperature over 80 generations (2.5 years). Thousands of genes were differentially expressed at a log fold-change of >8 between the WT and SS over a 35 days temperature treatment period. At 31°C, WT cells exhibited a temporally unstable transcriptomic response upregulating genes involved in the universal stress response such as molecular chaperoning, protein repair, protein degradation and DNA repair. Comparatively, SS cells exhibited a temporally stable transcriptomic response and downregulated many stress response genes that were upregulated by the WT. Among the most highly upregulated genes in the SS at 31°C were algal transcription factors and a gene probably of bacterial origin that encodes a type II secretion system protein, suggesting interactions with bacteria may contribute to the increased thermal tolerance of the SS. Genes and functional pathways conferring thermal tolerance in the SS could be targeted in future genetic engineering experiments designed to develop thermally resilient algal symbionts for use in coral restoration and conservation. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Em fungos, as peptidases desempenham um papel crucial na adaptabilidade. Atualmente, os papéis das peptidases na tolerância à ultravioleta (UV) e térmica ainda não são claros. Neste estudo, uma cisteína dipeptidase da família C69 do fungo entomopatogênico Metarhizium acridum, MaPepDA, foi expressa em Escherichia coli. A enzima purificada tinha uma massa molecular de 56-kDa e exibiu alta atividade ao substrato dipeptídico com atividade hidrolítica ótima de Ala-Gln em aproximadamente pH 6,0 e 55°C. Foi demonstrado que MaPepDA é uma dipeptidase intracelular localizada no citosol e que é expressa durante todo o crescimento fúngico. A interrupção do gene MaPepDA aumentou a germinação de conídios, a taxa de crescimento e melhorou significativamente a tolerância ao estresse por UV-B e calor em M. acridum. No entanto, a virulência e a produção de conídios foram amplamente inalteradas no mutante ΔMaPepDA. Dados de expressão gênica digital revelaram que o mutante ΔMaPepDA tinha uma maior tolerância ao UV-B e ao choque térmico em comparação com o tipo selvagem, regulando a transcrição de conjuntos de genes envolvidos no componente da superfície celular, crescimento celular, reparo de DNA, metabolismo de aminoácidos, metabolismo de açúcares e algumas vias de sinalização importantes de estímulo. Nossos resultados sugeriram que a interrupção do MaPepDA poderia potencialmente melhorar o desempenho de pesticidas fúngicos na aplicação de campo sem efeito adverso na virulência e conidiação. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Disruption of a C69-Family Cysteine Dipeptidase Gene Enhances Heat Shock and UV-B Tolerances in Metarhizium acridum: In fungi, peptidases play a crucial role in adaptability. At present, the roles of peptidases in ultraviolet (UV) and thermal tolerance are still unclear. In this study, a C69-family cysteine dipeptidase of the entomopathogenic fungus Metarhizium acridum, MaPepDA, was expressed in Escherichia coli. The purified enzyme had a molecular mass of 56-kDa, and displayed a high activity to dipeptide substrate with an optimal Ala-Gln hydrolytic activity at about pH 6.0 and 55°C. It was demonstrated that MaPepDA is an intracellular dipeptidase localized in the cytosol, and that it is expressed during the whole fungal growth. Disruption of the MaPepDA gene increased conidial germination, growth rate, and significantly improved the tolerance to UV-B and heat stress in M. acridum. However, virulence and conidia production was largely unaffected in the ΔMaPepDA mutant. Digital gene expression data revealed that the ΔMaPepDA mutant had a higher UV-B and heat-shock tolerance compared to wild type by regulating transcription of sets of genes involved in cell surface component, cell growth, DNA repair, amino acid metabolism, sugar metabolism and some important signaling pathways of stimulation. Our results suggested that disruption of the MaPepDA could potentially improve the performance of fungal pesticides in the field application with no adverse effect on virulence and conidiation. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A família de proteínas DnaJ (ou proteínas J) são chaperonas moleculares que governam o dobramento, degradação e translocação de proteínas em muitos organismos. Embora as proteínas J desempenhem papéis fundamentais na biologia eucariótica e procariótica, o papel das proteínas J em espécies de Aspergillus é atualmente desconhecido. Neste estudo, caracterizamos o gene dnjA, que codifica uma proteína DnaJ putativa, em duas espécies de Aspergillus: Aspergillus nidulans e Aspergillus flavus. A expressão do gene dnjA é inibida pelo regulador velvet VosA, que desempenha um papel fundamental na sobrevivência de esporos e no metabolismo em Aspergillus. A deleção de dnjA diminuiu o número de esporos assexuados (conídios), produziu conidióforos anormais e reduziu os corpos de frutificação sexuados (cleistotécios) ou esclerócios. Além disso, a ausência de dnjA causou aumento na produção de esterigmatocistina ou aflatoxina em A. nidulans e A. flavus, respectivamente. Estes resultados sugerem que DnjA desempenha um papel conservado no desenvolvimento assexuado e sexuado e na produção de micotoxinas em espécies de Aspergillus. No entanto, DnjA também desempenha um papel específico da espécie; AniDnjA, mas não AflDnjA, afeta a viabilidade conidial, os teores de trealose e a tolerância térmica dos conídios. No ensaio de virulência em plantas, a capacidade de infecção do mutante ΔAfldnjA diminuiu nos grãos, sugerindo que DnjA desempenha um papel crucial na patogenicidade de A. flavus. Em conjunto, estes resultados demonstram que DnjA é multifuncional em espécies de Aspergillus; está envolvido em diversos processos biológicos, incluindo diferenciação fúngica e metabolismo secundário. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The role of the VosA-repressed dnjA gene in development and metabolism in Aspergillus species: The DnaJ family of proteins (or J-proteins) are molecular chaperones that govern protein folding, degradation, and translocation in many organisms. Although J-proteins play key roles in eukaryotic and prokaryotic biology, the role of J-proteins in Aspergillus species is currently unknown. In this study, we characterized the dnjA gene, which encodes a putative DnaJ protein, in two Aspergillus species: Aspergillus nidulans and Aspergillus flavus. Expression of the dnjA gene is inhibited by the velvet regulator VosA, which plays a pivotal role in spore survival and metabolism in Aspergillus. The deletion of dnjA decreased the number of asexual spores (conidia), produced abnormal conidiophores, and reduced sexual fruiting bodies (cleistothecia) or sclerotia. In addition, the absence of dnjA caused increased sterigmatocystin or aflatoxin production in A. nidulans and A. flavus, respectively. These results suggest that DnjA plays a conserved role in asexual and sexual development and mycotoxin production in Aspergillus species. However, DnjA also plays a species-specific role; AniDnjA but not AflDnjA, affects conidial viability, trehalose contents, and thermal tolerance of conidia. In plant virulence assay, the infection ability of the ΔAfldnjA mutant decreased in the kernels, suggesting that DnjA plays a crucial role in the pathogenicity of A. flavus. Taken together, these results demonstrate that DnjA is multifunctional in Aspergillus species; it is involved in diverse biological processes, including fungal differentiation and secondary metabolism. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Este estudo avaliou o efeito de diferentes temperaturas ambientais na fisiologia de juvenis de Lutjanus guttatus analisando seu comportamento termorregulador, tolerância térmica, taxas de consumo de oxigênio e escopo metabólico térmico. Conjuntamente, o efeito das temperaturas de aclimatação e críticas nas expressões dos genes da proteína de choque térmico 70 (Hsp70) e lactato desidrogenase (Ldh-a) também foi analisado usando temperaturas de aclimatação de 20, 23, 26, 29 e 32°C. Os resultados mostraram que a temperatura final preferida em juvenis de cioba foi 26°C com uma janela térmica de 336,5°C², que estava relacionada a uma temperatura ótima para sua fisiologia determinada pela taxa metabólica de rotina e escopo metabólico térmico. Nas temperaturas de 20 a 26°C, a taxa metabólica de rotina e os genes Hsp70 e Ldh-a apresentaram os menores valores relacionados a um nível de expressão basal. Nas temperaturas de aclimatação de 29 a 32°C e após o limite térmico máximo crítico (CT<inf>max</inf>), a expressão relativa dos genes Hsp70 e Ldh-a aumentou significativamente, mas a principal resposta no CT<inf>max</inf> foi a regulação positiva do gene Hsp70. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effect of acclimation temperature on thermoregulatory behaviour, thermal tolerance and respiratory metabolism of Lutjanus guttatus and the response of heat shock protein 70 (Hsp70) and lactate dehydrogenase (Ldh-a) genes: This study evaluated the effect of different environmental temperatures in the physiology of Lutjanus guttatus juveniles by analysing their thermoregulatory behaviour, thermal tolerance, oxygen consumption rates and thermal metabolic scope. Jointly, the effect of acclimation and critical temperatures on heat shock protein 70 (Hsp70) and lactate dehydrogenase (Ldh-a) gene expressions were also analysed using acclimation temperatures of 20, 23, 26, 29 and 32°C. The results showed that the final preferred temperature in juvenile snapper was 26°C with a thermal window of 336.5°C2, which was related to an optimal temperature for their physiology determined by the routine metabolic rate and thermal metabolic scope. At temperatures from 20 to 26°C, the routine metabolic rate and Hsp70 and Ldh-a genes had the lowest values related to a basal expression level. At acclimation temperatures from 29 to 32°C and after critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>) limit, the relative expression of Hsp70 and Ldh-a genes increased significantly, but the main response at CT<inf>max</inf> was the upregulation of Hsp70 gene. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A ostra do Pacífico Crassostrea gigas, uma espécie comercialmente importante que habita a zona entremarés, enfrenta enormes flutuações de temperatura. Portanto, é importante identificar genes candidatos e relações regulatórias chave associadas à tolerância térmica, o que pode auxiliar o melhoramento molecular de ostras. O fator de transcrição de choque térmico 1 (HSF1) desempenha um papel importante na resistência ao estresse térmico. Entretanto, a relação regulatória entre a expansão da proteína de choque térmico (HSP) HSP70 e HSF1 ainda não está clara em C. gigas. Neste estudo, analisamos genes regulados pelo HSF1 em resposta ao choque térmico por imunoprecipitação da cromatina seguida de sequenciamento (ChIP-seq), determinamos os padrões de expressão dos genes alvo por qRT-PCR e validamos a relação regulatória entre uma HSP70 e HSF1. Encontramos 916 picos correspondentes a sítios de ligação do HSF1, e esses picos foram anotados para os genes mais próximos. Na análise de Ontologia Gênica, os genes alvo do HSF1 estavam relacionados à transdução de sinal, produção de energia e resposta a estímulo biótico. Quatro genes HSP70, dois genes HSP40 e um gene de pequena HSP exibiram ligação ao HSF1. Uma HSP70 com um sítio de ligação na região promotora foi validada como sendo regulada pelo HSF1 sob choque térmico. Estes resultados fornecem uma base para estudos futuros visando determinar os mecanismos subjacentes à tolerância térmica e fornecem insights sobre a regulação gênica na ostra do Pacífico. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Identification of HSF1 Target Genes Involved in Thermal Stress in the Pacific Oyster Crassostrea gigas by ChIP-seq: The Pacific oyster Crassostrea gigas, a commercially important species inhabiting the intertidal zone, facing enormous temperature fluctuations. Therefore, it is important to identify candidate genes and key regulatory relationships associated with thermal tolerance, which can aid the molecular breeding of oysters. Heat shock transcription factor 1 (HSF1) plays an important role in the thermal stress resistance. However, the regulatory relationship between the expansion of heat shock protein (HSP) HSP 70 and HSF1 is not yet clear in C. gigas. In this study, we analyzed genes regulated by HSF1 in response to heat shock by chromatin immunoprecipitation followed by sequencing (ChIP-seq), determined the expression patterns of target genes by qRT-PCR, and validated the regulatory relationship between one HSP70 and HSF1. We found 916 peaks corresponding to HSF1 binding sites, and these peaks were annotated to the nearest genes. In Gene Ontology analysis, HSF1 target genes were related to signal transduction, energy production, and response to biotic stimulus. Four HSP70 genes, two HSP40 genes, and one small HSP gene exhibited binding to HSF1. One HSP70 with a binding site in the promoter region was validated to be regulated by HSF1 under heat shock. These results provide a basis for future studies aimed at determining the mechanisms underlying thermal tolerance and provide insights into gene regulation in the Pacific oyster. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Realizamos experimentos laboratoriais para determinar as temperaturas letais dos brotos de Bryum argenteum seco e para determinar como esta espécie de restauração responde a ambientes extremos. Especificamente avaliamos mudanças nos níveis de expressão gênica nos brotos de plantas secas de B. argenteum que foram submetidas a choque térmico súbito (controle (20 ± 2°C), 80°C, 100°C, 110°C ou 120°C) seguido por exposição ao calor por mais 10, 20, 30 ou 60 minutos. Após serem expostas ao calor, as amostras foram colocadas em meio de areia úmida, e suas habilidades de sobrevivência e regeneração foram avaliadas diariamente por 56 dias. Os resultados mostraram que as temperaturas letais reduziram significativamente o potencial de regeneração dos brotos, atrasaram tanto os tempos de emergência dos brotos quanto dos protonemas e reduziram a área de emergência dos protonemas. Além disso, a expressão de nove genes (HSF3, HSP70, ERF, LEA, ELIP, LHCA, LHCB, Tr288 e DHN) foi induzida pelo estresse térmico, conforme avaliado após 30 minutos de exposição. Adicionalmente, foi determinado um novo nível de tolerância térmica para B. argenteum seco - 120°C por 20 minutos - que foi a temperatura mais alta registrada para este musgo; esta tolerância excedeu o recorde anterior de 110°C por 10 minutos. Esses achados ajudam a elucidar o mecanismo de sobrevivência desta espécie sob estresse por choque térmico e facilitam a recuperação e restauração de ecossistemas destruídos. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal tolerance of dried shoots of the moss Bryum argenteum: We conducted laboratory experiments to determine the lethal temperatures of the shoots of dried Bryum argenteum and to determine how this restoration species responds to extreme environments. We specifically assessed changes in gene expression levels in the shoots of dried B. argenteum plants that were subjected to sudden heat shock (control (20 ± 2°C), 80°C, 100°C, 110°C or 120°C) followed by exposure to heat for an additional 10, 20, 30 or 60 min. After they were exposed to heat, the samples were placed in wet sand medium, and their survival and regeneration abilities were evaluated daily for 56 days. The results showed that lethal temperatures significantly reduced the shoot regeneration potential, delayed both shoot and protonemal emergence times and reduced the protonemal emergence area. In addition, the expression of nine genes (HSF3, HSP70, ERF, LEA, ELIP, LHCA, LHCB, Tr288 and DHN) was induced by temperature stress, as assessed after 30 min of exposure. Additionally, a new thermal tolerance level for dried B. argenteum – 120°C for 20 min – was determined, which was the highest temperature recorded for this moss; this tolerance exceeded the previous record of 110°C for 10 min. These findings help elucidate the survival mechanism of this species under heat shock stress and facilitate the recovery and restoration of destroyed ecosystems. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A capacidade de uma espécie e população de responder a uma diminuição ou aumento na temperatura depende do seu potencial adaptativo. Aqui, a tolerância térmica crítica (CTmax e CTmin) de quatro populações: Labeo rohita, Catla catla, e seus híbridos recíprocos L. rohita♀× C. catla♂ (RC) e C. catla♀ × L. rohita♂ (CR) aclimatadas a quatro temperaturas de aclimatação (22, 26, 30 e 34 °C) foi determinada. Todas as populações indicaram variações substanciais (P < 0,05) nos valores de CTmax e CTmin. L. rohita apresentou, comparativamente, o maior CTmax com as maiores zonas poligonais totais e intrínsecas, bem como as zonas superiores e inferiores de tolerância térmica adquirida, seguido pelos híbridos RC e CR, enquanto C. catla mostrou significativamente o maior valor de CTmin e as menores zonas intrínsecas e adquiridas de tolerância térmica. Ambos os híbridos ilustraram heterose de progenitor inferior (≤11%). Adicionalmente, a maior expressão dos genes Hsp70 e Hsp90 (proteínas de choque térmico), nível sérico de lisozima, atividade respiratória explosiva e menor nível de peroxidação lipídica sob choque de temperatura inferior e superior ilustraram ainda mais o forte mecanismo fisiológico de L. rohita em contraste com C. catla, para lidar com temperatura aguda, enquanto os híbridos, especialmente o híbrido F1 RC, apareceram como uma boa opção para substituir C. catla em áreas de temperatura relativamente mais alta e mais baixa. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effect of acclimated temperature on thermal tolerance, immune response and expression of HSP genes in Labeo rohita, Catla catla and their intergeneric hybrids: The ability of a species and population to respond to a decrease or an increase in temperature depends on their adaptive potential. Here, the critical thermal tolerance (CTmax and CTmin) of four populations: Labeo rohita, Catla catla, and their reciprocal hybrids L. rohita♀× C. catla♂ (RC) and C. catla♀ × L. rohita♂ (CR) being acclimatized at four acclimation temperatures (22, 26, 30 and 34 °C) were determined. All populations indicated substantial variations (P < 0.05) in CTmax and CTmin values. L. rohita displayed, comparatively the highest CTmax with largest total and intrinsic polygon zones as well as the upper and lower acquired thermal tolerance zones followed by RC and CR hybrids, while C. catla showed significantly the highest CTmin value and the smallest intrinsic and acquired thermal tolerance zones. Both hybrids illustrated low parent heterosis (≤11%). Additionally, the highest expression of Hsp70 and Hsp90 (heat shock proteins) genes, serum lysozyme level, respiratory burst activity and lowest lipid peroxidation level under lower and higher temperature shock further illustrated strong physiological mechanism of L. rohita in contrast to C. catla, to deal with acute temperature, while hybrids, especially F1 RC hybrid appeared as a good option to replace C. catla in relatively higher and lower temperature areas. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

O amortecimento social é um fenômeno em que a presença de coespecíficos reduz a resposta ao estresse de um animal. Bem conhecido em mamíferos, o amortecimento social foi recentemente descrito em peixes que exibem hierarquias sociais pronunciadas. O esturjão do lago (Acipenser fulvescens) é um peixe gregário em vez de hierárquico. Portanto, testamos sua capacidade de amortecimento social após exposição a um estresse térmico agudo. Esturjões do lago de idade-0 isolados ou agrupados (três ou seis coespecíficos de tamanho similar) foram expostos a um teste de máxima térmica crítica (CT<inf>max</inf>). Medimos a resposta endócrina e celular ao choque térmico agudo avaliando a concentração de cortisol corporal total e a expressão de mRNA da proteína regulatória aguda esteroidogênica (StAR) e proteínas de choque térmico (hsp90a, hsp90b e hsp70) durante a recuperação do teste CT<inf>max</inf>. O isolamento ou agrupamento não teve efeito sobre o CT<inf>max</inf>. As concentrações de cortisol corporal total em peixes isolados foram aproximadamente três vezes maiores do que em peixes agrupados 1 hora pós-CT<inf>max</inf> e duas vezes maiores do que peixes agrupados 20 horas pós-CT<inf>max</inf>. Similarmente, 1 hora pós-CT<inf>max</inf>, a expressão de mRNA de StAR, hsp90a, hsp90b e hsp70 foi três a quatro vezes maior em peixes isolados comparado a grupos de três e seis peixes. Às 20 horas pós-CT<inf>max</inf>, a expressão de StAR foi aproximadamente duas vezes maior em peixes isolados, mas a expressão de hsp90a, hsp90b e hsp70 não foi significativamente diferente entre peixes isolados e agrupados. Embora a presença de coespecíficos não tenha tido efeito sobre o CT<inf>max</inf>, a redução significativa dos marcadores de estresse endócrino e celular pós-CT<inf>max</inf> em peixes agrupados sugere fortemente que o esturjão do lago pode usar o amortecimento social para combater os efeitos deletérios potenciais da exposição ao estresse térmico. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Love thy neighbor: Social buffering following exposure to an acute thermal stressor in a gregarious fish, the lake sturgeon (Acipenser fulvescens): Social buffering is a phenomenon where the presence of conspecifics reduces an animal's stress response. Well known in mammals, social buffering was recently described in fishes exhibiting pronounced social hierarchies. Lake sturgeon (Acipenser fulvescens) are a gregarious rather than hierarchical fish. Therefore, we tested their capacity for social buffering following exposure to an acute thermal stress. Isolated or grouped (three or six similarly sized conspecifics) age-0 lake sturgeon were exposed to a critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>) test. We measured the endocrine and cellular response to acute thermal shock by assessing whole body cortisol concentration and mRNA expression of steroidogenic acute regulatory protein (StAR) and heat shock proteins (hsp90a, hsp90b, and hsp70) during recovery from the CT<inf>max</inf> test. Isolation or grouping had no effect on CT<inf>max</inf>. Whole body cortisol concentrations in isolated fish were approximately three-fold higher than in grouped fish 1 h post-CT<inf>max</inf> and two-fold higher than grouped fish 20 h post-CT<inf>max</inf>. Similarly, 1 h post-CT<inf>max</inf>, mRNA expression of StAR, hsp90a, hsp90b and hsp70 were three to four-fold higher in isolated fish compared to groups of three and six fish. At 20 h post-CT<inf>max</inf>, expression of StAR was approximately two-fold higher in isolated fish, but expression of hsp90a, hsp90b, and hsp70 was not significantly different between isolated and grouped fish. While conspecific presence had no effect on CT<inf>max</inf>, the significant reduction of endocrine and cellular stress markers post-CT<inf>max</inf> in grouped fish strongly suggests that lake sturgeon may use social buffering to combat potential deleterious effects of exposure to heat stress. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Gmelinoides fasciatus é um anfípode invasor bem-sucedido (Amphipoda, Crustacea) que se dispersou do Lago Baikal para vários corpos d'água. Aqui estudamos se as condições do Baikal são ótimas para G. fasciatus em termos de termotolerância e investigamos temperaturas letais, nível de proteína de choque térmico de 70 kDa, metabolismo energético e defesa antioxidante de animais de três corpos d'água geograficamente distantes sob temperaturas variáveis. Utilizamos exposição aguda ao calor a 28 °C para avaliar os tempos letais medianos e aumento gradual de temperatura de 6 °C para determinar as temperaturas letais. A mortalidade sob choque térmico foi explicável pelo conteúdo basal de Hsp70 que correlacionou com o histórico térmico. Mas este não foi o caso sob aumento gradual de temperatura onde os níveis de Hsp70 tornaram-se similares e o padrão de mortalidade mudou. Os anfípodes mais termotolerantes do Golfo da Finlândia demonstraram maior quantidade de glicose livre durante o aumento de temperatura que pode estar relacionada à maior salinidade deste corpo d'água e menor energia necessária para regulação iônica. Embora as concentrações de íons fisiológicos principais no Lago Baikal sejam menores que no Lago Ladoga, G. fasciatus do Ladoga foi ligeiramente mais sensível ao aumento gradual de temperatura. Esta diferença poderia ser explicada pela influência de altos níveis de substâncias húmicas e outras potencialmente tóxicas no Lago Ladoga indicada pelo aumento das atividades de catalase e glutationa S-transferase. Importante, todas as populações de G. fasciatus acumularam níveis relativamente baixos de lactato durante o aumento de temperatura, o que pode refletir a capacidade desta espécie invasora de manter efetivamente o metabolismo aeróbico sob várias condições. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Invader amphipods Gmelinoides fasciatus (Stebbing, 1899) inhabiting distant waterbodies demonstrate differences in tolerance and energy metabolism under elevated temperatures: Gmelinoides fasciatus is a successful invasive amphipod (Amphipoda, Crustacea) that dispersed from Lake Baikal to various waterbodies. Here we studied whether Baikal conditions are optimal for G. fasciatus in terms of thermotolerance and investigated lethal temperatures, 70 kDa heat shock protein level, energy metabolism, and antioxidant defense of animals from three geographically distant waterbodies under changing temperatures. We used acute heat exposure to 28 °C to assess the median lethal times and gradual temperature increase from 6 °C to determine the lethal temperatures. Mortality under heat shock was explainable by the baseline content of Hsp70 that correlated with thermal history. But it was not the case under gradual temperature increase where Hsp70 levels became similar and the mortality pattern changed. The most thermotolerant amphipods from the Gulf of Finland demonstrated a higher amount of free glucose during the temperature increase that may be related to the higher salinity of this waterbody and less energy required for ion regulation. Even though concentrations of major physiological ions in Lake Baikal are lower than in Lake Ladoga, G. fasciatus from Ladoga was slightly more sensitive to the gradual temperature increase. This difference could be explained by the influence of high levels of humic and other potentially toxic substances in Lake Ladoga indicated by increased activities of catalase and glutathione S-transferase. Importantly, all G. fasciatus populations accumulated relatively low levels of lactate during the temperature increase, which may reflect the ability of this invasive species to effectively maintain aerobic metabolism under various conditions. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

O rápido recuo das geleiras está alterando as condições físicas dos rios de cabeceira. Prevê-se que as temperaturas dos rios subam e se tornem cada vez mais variáveis, colocando comunidades biológicas associadas à água de degelo em risco de extinção. Portanto, há uma necessidade urgente de entender como o estresse térmico afeta os insetos de rios de montanha, particularmente onde as geleiras provavelmente desaparecerão em escalas de tempo contemporâneas. Neste estudo, medimos a temperatura crítica máxima (CT<inf>MAX</inf>) de ninfas de perlárias representando múltiplas espécies e uma variedade de regimes térmicos nas altas Montanhas Rochosas, EUA. Em seguida, coletamos dados de sequenciamento de RNA para avaliar como o estresse térmico do organismo se traduziu no nível celular. Nossa espécie focal incluiu a perlária de água de degelo, Lednia tumana, que foi recentemente listada sob o Ato de Espécies Ameaçadas dos EUA devido à perda de habitat induzida pelo clima. Para todas as espécies estudadas, as temperaturas críticas máximas (CT<inf>MAX</inf> ≈ 20°C) excederam em muito as temperaturas dos rios que as perlárias de montanha experimentam (≈10°C). Além disso, embora houvesse evidências de uma resposta ao estresse celular, também observamos expressão constitutiva de genes que codificam proteínas conhecidas por estarem subjacentes ao estresse térmico (ou seja, proteínas de choque térmico) mesmo em baixas temperaturas que refletiam condições naturais. Mostramos que insetos aquáticos de alta altitude podem não estar fisiologicamente ameaçados pela exposição de curto prazo a temperaturas quentes e que respostas fisiológicas de longo prazo ou fatores bióticos (por exemplo, competição) podem explicar melhor suas distribuições extremas. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Mountain stoneflies may tolerate warming streams: Evidence from organismal physiology and gene expression: Rapid glacier recession is altering the physical conditions of headwater streams. Stream temperatures are predicted to rise and become increasingly variable, putting entire meltwater-associated biological communities at risk of extinction. Thus, there is a pressing need to understand how thermal stress affects mountain stream insects, particularly where glaciers are likely to vanish on contemporary timescales. In this study, we measured the critical thermal maximum (CT<inf>MAX</inf>) of stonefly nymphs representing multiple species and a range of thermal regimes in the high Rocky Mountains, USA. We then collected RNA-sequencing data to assess how organismal thermal stress translated to the cellular level. Our focal species included the meltwater stonefly, Lednia tumana, which was recently listed under the U.S. Endangered Species Act due to climate-induced habitat loss. For all study species, critical thermal maxima (CT<inf>MAX</inf> ' 20°C) far exceeded the stream temperatures mountain stoneflies experience ('10°C). Moreover, while evidence for a cellular stress response was present, we also observed constitutive expression of genes encoding proteins known to underlie thermal stress (i.e., heat shock proteins) even at low temperatures that reflected natural conditions. We show that high-elevation aquatic insects may not be physiologically threatened by short-term exposure to warm temperatures and that longer-term physiological responses or biotic factors (e.g., competition) may better explain their extreme distributions. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

As proteínas de choque térmico (HSPs), também conhecidas como chaperonas moleculares, são marcadores de estresse proeminentes. As proteínas de choque térmico consistem em proteínas altamente conservadas expressas durante situações de estresse e desempenham um papel importante na adaptação ao estresse ambiental. Embora o padrão de expressão do gene HSP70 seja específico da espécie e raça, as variações na adaptação e tolerância térmica devem-se à natureza do ambiente e capacidade adaptativa de uma espécie. O presente estudo foi conduzido para avaliar a capacidade adaptativa de diferentes raças de cabras (Capra hircus), sendo Jamunapari, Barbari, Jakhrana e Sirohi durante o pico do verão seco. O gene alvo HSP70 (HSPA6) foi avaliado para este propósito usando primers específicos. A expressão do gene HSP70 e da proteína foi estimada por RT PCR e kits ELISA respectivamente. A expressão do gene HSP70 foi encontrada mais baixa na raça Sirohi, implicando que esta raça estava mais adaptada, seguida por Jakhrana, Barbari e Jamunapari durante a estação de pico de verão. Enquanto isso, o nível da proteína HSP70 no sangue foi significativamente maior em Jamunapari, seguido por Barbari, Jakhrana e mais baixo em Sirohi. Estes resultados indicaram que, durante o estresse climático adverso, a quantidade de expressão (gene e proteína HSP70) foi maior em Jamunapari. Conclui-se que a raça Sirohi é melhor adaptada ao estresse por calor do que Jamunapari, Jakhrana e Barbari e HSP70 pode ser um potencial biomarcador molecular no futuro para seleção de animais resilientes ao clima. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Heat shock protein and gene regulation in goats during heat stress: Heat shock proteins (HSPs), also known as molecular chaperons are prominent stress markers. Heat shock proteins consist of highly conserved protein expressed at the time of stress, and play an important role in adaptation to the environmental stress. Although, the expression pattern of HSP70 gene is species and breed specific, variations in adaptation and thermal tolerance is due to the nature of environment and adaptive capacity of a species. The present study was conducted to evaluate the adaptive capability of different goat (Capra hircus) breeds, i.e. Jamunapari, Barbari, Jakhrana and Sirohi under peak dry summer. The targeted gene HSP70 (HSPA6) was evaluated for this purpose using specific primers. The expression of HSP70 gene and protein was estimated by RT PCR and ELISA kits respectively. The expression of HSP70 gene was found lowest in sirohi breeds implying that this breed was more adapted followed by Jakhrana, Barbari and Jamunapari during peak summer season. Whereas, the level of HSP70 protein in blood was significantly higher in Jamunapari, followed by Barbari, Jakhrana and lowest in Sirohi. These results indicated that, during adverse climatic stress the quantum of expression (HSP70 gene and protein) was more in Jamunapari. It is concluded that Sirohi breed is better adapted to heat stress than Jamunapari, Jakhrana and Barbari and HSP70 may be a potential molecular biomarker in the future for selection of climate resilient animals. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A Península Antártica é uma das regiões mais afetadas pelo aumento das temperaturas da superfície do mar (TSM) mediado pela Mudança Climática Global; de fato, as previsões mais negativas implicam um incremento de até 6 °C até o final do século XXI. A temperatura é um dos fatores mais importantes que medeiam a diversidade e distribuição de macroalgas, embora ainda não haja consenso sobre os prováveis efeitos de TSM mais altas, especialmente para algas marinhas polares. Algumas informações disponíveis sugerem que estratégias potenciais para suportar futuros aumentos nas TSM serão fundamentadas no ciclo glutationa-ascorbato e na indução de proteínas de choque térmico (HSPs) com função de chaperonas; no entanto, seu papel eventual, mesmo para respostas gerais ao estresse, não é claro. As espécies de macroalgas intertidais verdes, marrons e vermelhas Monostroma hariotii, Adenocystis utricularis e Pyropia endiviifolia, respectivamente, da Ilha Rei George, Península Antártica, foram expostas a 2 °C (controle) e 8 °C (cenário de mudança climática) por até 5 dias (d). A atividade fotossintética (α<inf>ETR</inf> e ETR<inf>max</inf>, e Ek<inf>ETR</inf>), a fotoinibição (F<inf>v</inf>/F<inf>m</inf>) e os processos de fotoproteção (α<inf>NPQ</inf>, NPQ<inf>max</inf>, e Ek<inf>NPQ</inf>) não forneceram evidências de efeitos ecofisiológicos negativos. Houve aumentos moderados na produção de H<inf>2</inf>O<inf>2</inf> e nos níveis de peroxidação lipídica com a temperatura, resultados apoiados por níveis estáveis dos pools totais de glutationa e ascorbato, com níveis geralmente mais altos de ascorbato e glutationa reduzidos do que formas oxidadas em todas as espécies. Os transcritos de P. endiviifolia indicaram uma regulação positiva geral de todos os genes de enzimas antioxidantes e HSPs estudados sob temperatura mais quente, embora com diferentes níveis de ativação com o tempo. Esta investigação pioneira explorando diferentes níveis de organização biológica, sugeriu que as macroalgas intertidais antárticas podem ser capazes de suportar o futuro aumento das TSM, provavelmente alterando ligeiramente sua distribuição latitudinal e/ou faixa de tolerância térmica, exibindo produção e reciclagem robustas de glutationa-ascorbato, bem como a indução da maquinaria enzimática antioxidante associada e as sínteses de HSPs. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Antarctic intertidal macroalgae under predicted increased temperatures mediated by global climate change: Would they cope?: The Antarctic Peninsula is one of the regions to be most affected by increase in sea surface temperatures (SSTs) mediated by Global Climate Change; indeed, most negative predictions imply an up to 6 °C increment by the end of the XXI century. Temperature is one of the most important factors mediating diversity and distribution of macroalgae, although there is still no consensus as to the likely effects of higher SSTs, especially for polar seaweeds. Some available information suggests that potential strategies to withstand future increases in SSTs will be founded upon the glutathione-ascorbate cycle and the induction of chaperone-functioning heat shock proteins (HSPs); however, their eventual role, even for general stress responses, is unclear. The intertidal green, brown and red macroalgae species Monostroma hariotii, Adenocystis utricularis and Pyropia endiviifolia, respectively, from King George Island, Antarctic Peninsula, were exposed to 2 °C (control) and 8 °C (climate change scenario) for up to 5 days (d). Photosynthetic activity (α<inf>ETR</inf> and ETR<inf>max</inf>, and Ek<inf>ETR</inf>), photoinhibition (F<inf>v</inf>/F<inf>m</inf>) and photoprotection processes (α<inf>NPQ</inf>, NPQ<inf>max</inf>, and Ek<inf>NPQ</inf>) provided no evidence of negative ecophysiological effects. There were moderate increases in H<inf>2</inf>O<inf>2</inf> production and levels of lipid peroxidation with temperature, results supported by stable levels of total glutathione and ascorbate pools, with mostly higher levels of reduced ascorbate and glutathione than oxidized forms in all species. Transcripts of P. endiviifolia indicated a general upregulation of all antioxidant enzymes and HSPs genes studied under warmer temperature, although with different levels of activation with time. This pioneering investigation exploring different levels of biological organization, suggested that Antarctic intertidal macroalgae may be able to withstand future rise in SSTs, probably slightly altering their latitudinal distribution and/or range of thermal tolerance, by exhibiting robust glutathione-ascorbate production and recycling, as well as the induction of associated antioxidant enzymatic machinery and the syntheses of HSPs. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Corais apresentam aclimatação espacial às condições ambientais locais. No entanto, os vários mecanismos celulares envolvidos na aclimatação local e nos padrões variáveis de branqueamento em corais ainda precisam ser completamente compreendidos. Neste estudo, a modulação de uma proteína implicada na tolerância ao estresse térmico celular, a proteína de choque térmico 70, foi comparada tanto no nível de expressão gênica (hsp70) quanto proteica (Hsp70) em colônias tolerantes ao branqueamento de Acropora muricata próximas à costa e colônias suscetíveis ao branqueamento no recife, na lagoa de Belle Mare (Maurício). Os níveis relativos de Hsp70 variaram significativamente entre colônias dos dois locais diferentes, colônias com diferentes condições de saúde e o ano de coleta. Antes do evento de branqueamento de 2016, as colônias próximas à costa apresentaram níveis basais mais elevados tanto do gene quanto da proteína Hsp70 em comparação com as colônias do recife. Durante o evento de branqueamento, as colônias próximas à costa não branquearam e apresentaram níveis relativos significativamente mais altos tanto do gene quanto da proteína Hsp70 em comparação com as colônias do recife que branquearam. Nenhuma diferenciação genética significativa entre as duas populações de coral estudadas foi observada e todas as colônias analisadas estavam associadas com Symbiodiniaceae do gênero Symbiodinium (Clado A), independentemente da localização e período de amostragem. Esses achados fornecem evidências adicionais do envolvimento da Hsp70 na conferência de tolerância ao branqueamento em corais. Além disso, as diferenças consistentes de expressão do gene e proteína Hsp70 entre as populações de coral próximas à costa e do recife em um ambiente natural indicam que a modulação desta Hsp está envolvida na aclimatação local de corais aos seus ambientes. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Local acclimatisation-driven differential gene and protein expression patterns of Hsp70 in Acropora muricata: Implications for coral tolerance to bleaching: Corals show spatial acclimatisation to local environment conditions. However, the various cellular mechanisms involved in local acclimatisation and variable bleaching patterns in corals remain to be thoroughly understood. In this study, the modulation of a protein implicated in cellular heat stress tolerance, the heat shock protein 70, was compared at both gene (hsp70) and protein (Hsp70) expression level in bleaching tolerant near-coast Acropora muricata colonies and bleaching susceptible reef colonies, in the lagoon of Belle Mare (Mauritius). The relative Hsp70 levels varied significantly between colonies from the two different locations, colonies having different health conditions and the year of collection. Before the bleaching event of 2016, near-coast colonies had higher basal levels of both Hsp70 gene and protein compared to reef colonies. During the bleaching event, the near-coast colonies did not bleach and had significantly higher relative levels of both Hsp70 gene and protein compared to bleached reef colonies. No significant genetic differentiation between the two studied coral populations was observed and all the colonies analysed were associated with Symbiodiniaceae of the genus Symbiodinium (Clade A) irrespective of location and sampling period. These findings provide further evidence of the involvement of Hsp70 in conferring bleaching tolerance to corals. Moreover, the consistent expression differences of Hsp70 gene and protein between the near-coast and reef coral populations in a natural setting indicate that the modulation of this Hsp is involved in local acclimatisation of corals to their environments. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Avaliamos os efeitos da acidificação oceânica (AO) projetada para um futuro próximo e de eventos extremos de temperatura (aquecimento ou resfriamento) na tolerância térmica de Concholepas concholepas, uma espécie-chave bentônica costeira. Três ensaios experimentais separados foram conduzidos expondo juvenis de C. concholepas por 1 mês a um de dois níveis contrastantes de pCO2 (~500 e ~1200 μatm). Além disso, cada nível de pCO2 foi combinado com um de quatro tratamentos de temperatura. O controle foi 15 °C, enquanto as outras temperaturas foram 10 °C (Ensaio 1), 20 °C (Ensaio 2) e 25 °C (Ensaio 3). Ao final de cada ensaio, avaliamos o máximo térmico crítico (CTmax) e mínimo (CTmin) através do sucesso de autoendireitamento, calculamos polígonos parciais de tolerância térmica, medimos o crescimento somático, determinamos a transcrição de Proteínas de Choque Térmico 70 (HSP70) e medimos as taxas de consumo de oxigênio. Independentemente do nível de pCO2, os níveis de transcrição de HSP70 foram significativamente maiores nos juvenis após exposição a temperaturas extremas (10 °C e 25 °C) indicando estresse fisiológico. As taxas de consumo de oxigênio aumentaram com o aumento da temperatura de 10 °C para 20 °C, mas mostraram uma diminuição a 25 °C. Esta taxa não foi afetada pelo pCO2 ou pela interação entre temperatura e pCO2. Juvenis expostos aos níveis atuais e futuros próximos de pCO2 a 20 °C mostraram áreas de polígonos de tolerância térmica similares; enquanto mudanças tanto no CTmin quanto no CTmax a 25 °C e 10 °C causaram áreas mais estreitas e mais amplas, respectivamente. A temperatura afetou o crescimento, o consumo de oxigênio e a transcrição de HSP70 em juvenis pequenos de C. concholepas. A exposição ao pCO2 elevado não afetou a tolerância térmica, o crescimento ou o consumo de oxigênio em temperaturas dentro da faixa térmica normalmente experimentada por esta espécie no norte do Chile (15-20 °C). Entretanto, em condições de pCO2 elevado, a exposição a temperaturas mais quentes (25 °C) ou mais frias (10 °C) reduziu ou aumentou a área térmica, respectivamente. Este estudo demonstra a importância de examinar os limites da tolerância térmica para melhor compreender como a AO e a temperatura se combinarão para desafiar fisiologicamente os organismos intertidais. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Combined effect of pCO2 and temperature levels on the thermal niche in the early benthic ontogeny of a keystone species: We evaluated the effects of projected, near future ocean acidification (OA) and extreme events of temperature (warming or cooling) on the thermal tolerance of Concholepas concholepas, a coastal benthic keystone species. Three separate trials of an experiment were conducted by exposing juvenile C. concholepas for 1 month to one of two contrasting pCO<inf>2</inf> levels (~500 and ~1200 μatm). In addition, each pCO<inf>2</inf> level was combined with one of four temperature treatments. The control was 15 °C, whilst the other temperatures were 10 °C (Trial 1), 20 °C (Trial 2) and 25 °C (Trial 3). At the end of each trial, we assessed Critical Thermal maximum (CTmax) and minimum (CTmin) via self-righting success, calculated partial thermal tolerance polygons, measured somatic growth, determined transcription of Heat Shock Proteins 70 (HSP70) and measured oxygen consumption rates. Regardless of pCO<inf>2</inf> level, HSP70 transcript levels were significantly higher in juveniles after exposure to extreme temperatures (10 °C and 25 °C) indicating physiological stress. Oxygen consumption rates increased with increasing temperature from 10 °C to 20 °C though showed a decrease at 25 °C. This rate was not affected by pCO<inf>2</inf> or the interaction between temperature and pCO<inf>2</inf>. Juveniles exposed to present-day and near future pCO<inf>2</inf> levels at 20 °C showed similar thermal tolerance polygonal areas; whilst changes in both CTmin and CTmax at 25 °C and 10 °C caused narrower and broader areas, respectively. Temperature affected growth, oxygen consumption and HSP70 transcription in small juvenile C. concholepas. Exposure to elevated pCO<inf>2</inf> did not affect thermal tolerance, growth or oxygen consumption at temperatures within the thermal range normally experienced by this species in northern Chile (15-20 °C). At elevated pCO<inf>2</inf> conditions, however, exposure to warmer (25 °C) or colder (10 °C) temperatures reduced or increased the thermal area, respectively. This study demonstrates the importance of examining the thermal-tolerance edges to better understand how OA and temperature will combine to physiologically challenge inter-tidal organisms. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

STI/HOP funciona como um co-chaperona de HSP90 e HSP70, cuja função molecular tem sido amplamente restrita a uma proteína adaptadora. No entanto, seu papel na termotolerância não é bem explorado. Neste artigo, identificamos seis membros da família TaSTI, que foram nomeados de acordo com sua distribuição nos cromossomos do grupo 2 e grupo 6. Curiosamente, os membros TaSTI-2 apresentaram expressão mais elevada em comparação com os membros TaSTI-6 sob condições de estresse térmico, sendo TaSTI-2A um dos membros mais responsivos ao calor. Consistentemente, a expressão heteróloga de TaSTI-2A em Arabidopsis resultou em maior termotolerância basal e adquirida, conforme revelado pelo maior rendimento das plantas sob condições de estresse. Similarmente, no caso do arroz, os transgênicos TaSTI-2A exibiram maior tolerância térmica. Além disso, demonstramos que TaSTI-2A interage com TaHSP90 não apenas no núcleo, mas também no RE e nos corpos de Golgi, o que não havia sido demonstrado até agora. Adicionalmente, TaHSP70 também foi encontrada interagindo com TaSTI-6D especificamente no citosol. Assim, esses dados em conjunto sugerem que os membros da família TaSTI podem desempenhar papéis diferentes sob condições de estresse térmico para ajustar finamente a resposta ao estresse térmico em plantas. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Dissecting the Molecular Function of Triticum aestivum STI Family Members Under Heat Stress: STI/HOP functions as a co-chaperone of HSP90 and HSP70 whose molecular function has largely been being restricted as an adaptor protein. However, its role in thermotolerance is not well explored. In this article, we have identified six members of the TaSTI family, which were named according to their distribution on group 2 and group 6 chromosomes. Interestingly, TaSTI-2 members were found to express higher as compared to TaSTI-6 members under heat stress conditions, with TaSTI-2A being one of the most heat-responsive member. Consistent with this, the heterologous expression of TaSTI-2A in Arabidopsis resulted in enhanced basal as well as acquired thermotolerance as revealed by the higher yield of the plants under stress conditions. Similarly in the case of rice, TaSTI-2A transgenics exhibited enhanced thermal tolerance. Moreover, we demonstrate that TaSTI-2A interacts with TaHSP90 not only in the nucleus but also in the ER and Golgi bodies, which has not been shown till now. Additionally, TaHSP70 was also found to interact with TaSTI-6D specifically in the cytosol. Thus, these data together suggested that the TaSTI family members might play different roles under heat stress conditions in order to fine-tune the heat stress response in plants. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Patógenos transmitidos por vetores são conhecidos por alterar os fenótipos de seus hospedeiros primários e vetores, com implicações para a transmissão de doenças, bem como para a ecologia. Aqui mostramos que um vírus de planta, o vírus do nanismo amarelo da cevada, aumenta a temperatura superficial das plantas hospedeiras infectadas (em média 2 °C), enquanto também aumenta significativamente a tolerância térmica de seu vetor pulgão Rhopalosiphum padi (em 8 °C). Esta tolerância térmica aprimorada, que foi associada à regulação positiva diferencial de três genes de proteínas de choque térmico, permitiu que os pulgões ocupassem regiões mais altas e mais quentes das plantas hospedeiras infectadas quando deslocados de regiões mais frias pela competição com uma espécie de pulgão maior, R. maidis. A infecção, portanto, levou a uma expansão do nicho fundamental do vetor. Esses achados mostram que os efeitos do vírus na biologia térmica de hospedeiros e vetores podem influenciar suas interações entre si e com outros organismos não vetores. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Enhanced heat tolerance of viral-infected aphids leads to niche expansion and reduced interspecific competition: Vector-borne pathogens are known to alter the phenotypes of their primary hosts and vectors, with implications for disease transmission as well as ecology. Here we show that a plant virus, barley yellow dwarf virus, increases the surface temperature of infected host plants (by an average of 2 °C), while also significantly enhancing the thermal tolerance of its aphid vector Rhopalosiphum padi (by 8 °C). This enhanced thermal tolerance, which was associated with differential upregulation of three heat-shock protein genes, allowed aphids to occupy higher and warmer regions of infected host plants when displaced from cooler regions by competition with a larger aphid species, R. maidis. Infection thereby led to an expansion of the fundamental niche of the vector. These findings show that virus effects on the thermal biology of hosts and vectors can influence their interactions with one another and with other, non-vector organisms. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

O estresse térmico é um dos principais fatores de declínio populacional e extinções. Mudanças nos regimes térmicos criam novas condições ambientais, levando à adaptação de características, migração populacional e/ou extinção de espécies. Pesquisas extensivas examinaram adaptações térmicas em artrópodes terrestres. No entanto, pouco se sabe sobre insetos sociais, apesar de seu papel fundamental nos ecossistemas. Somente nos últimos anos que as adaptações de insetos sociais ao estresse térmico receberam atenção. Aqui, discutimos o que é atualmente conhecido sobre tolerância térmica e adaptação térmica em insetos sociais - nomeadamente formigas, cupins, abelhas sociais e vespas sociais. Descrevemos as adaptações comportamentais, morfológicas, fisiológicas e moleculares que os insetos sociais evoluíram para lidar com o estresse térmico. Examinamos respostas individuais e coletivas a mudanças térmicas temporárias e persistentes e exploramos até que ponto os indivíduos podem explorar a variabilidade genética para aclimatar. Finalmente, consideramos os custos e benefícios da socialidade frente ao estresse térmico, e propomos algumas direções futuras de pesquisa que devem avançar nosso conhecimento sobre adaptações térmicas individuais e coletivas em insetos sociais. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Adaptations to thermal stress in social insects: recent advances and future directions: Thermal stress is a major driver of population declines and extinctions. Shifts in thermal regimes create new environmental conditions, leading to trait adaptation, population migration, and/or species extinction. Extensive research has examined thermal adaptations in terrestrial arthropods. However, little is known about social insects, despite their major role in ecosystems. It is only within the last few years that the adaptations of social insects to thermal stress have received attention. Herein, we discuss what is currently known about thermal tolerance and thermal adaptation in social insects – namely ants, termites, social bees, and social wasps. We describe the behavioural, morphological, physiological, and molecular adaptations that social insects have evolved to cope with thermal stress. We examine individual and collective responses to both temporary and persistent changes in thermal conditions and explore the extent to which individuals can exploit genetic variability to acclimatise. Finally, we consider the costs and benefits of sociality in the face of thermal stress, and we propose some future research directions that should advance our knowledge of individual and collective thermal adaptations in social insects. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura da água do mar está projetada para aumentar globalmente devido às mudanças climáticas, afetando as respostas fisiológicas, aptidão e sobrevivência dos organismos marinhos. Estudos de tolerância térmica são críticos para determinar a capacidade dos animais de se adaptarem às condições ambientais futuras. Neste estudo, objetivamos determinar se os limites térmicos do neozelandês Evechinus chloroticus mudariam com o histórico térmico do animal. Testamos o efeito de seis regimes térmicos na capacidade de endireitamento, temperatura de perda de endireitamento (T<inf>LOR</inf>), temperatura letal mediana (LT<inf>50</inf>), temperatura letal (LT) e na expressão gênica da proteína de choque térmico 70 (hsp70) do ouriço-do-mar neozelandês E. chloroticus quando exposto a um choque térmico de 1 °C dia−1 (duração de 7–16 dias dependendo do tratamento). Os tratamentos consistiram em aclimatação laboratorial por uma e quatro semanas a 18 °C e 24 °C (temperatura média de inverno (15 °C) e verão (21 °C) + 3 °C de aquecimento, respectivamente), comparados com ouriços-do-mar não aclimatados coletados durante as estações de inverno (14,6 °C) e verão (20,4 °C). O histórico térmico não teve efeito significativo na capacidade de endireitamento de E. chloroticus (T<inf>LOR</inf> variou entre 28 e 29 °C para todos os tratamentos) e LT<inf>50</inf> (variou entre 29 e 30 °C para todos os tratamentos). Entretanto, a LT de E. chloroticus coletado durante a estação de inverno foi significativamente menor do que a de animais aclimatados por uma semana a 18 °C. A expressão máxima de mRNA de hsp70 (T<inf>max</inf>) foi observada em torno de 27–28 °C independentemente do tratamento; no entanto, os níveis relativos de mRNA de hsp70 foram significativamente maiores em animais aclimatados por quatro semanas a 24 °C. Apesar de provar ser uma espécie termotolerante com LTs em torno de 30 °C, E. chloroticus foi incapaz de aumentar a tolerância térmica e T<inf>max</inf> quando aclimatado a altas temperaturas, sugerindo que E. chloroticus pode ter uma capacidade adaptativa limitada para modificar seu fenótipo; entretanto, adaptações evolutivas podem permitir que E. chloroticus se adapte às temperaturas oceânicas futuras. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effect of acclimation on thermal limits and hsp70 gene expression of the New Zealand sea urchin Evechinus chloroticus: Seawater temperature is projected to increase globally due to climate change, affecting physiological responses, fitness and survival of marine organisms. Thermal tolerance studies are critical to determine the ability of animals to adapt to future environmental conditions. In this study, we aimed to determine if the thermal limits of the New Zealand Evechinus chloroticus would shift with animal's thermal history. We tested the effect of six thermal regimes on the righting ability, temperature of loss of righting (T<inf>LOR</inf>), median lethal temperature (LT<inf>50</inf>), lethal temperature (LT) and the gene expression of the heat shock protein 70 (hsp70) of the New Zealand sea urchin E. chloroticus when exposed to a thermal shock of 1 °C day−1 (duration of 7–16 days depending on the treatment). Treatments consisted of laboratory acclimation for one and four weeks to 18 °C and 24 °C (mean winter (15 °C) and summer temperature (21 °C) + 3 °C of warming, respectively), compared to non-acclimated sea urchins collected during winter (14.6 °C) and summer seasons (20.4 °C). Thermal history did not have a significant effect on the righting ability of E. chloroticus (T<inf>LOR</inf> ranged between 28 and 29 °C for all treatments) and LT<inf>50</inf> (ranged between 29 and 30 °C for all treatments). However, LT of E. chloroticus collected during winter season was significantly lower than animals acclimated for one week at 18 °C. Maximum expression of hsp70 mRNA (T<inf>max</inf>) was observed at around 27–28 °C regardless of treatment; however, relative hsp70 mRNA levels were significantly higher in animals acclimated for four weeks at 24 °C. Despite proving to be a thermotolerant species with LTs around 30 °C, E. chloroticus was unable to increase thermal tolerance and T<inf>max</inf> when acclimated to high temperatures, suggesting that E. chloroticus may have a limited adaptive capacity to modify its phenotype; however, evolutionary adaptations may allow E. chloroticus to adapt to future ocean temperatures. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura é um fator abiótico crítico no cultivo aquícola. Cortisol sérico, glicose, frequência respiratória, glicogênio hepático, atividades de enzimas antioxidantes (superóxido dismutase [SOD], catalase [CAT] e glutationa peroxidase [GPx]), conteúdo de malondialdeído (MDA) e expressão de proteínas de choque térmico (hsp70, 90) e genes relacionados à apoptose (p53, caspase3, bax, bcl2) do rodovalho foram determinados a 27 °C sob diferentes durações térmicas (0, 6, 12, 24, 48, 72, 96 h) para ilustrar os mecanismos subjacentes de resposta fisiológica. Os resultados mostraram que cortisol e glicose aumentaram significativamente a 27 °C de 0 h a 12 h, e depois diminuíram drasticamente de 24 h a 96 h. A frequência respiratória manifestou resultados semelhantes ao cortisol. O conteúdo de glicogênio hepático e as atividades de GPx e CAT diminuíram gradualmente de maneira dependente do tempo sob estresse térmico. Entretanto, a atividade da SOD aumentou significativamente às 6, 12, 24 h e depois diminuiu até o final do estresse térmico. O conteúdo hepático de MDA aumentou significativamente de 12 h a 96 h. Além disso, a taxa de apoptose de hepatócitos aumentou gradualmente sob estresse térmico. Os mRNAs de p53, caspase3 e bcl2 foram significativamente regulados positivamente sob estresse térmico dentro de 6 h, e regulados negativamente de 12 h a 96 h. O mRNA de bax foi significativamente regulado positivamente de 0 h a 6 h, e nenhuma diferença significativa foi observada de 6 h a 96 h. Os mRNAs hepáticos de hsp70 e hsp90 foram significativamente regulados positivamente de 6 h a 12 h, o que foi semelhante aos resultados da glicose sérica. Estes resultados indicam que o estresse térmico eleva a frequência respiratória, os conteúdos de cortisol e glicose séricos, promove a glicogenólise hepática, prejudica a capacidade antioxidante hepática e induz apoptose de hepatócitos pelas vias dependentes de p53-bax-bcl2 e caspase. Estes achados expandem o conhecimento atual sobre tolerância térmica e auxiliam o manejo do rodovalho em cativeiro. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Physiological response of juvenile turbot (Scophthalmus maximus. L) during hyperthermal stress: Temperature is a critical abiotic factor in aquaculture farming. Serum cortisol, glucose, respiratory frequency, hepatic glycogen, anti-oxidant enzyme activities (superoxide dismutase [SOD], catalase [CAT], and glutathione peroxidase [GPx]), malondialdehyde (MDA) content, and expression of heat shock proteins (hsp70, 90) and apoptosis-related genes (p53, caspase3, bax, bcl2) of turbot were determined at 27 °C under different thermal durations (0, 6, 12, 24, 48, 72, 96 h) to illustrate the underlying physiological response mechanisms. Results showed that cortisol and glucose significantly increased at 27 °C from 0 h to 12 h, and then dramatically decreased from 24 h to 96 h. Respiratory frequency manifested similar results to cortisol. Hepatic glycogen content, GPx and CAT activities gradually decreased in a time-dependent manner under thermal stress. However, SOD activity significantly increased at 6, 12, 24 h and then decreased until the end of thermal stress. Hepatic MDA content significantly increased from 12 h to 96 h. In addition, the apoptosis rate of hepatocyte gradually increased under thermal stress. p53, caspase3 and bcl2 mRNAs were significantly up-regulated under thermal stress within 6 h, and down-regulated from 12 h to 96 h. bax mRNA was significantly up-regulated from 0 h to 6 h, and no significant difference was observed from 6 h to 96 h. Hepatic hsp70 and hsp90 mRNAs were significantly up-regulated from 6 h to 12 h, which was similar to those of serum glucose results. These results indicate that hyperthermal stress elevates respiratory frequency, serum cortisol and glucose contents, promotes hepatic glycogenolysis, impairs hepatic antioxidant capacity and induces hepatocyte apoptosis by p53-bax-bcl2 and the caspase-dependent pathways. These findings expand the current knowledge on thermal tolerance and aid the management of turbot in captivity. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Cirurgia, radioterapia e quimioterapia têm sido relatadas como os principais tratamentos para o câncer, que é uma das piores doenças relatadas. No entanto, devido à alta invasividade nos pacientes, a hipertermia oncológica tem sido estudada como tratamento não invasivo. A hipertermia utiliza uma diferença de tolerância térmica entre células normais e cancerígenas e dá ao local afetado um estímulo térmico para matar seletivamente as células cancerígenas. Para desenvolver condições eficazes de hipertermia, tem sido necessário um estudo in vitro para avaliar a tolerância térmica. No entanto, como os recipientes de cultura celular existentes não podem controlar a temperatura de cultura, a genuína tolerância térmica das células não pode ser investigada adequadamente. Para revelar a temperatura crítica adequada para a hipertermia, desenvolvemos um dispositivo de cultura que controla a temperatura de cultura. Com o dispositivo desenvolvido, a temperatura de cultura foi regulada muito mais rapidamente do que o método convencional com recipientes existentes, o que nos permitiu estudar a tolerância térmica das células adequadamente. Para o controle da temperatura de cultura, o dispositivo possui um substrato de cultura de titânio onde um elemento peltier foi aderido. Como a biocompatibilidade do dispositivo foi confirmada, uma diferença de tolerância térmica entre células normais e cancerígenas foi, então, investigada com o dispositivo desenvolvido, utilizando Fibroblastos Dérmicos Humanos Normais e Michigan Cancer Foundation-7 como espécies celulares modelo. Como resultado, confirmou-se que as células cancerígenas eram mais sensíveis ao estímulo térmico do que as células normais, o que foi qualitativamente consistente com pesquisas anteriores. Assim, concluímos que nosso dispositivo desenvolvido pode ser usado para investigação da tolerância térmica de cada espécie celular, o que contribuirá para o desenvolvimento da hipertermia oncológica. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Titanium culture vessel capable of controlling culture temperature for evaluation of cell thermotolerance: Surgery, radiation therapy, and chemical therapy have been reported as main treatments for cancer that is one of the worst diseases reported. However, because of high invasiveness on patients, cancer hyperthermia has been studied as non-invasive treatment. Hyperthermia uses a difference of thermal tolerance between normal and cancer cells and gives an affected part thermal stimulation to kill cancer cells selectively. For developing effective conditions of hyperthermia, in vitro study to evaluate the thermal tolerance have been required. However, since existing cell culture vessels cannot control the culture temperature, genuine thermal tolerance of cells cannot be investigated appropriately. To reveal critical temperature proper for hyperthermia, we developed a culture device controlling culture temperature. With the developed device, culture temperature was regulated far more quickly than conventional method with existing vessels, which enable us to study the thermal tolerance of cells appropriately. For the control of culture temperature, the device has a titanium culture substrate where a peltier element adhered. Since a biocompatibility of the device was confirmed, a difference of thermal tolerance between normal and cancer cells was, then, investigated with the developed device by using Normal Human Dermal Fibroblasts and Michigan Cancer Foundation-7 as model cell species. As a result, it was confirmed that cancer cells were more sensitive to thermal stimulation than normal cells, which was qualitatively consistent with previous researches. Thus, we conclude our developed device can be used for investigation of thermal tolerance of each cell specie, which will contribute for the development of cancer hyperthermia. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

— Prevê-se que o aquecimento global tenha um efeito geralmente negativo sobre a atividade agrícola. O estresse por altas temperaturas pode afetar negativamente o crescimento das plantas. Desenvolver plantas com tolerância térmica aprimorada usando abordagens de genética molecular poderia mitigar esses efeitos do estresse por calor. Palmeiras de elite com melhor adaptação ao calor podem ser selecionadas do germoplasma usando marcadores moleculares. O perfil de transcriptoma por sequenciamento de RNA é uma maneira de encontrar marcadores moleculares de uma característica particular. O objetivo do estudo foi obter genes diferencialmente expressos (DEGs) relacionados ao efeito do estresse por calor. Os resultados do sequenciamento de RNA foram exibidos usando mapas de calor que foram úteis para visualizar a expressão dos genes entre o tratamento de alta temperatura e as amostras de controle. No total, 1.087 genes foram identificados envolvidos no estresse por calor na palma de óleo. Sessenta e quatro (64) deles foram diferencialmente expressos, consistindo em dezessete (17) regulados positivamente e quarenta e sete (47) regulados negativamente. O uni-gene foi resumido nas categorias de Ontologia Gênica (GO), a saber: processo biológico, função molecular e componente celular, subsequentemente dividido em 53 subcategorias. O processo de organismo único, processo biossintético, resposta a estímulo, processo de oxidação-redução e resposta ao estresse foram as cinco subcategorias principais. Sessenta e quatro genes relacionados ao estresse por calor foram encontrados, e oito (12,5%) deles foram determinados como família de proteína de choque térmico (HSP). O maior nível de transcrição foi o gene não caracterizado, um membro da subcategoria de resposta ao calor, e os outros genes regulados positivamente consistiram em gene da família HSP, gene da família Bcl-2-associated athanogene (BAG) e gene HIPP, gene slr0575, gene CML14 e gene PARP. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Transcriptome Profiling of Elaeis guineensis Jacq. Under Heat Stress Condition: — Global warming is predicted to have a generally negative effect on agriculture activity. High temperatures stress could affect plant growth negatively. Developing plants with improved thermal tolerance using molecular genetic approaches could mitigate these heat stress effects. Elite palms with better adaptation to heat can be selected from germplasm using molecular markers. Transcriptome profiling by RNA sequencing is a way to find molecular markers of a particular trait. The objective of the study was to obtain differential expressed genes (DEGs) related to the heat stress effect. RNA sequencing results were displayed using heat maps which were useful for visualizing the expression of genes across the high-temperature treatment and control samples. In total, where 1,087 genes were identified involved in oil palm heat stress. Sixty-four (64) of them were differentially expressed, consisted of seventeen (17) up-regulated and forty-seven (47) down-regulated. The uni-gene was summarized in Gene Ontology (GO) categories, namely: biological process, molecular function, and cellular component, subsequently divided into 53 sub-categories. The single organism process, biosynthetic process, response to stimulus, oxidation-reduction process, and response stress were the five primary sub-categories. Sixty-four genes related to heat stress were found, and eight (12.5%) of them were determined as heat shock protein (HSP) family. The highest transcription level was the uncharacterized gene, a member of the heat response sub-category, and the others up-regulated gene consisted of HSP family gene, Bcl-2-associated athanogene (BAG) family and HIPP gene, slr0575 gene, CML14 gene, and PARP gene. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

As altas temperaturas ambientais são uma preocupação primordial que afeta a produção avícola; assim, compreender e controlar tais condições são vitais para a produção bem-sucedida e o bem-estar das aves. Diante disso, um delineamento inteiramente casualizado com arranjo fatorial 2 × 2 envolvendo duas linhagens locais (frango Kirin (KC) e frango Three-yellow (TYC)) e dois grupos de temperatura (normal/controle = 30 ± 2 °C e estresse térmico agudo (AHS) = 35 ± 1 °C por 8 h com 70% de umidade) foi utilizado para avaliar os principais fatores regulatórios, como o gene da proteína de choque térmico (HSP70), genes de citocinas (IL-1β, IL-6, IL-10), gene de desenvolvimento muscular (IGF-1) e alterações histopatológicas teciduais. Aos 56 dias de idade, as temperaturas da crista (CT), pés (FT), pálpebra (ET) e retal (RT) de cada grupo foram aferidas três vezes em 0, 2, 4 e 8 h durante o AHS, e 1 e 3 h no período de recuperação após o AHS. Aos 80 dias de idade, o peso ao abate também foi analisado. A CT e ET dos grupos AHS aumentaram durante o ensaio de 8 h, enquanto a RT de ambas as linhagens diminuiu significativamente às 4 h, mas aumentou às 8 h no grupo TYC. Todos os registros de temperatura caíram nos grupos AHS de ambas as linhagens durante o período de recuperação. Os resultados revelaram que a expressão de mRNA da HSP70 no fígado foi maior no grupo sob estresse térmico de ambas as linhagens em comparação com o controle. A expressão da HSP70 mostrou-se significativamente alta no grupo AHS-KC em comparação com o controle (P < 0,05). Além disso, o gene IGF1 no fígado, músculo peitoral e músculo da perna foi regulado negativamente no grupo AHS-TYC em comparação com o controle (P < 0,05), embora no AHS-KC tenha sido regulado negativamente no músculo peitoral. A expressão de mRNA do IL-1β no baço diminuiu significativamente no grupo AHS-TYC (P < 0,01), enquanto no AHS-KC não houve diferença significativa (P > 0,05). A expressão de mRNA do IL-6 e IL-10 no baço aumentou no grupo AHS-KC, mas não exibiu mudanças óbvias no AHS-TYC. Correspondentemente, os exames histopatológicos revelaram lesão tecidual nos grupos AHS de ambas as linhagens, com a linhagem TYC apresentando alterações mais severas. Os pesos final vivo e de carcaça mostraram um aumento significativo nos tratamentos (P < 0,01 e P < 0,05, respectivamente) e na interação tratamento × linhagem (P < 0,05), com a taxa de músculo peitoral reduzindo significativamente entre os tratamentos (P < 0,01) aos 80 dias. Em conclusão, a resposta diferencial ao AHS após a resposta fisiológica, molecular e imune retrata o KC como tendo melhor tolerância térmica do que o TYC. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Evaluation of physiological and molecular responses to acute heat stress in two chicken breeds: High environmental temperatures are a foremost concern affecting poultry production; thus, understanding and controlling such conditions are vital to successful production and welfare of poultry. In view of this, a completely randomized design with a 2 × 2 factorial arrangement involving two local strains (Kirin chicken (KC) and Three-yellow chicken (TYC)) and two temperature groups (normal/control = 30 ± 2 °C and acute heat stress (AHS) = 35 ± 1 °C for 8-h with 70% humidity) was used to assess the main regulatory factors such as heat shock protein (HSP70) gene, cytokine genes (IL-1β, IL-6, IL-10), muscle development gene (IGF-1) and tissue histopathological changes. At 56 days old, the temperatures of the comb (CT), feet (FT), eyelid (ET) and rectal (RT) from each group were taken thrice at 0, 2, 4 and 8-h during AHS, and 1 and 3-h recovery period after AHS. At 80 days old, the slaughter weight was also analyzed. The CT and ET of the AHS groups increased during the 8-h trial, while the RT of both strains decreased significantly at 4 h but increased at 8 h in the TYC group. All temperature recordings dropped in the AHS groups of both strains during the recovery period. The results revealed that the mRNA expression of HSP70 in the liver was higher in the heat-stressed group of both strains compared to the control. The expression of HSP70 was shown in the AHS-KC group to be significantly high compared to the control (P < 0.05). Moreover, the IGF1 gene in the liver, breast muscle and leg muscle was downregulated in the AHS-TYC group compared to the control (P < 0.05), although that in the AHS-KC was downregulated in the breast muscle. The mRNA expression of spleen IL-1β significantly decreased in the AHS-TYC group (P < 0.01), whereas that of the AHS-KC had no significant difference (P > 0.05). The mRNA expression of spleen IL-6 and IL-10 was increased in the AHS-KC group but did not exhibit obvious changes in the AHS-TYC. Correspondingly, the histopathological examinations revealed tissue injury in the AHS groups of both strains, with the TYC strain experiencing more severe changes. The final live and carcass weights showed a significant enhancement in the treatments (P < 0.01 and P < 0.05, respectively) and treatment × strain interaction (P < 0.05) with breast muscle rate significantly reducing among the treatments (P < 0.01) at 80 days. In conclusion, the differential response to AHS after physiological, molecular and immune response portrays KC to have better thermal tolerance than the TYC. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Compreender os mecanismos biológicos de adaptação climática é de suma importância para a otimização de programas de reprodução e conservação de recursos genéticos. O objetivo deste estudo foi investigar a diversidade genética e desvendar regiões genômicas potencialmente sob seleção para tolerância ao calor e/ou frio em trinta e duas raças bovinas mundiais, com foco em raças bovinas locais chinesas adaptadas a condições climáticas divergentes, o iaque Datong (Bos grunniens; YAK) e o Bali (Bos javanicus) com base em dados densos de SNP. Em geral, níveis moderados de diversidade genética foram observados na maioria das populações bovinas. A proporção de SNP polimórficos variou de 0,197 (YAK) a 0,992 (gado Mongol). A heterozigosidade observada e esperada variou de 0,023 (YAK) a 0,366 (gado Sanhe; SH) e de 0,021 (YAK) a 0,358 (SH), respectivamente. A média geral de endogamia (±DP) foi: 0,118 ± 0,028, 0,228 ± 0,059, 0,194 ± 0,041 e 0,021 ± 0,004 com base no número observado versus esperado de genótipos homozigotos, excesso de homozigosidade, correlação entre gametas unidos e corridas de homozigosidade (ROH), respectivamente. Sinais de seleção baseados em múltiplos cenários e métodos (F<inf>ST</inf>, HapFLK e ROH) revelaram importantes regiões genômicas e genes candidatos. Os genes candidatos identificados estão relacionados a vários processos biológicos e vias, como proteínas de choque térmico, transporte de oxigênio, características anatômicas, manutenção do DNA mitocondrial, atividade metabólica, consumo alimentar, conformação da carcaça, fertilidade e reprodução. Isso destaca o grande número de processos biológicos envolvidos na tolerância térmica e, portanto, a natureza poligênica da resiliência climática. Uma descrição abrangente das medidas de diversidade genética em gado chinês e YAK foi realizada e comparada a 24 raças bovinas mundiais para evitar possíveis vieses. Numerosas regiões genômicas sob seleção positiva foram detectadas usando três métodos de assinatura de seleção e genes candidatos potencialmente sob seleção positiva foram identificados. Análises de função enriquecida identificaram vias biológicas importantes, funções moleculares e componentes celulares, que contribuem para uma melhor compreensão dos mecanismos biológicos subjacentes à tolerância térmica em bovinos. Com base no grande número de regiões genômicas identificadas, a tolerância térmica tem uma natureza de herança poligênica complexa, o que era esperado considerando os vários mecanismos envolvidos na resposta ao estresse térmico. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Genetic Diversity and Signatures of Selection for Thermal Stress in Cattle and Other Two Bos Species Adapted to Divergent Climatic Conditions: Understanding the biological mechanisms of climatic adaptation is of paramount importance for the optimization of breeding programs and conservation of genetic resources. The aim of this study was to investigate genetic diversity and unravel genomic regions potentially under selection for heat and/or cold tolerance in thirty-two worldwide cattle breeds, with a focus on Chinese local cattle breeds adapted to divergent climatic conditions, Datong yak (Bos grunniens; YAK), and Bali (Bos javanicus) based on dense SNP data. In general, moderate genetic diversity levels were observed in most cattle populations. The proportion of polymorphic SNP ranged from 0.197 (YAK) to 0.992 (Mongolian cattle). Observed and expected heterozygosity ranged from 0.023 (YAK) to 0.366 (Sanhe cattle; SH), and from 0.021 (YAK) to 0.358 (SH), respectively. The overall average inbreeding (±SD) was: 0.118 ± 0.028, 0.228 ± 0.059, 0.194 ± 0.041, and 0.021 ± 0.004 based on the observed versus expected number of homozygous genotypes, excess of homozygosity, correlation between uniting gametes, and runs of homozygosity (ROH), respectively. Signatures of selection based on multiple scenarios and methods (F<inf>ST</inf>, HapFLK, and ROH) revealed important genomic regions and candidate genes. The candidate genes identified are related to various biological processes and pathways such as heat-shock proteins, oxygen transport, anatomical traits, mitochondrial DNA maintenance, metabolic activity, feed intake, carcass conformation, fertility, and reproduction. This highlights the large number of biological processes involved in thermal tolerance and thus, the polygenic nature of climatic resilience. A comprehensive description of genetic diversity measures in Chinese cattle and YAK was carried out and compared to 24 worldwide cattle breeds to avoid potential biases. Numerous genomic regions under positive selection were detected using three signature of selection methods and candidate genes potentially under positive selection were identified. Enriched function analyses pinpointed important biological pathways, molecular function and cellular components, which contribute to a better understanding of the biological mechanisms underlying thermal tolerance in cattle. Based on the large number of genomic regions identified, thermal tolerance has a complex polygenic inheritance nature, which was expected considering the various mechanisms involved in thermal stress response. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

As plantas de clematite desempenham um papel importante em jardins botânicos. O estresse térmico pode destruir a atividade, estado e conformação das proteínas vegetais, e sua via regulatória foi bem caracterizada em Arabidopsis e algumas plantas cultivadas. No entanto, o mecanismo de resposta à resistência ao calor em plantas horticulturais, incluindo Clematis, raramente foi relatado. Aqui, identificamos uma espécie de clematite tolerante ao calor, Clematis vitalba. A perda relativa de água e o vazamento eletrolítico foram significativamente menores sob tratamento térmico em Clematis vitalba em comparação com Stolwijk Gold. Genes diferencialmente expressos de tolerância ao calor (HTGs) foram identificados com base em análise de transcriptoma não paramétrica. Para validação, um fator de transcrição de choque térmico, CvHSF30-2, extremamente induzido por estímulos térmicos em Clematis vitalba, foi identificado como conferente de tolerância ao estresse térmico em Escherichia coli e Saccharomyces cerevisiae. Além disso, o silenciamento de HSF30-2 por silenciamento gênico induzido por vírus (VIGS) levou à sensibilidade ao calor em tabaco e clematite, sugerindo que os genes candidatos de resistência ao calor identificados nesta análise de RNA-seq são credíveis e oferecem utilidade significativa. Também descobrimos que CvHSF30-2 melhorou a tolerância ao calor de Clematis vitalba elevando a expressão de proteínas de choque térmico (HSP), que foi negativamente regulada por CvHSFB2a. Em conjunto, este estudo fornece insights sobre o mecanismo de tolerância ao calor em Clematis e as descobertas podem ser potencialmente aplicadas em plantas horticulturais para melhorar a eficiência econômica por meio de abordagens genéticas. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Article one heat shock transcription factor confers high thermal tolerance in clematis plants: Clematis plants play an important role in botanical gardens. Heat stress can destroy the activity, state and conformation of plant proteins, and its regulatory pathway has been well characterized in Arabidopsis and some crop plants. However, the heat resistance response mechanism in horticultural plants including Clematis has rarely been reported. Here, we identified a heat‐tolerant clematis species, Clematis vitalba. The relative water loss and electrolytic leakage were significantly lower under heat treatment in Clematis vitalba compared to Stolwijk Gold. Differential expression heat‐tolerant genes (HTGs) were identified based on nonparametric transcriptome analysis. For validation, one heat shock transcription factor, CvHSF30‐2, extremely induced by heat stimuli in Clematis vitalba, was identified to confer tolerance to heat stress in Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae. Furthermore, silencing of HSF30‐2 by virus‐induced gene silencing (VIGS) led to heat sensitivity in tobacco and Clematis, suggesting that the candidate heat‐resistant genes identified in this RNA‐seq analysis are credible and offer significant utility. We also found that CvHSF30‐2 improved heat tolerance of Clematis vitalba by elevating heat shock protein (HSP) expression, which was negatively regulated by CvHSFB2a. Taken together, this study provides insights into the mechanism of Clematis heat tolerance and the findings can be potentially applied in horticultural plants to improve economic efficiency through genetic approaches. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Ondas de calor marinhas e temperaturas extremamente altas tornaram-se mais frequentes e intensas nos últimos anos, o que afetou a sobrevivência de animais de aquicultura. O camarão branco de crista Exopalaemon carinicauda é uma espécie econômica importante no leste da China, que possui notável tolerância térmica. No entanto, houve poucos estudos sobre seus mecanismos de termoadaptação devido à estrutura genética complexa e genoma desconhecido. Para melhor compreender os mecanismos moleculares de E. carinicauda para se adaptar à temperatura em mudança, uma combinação de RNA-seq de leituras curtas baseado em Illumina e sequenciamento de transcriptoma de comprimento total baseado em tempo real de molécula única foi utilizada neste estudo. No total, 17.212 unigenes de transcritos de alta qualidade de E. carinicauda foram gerados e 14.663 ORFs completos foram detectados com um comprimento médio de 1980 bp. Além disso, os perfis de transcriptoma de E. carinicauda tratados com estresse térmico de 34 °C por 6 e 24 h foram analisados. Esses genes diferencialmente expressos foram primariamente enriquecidos no processo de oxidação-redução (enriquecimento de Ontologia Gênica, GO) e nas vias de metabolismo de amido e sacarose (enriquecimento de Enciclopédia de Genes e Genomas de Kyoto, KEGG) após 6 h de estresse térmico, o que indicou que E. carinicauda estava sofrendo o ataque por espécies reativas de oxigênio. Após 24 h de estresse térmico, esses genes diferencialmente expressos foram enriquecidos na via de lisossomo, metabolismo de glicina, serina e treonina, metabolismo de ácidos graxos (KEGG), o que indicou que o estresse oxidativo foi diminuído. Curiosamente, 40 genes para hemocianina foram encontrados reprimidos após 6 h de estresse térmico, o que indicou que a imunocompetência de E. carinicauda diminuiu após estresse térmico de curto prazo (6 h). Após 24 h de estresse térmico, E. carinicauda mostrou adaptação transcricional à alta temperatura pela regulação positiva de 11 genes codificando chaperonas moleculares, incluindo HSP40 e HSP90 que foram relatados pela primeira vez como relacionados ao estresse térmico em E. carinicauda. Esses resultados promovem uma melhor compreensão do mecanismo de termoadaptação de E. carinicauda. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Full-length transcriptome sequences of ridgetail white prawn Exopalaemon carinicauda provide insight into gene expression dynamics during thermal stress: Marine heat waves and extreme high temperature become more frequent and intense in these years, which affected the survival of aquaculture animals. The ridgetail white prawn Exopalaemon carinicauda is an important economic species in eastern China, which has remarkable thermal tolerance. However, there has been little study of its thermal-adaptation mechanisms due to the complex genetic structure and unknown genome. To better understand the molecular mechanisms of E. carinicauda to adapt to the changing temperature, a combination of Illumina-based short reads RNA-seq and single molecule real-time-based full-length transcriptome sequencing was used in this study. In total, 17,212 unigenes from high-quality transcripts of E. carinicauda were generated and 14,663 complete ORFs were detected with an average length of 1980 bp. In addition, the transcriptome profiles of E. carinicauda treated with 34 °C heat stress for 6 and 24 h were analyzed. These differentially expressed genes were primarily enriched in oxidation-reduction process (Gene Ontology enrichment, GO) and the pathways of starch and sucrose metabolism (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes enrichment, KEGG) after 6 h thermal stress, which indicated that E. carinicauda was suffering the attack by reactive oxygen species. After 24 h thermal stress, these differentially expressed genes were enriched in the pathway of lysosome, glycine, serine and threonine metabolism, fatty acid metabolism (KEGG), which indicated the oxidative stress was decreased. Interestingly, 40 genes for hemocyanin were found to be downregulated after 6 h heat stress, which indicated that the immunocompetence of E. carinicauda decreased after short term thermal stress (6 h). After 24 h thermal stress, E. carinicauda showed transcriptional adaptation to high temperature by upregulating of 11 genes encoding molecular chaperones, including HSP40 and HSP90 which were firstly reported to be related to thermal stress in E. carinicauda. These results promote a better understanding of the thermal-adaptation mechanism of E. carinicauda. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aumento da temperatura da água do mar tem resultado em eventos de branqueamento em massa de corais globalmente. Acropora tenuis, a espécie de coral hermatípico dominante no sul do Japão, foi exposta a quatro tratamentos de temperatura [28 °C, 30 °C, 32 °C e >32 (=33,3 °C)] por 7 dias. A cor do coral foi convertida para valores R (vermelho), G (verde) e B (azul), cada um variando de 0 (mais escuro) a 255 (mais brilhante). Os valores RGB expostos a 28 °C e 30 °C diminuíram ligeiramente, enquanto os expostos a 32 °C aumentaram significativamente após os dias 3-6, e os expostos a 33,3 °C mudaram para branco dentro de 2 dias. A análise quantitativa por RT-PCR não revelou mudanças significativas nas proteínas de choque térmico em Acropora e dinoflagelados simbiontes a 28 °C e 30 °C após exposição de 7 dias. Nossos achados revelaram que 30 °C, superior à temperatura média do mês mais quente no sul do Japão, foi uma temperatura habitável para A. tenuis. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal tolerance of the hermatypic coral Acropora tenuis elucidated by RGB analysis and expression of heat shock proteins in coral and symbiotic dinoflagellates: Increased seawater temperature has resulted in mass coral bleaching events globally. Acropora tenuis, the dominant hermatypic coral species in southern Japan, was exposed to four temperature treatments [28 °C, 30 °C, 32 °C, and >32 (=33.3 °C)] for 7 d. The coral colour was converted to R (red), G (green), and B (blue) values, each ranging from 0 (darkest) to 255 (brightest). RGB values exposed to 28 °C and 30 °C decreased slightly, whereas those exposed to 32 °C increased significantly after day 3–6, and those exposed to 33.3 °C changed to white within 2 d. Quantitative RT-PCR analysis revealed no significant changes in heat shock proteins in Acropora and symbiotic dinoflagellates at 28 °C and 30 °C after a 7 d exposure. Our findings revealed that 30 °C, higher than the mean temperature of the warmest month in southern Japan, was an inhabitable temperature for A. tenuis. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura da água é o fator mais importante na piscicultura, uma vez que mudanças na temperatura da água causam estresse fisiológico em peixes. Houve poucos estudos sobre respostas fisiológicas a altas temperaturas, que variam com o envelhecimento. Este estudo investigou as respostas de juvenis e adultos de Platichthys stellatus ao estresse térmico. Os níveis plasmáticos de cortisol, glicose, lactato e lisozima, atividades de enzimas antioxidantes e expressão de proteínas de choque térmico 70 e 90 (HSP70 e HSP90) de P. stellatus foram determinados nas temperaturas da água de 16, 20, 24, 28 e 30°C. Como resultado, confirmou-se que vários parâmetros plasmáticos de adultos foram significativamente maiores que os de juvenis sob estresse térmico. Os níveis plasmáticos de cortisol e glicose de adultos aumentaram mais que os de juvenis a 24 e 28°C. O nível de lactato plasmático de adultos foi maior que o de juvenis a 28°C. Comparações de sobrevivência e mudanças fisiológicas mostraram que juvenis têm melhor tolerância térmica, resultando em maior taxa de sobrevivência cumulativa. Além disso, a relação entre tolerância térmica e expressão de genes HSP revelou que a expressão de HSP70 e HSP90 foi significativamente aumentada a 28°C em ambos os peixes juvenis e adultos, e a expressão de HSP70 foi significativamente maior em peixes juvenis do que em peixes adultos. Julga-se que a atividade de HSP70 dos adultos foi menor que a dos juvenis, portanto a demanda por parâmetros plasmáticos para resposta ao calor foi relativamente alta, enquanto a atividade de HSP70 dos juvenis aumentou a 24 e 28°C, indicando um valor relativamente estável dos parâmetros plasmáticos. Estes resultados indicam que a tolerância térmica de peixes juvenis é maior que a de peixes adultos, com base nas diferenças nos parâmetros plasmáticos e expressão de HSP. Estes achados melhoram nossa compreensão das mudanças relacionadas à idade em P. stellatus durante o estresse térmico e podem ajudar a orientar o manejo de pisciculturas. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

A comparison of the physiological responses to heat stress of juvenile and adult starry flounder (Platichthys stellatus): Water temperature is the most important factor in fish farming as changes in water temperature cause physiological stress in fish. There have been few studies on physiological responses to high temperatures, which vary with aging. This study investigated the responses of juvenile and adult Platichthys stellatus to heat stress. Plasma cortisol, glucose, lactate, and lysozyme levels, antioxidant enzyme activities, and expression of heat shock proteins 70 and 90 (HSP70 and HSP90) of P. stellatus were determined at water temperatures of 16, 20, 24, 28, and 30°C. As a result, it was confirmed that several plasma parameters of adult were significantly higher than that of juvenile under heat stress. Plasma cortisol and glucose levels of adult were increased than juvenile at 24 and 28°C. Plasma lactate level of adult were higher than that of juvenile at 28°C. Comparisons of survival and physiological changes showed that juveniles have better thermal tolerance, resulting in a higher cumulative survival rate. Moreover, the relationship between thermal tolerance and HSP gene expression revealed that expression of HSP70 and HSP90 was significantly upregulated at 28°C in both juvenile and adult fish, and HSP70 expression was significantly higher in juvenile fish than in adult fish. It is judged that the adult's HSP70 activity was lower than juvenile, so the demand for plasma parameters for heat response was relatively high, whereas juvenile's HSP70 activity increased at 24 and 28°C, indicating a relatively stable value of plasma parameters. These results indicate that the thermal tolerance of juvenile fish is greater than that of adult fish, based on the differences in plasma parameters and HSP expression. These findings improve our understanding of age-related changes in P. stellatus during thermal stress and may help guide the management of fish farms. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

As proteínas de choque térmico de 70kDa (HSP70s) e suas co-chaperonas DNAJs são chaperonas moleculares ubíquas, que funcionam como a "máquina HSP70/DNAJ" em uma miríade de processos biológicos. Atualmente, várias HSP70s foram classificadas em muitas espécies, mas estudos sobre DNAJs, especialmente em insetos, são escassos. Aqui, nós primeiro identificamos e caracterizamos sistematicamente os membros das famílias HSP70 e DNAJ na cigarrinha-marrom (BPH), Nilaparvata lugens, uma praga destrutiva do arroz na Ásia. Um total de nove genes HSP70 e 31 genes DNAJ foram identificados no genoma da BPH. Análises de sequência e filogenéticas revelaram a alta diversidade da família NlDNAJ. Adicionalmente, a análise de expressão espaço-temporal mostrou que a maioria dos genes NlHSP70 e NlDNAJ foram altamente expressos na fase adulta e nas gônadas. Além disso, a interferência por RNA (RNAi) revelou que sete NlHSP70s e 10 NlDNAJs desempenham papéis indispensáveis no desenvolvimento ninfal, ovogênese e fertilidade feminina de N. lugens sob condições fisiológicas de crescimento; adicionalmente, uma HSP70 (NlHSP68) foi considerada importante na tolerância térmica dos ovos. Juntos, nossos resultados neste estudo lançam mais luz sobre os papéis biológicos de HSP70/DNAJ na regulação do ciclo de vida, no enfrentamento de estresses ambientais e na mediação das interações dentro, ou entre, as duas famílias gênicas em insetos. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

HSP70/DNAJ family of genes in the brown planthopper, Nilaparvata lugens: Diversity and function: Heat shock 70kDa proteins (HSP70s) and their cochaperones DNAJs are ubiquitous molecular chaperones, which function as the “HSP70/DNAJ machinery” in a myriad of biological pro-cesses. At present, a number of HSP70s have been classified in many species, but studies on DNAJs, especially in insects, are lacking. Here, we first systematically identified and characterized the HSP70 and DNAJ family members in the brown planthopper (BPH), Nilaparvata lugens, a destructive rice pest in Asia. A total of nine HSP70 and 31 DNAJ genes were identified in the BPH genome. Sequence and phylogenetic analyses revealed the high diversity of the NlDNAJ family. Addition-ally, spatio‐temporal expression analysis showed that most NlHSP70 and NlDNAJ genes were highly expressed in the adult stage and gonads. Furthermore, RNA interference (RNAi) revealed that seven NlHSP70s and 10 NlDNAJs play indispensable roles in the nymphal development, oo-genesis, and female fertility of N. lugens under physiological growth conditions; in addition, one HSP70 (NlHSP68) was found to be important in the thermal tolerance of eggs. Together, our results in this study shed more light on the biological roles of HSP70/DNAJ in regulating life cycle, coping with environmental stresses, and mediating the interactions within, or between, the two gene fam-ilies in insects. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Monochamus alternatus Hope (Coleoptera: Cerambycidae) merece atenção como vetor de transmissão dominante do nematoide do pinheiro, e exibe tolerância a altas temperaturas. Os membros da família da proteína de choque térmico 70 (HSP70), incluindo a HSP70 induzível e a proteína congênere de choque térmico 70 (HSC70), são os principais contribuintes para as redes de chaperonas moleculares de insetos sob estresse térmico. Neste aspecto, nós especificamente clonamos e caracterizamos três MaltHSP70s e três MaltHSC70s. A análise de bioinformática das sequências de aminoácidos deduzidas mostrou que estes genes, tendo relações genéticas próximas com HSP70s de espécies de Coleoptera, compartilhavam coletivamente estruturas de assinatura conservadas e domínios de ATPase. A previsão de localização subcelular revelou que as HSP70s de M. alternatus estavam localizadas não apenas no citoplasma e retículo endoplasmático, mas também no núcleo e mitocôndrias. Os níveis de transcrição de MaltHSP70s e MaltHSC70s em cada estado foram significativamente aumentados pela exposição a 35-50°C por 3 horas iniciais, enquanto MaltHSP70s atingiram um pico após exposição a 45°C por 2-3 horas em contraste com MaltHSC70s menos reguladas. Em termos de MaltHSP70s, o limiar de expressão em fêmeas foi menor do que em machos. Além disso, tanto os corpos gordurosos quanto os túbulos de Malpighi foram os tecidos mais sensíveis ao estresse térmico em larvas de M. alternatus. Por fim, a atividade de ATPase da MaltHSP70-2 recombinante in vitro permaneceu estável a 25-40°C, e esta recombinante aumentou efetivamente a termotolerância de Escherichia coli. No geral, nossos achados desvendaram que HSP70s podem ser os mediadores intrínsecos da forte tolerância ao calor de M. alternatus devido à sua estrutura e bioatividade estabilizadas. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Characterization, expression profiling, and thermal tolerance analysis of heat shock protein 70 in pine sawyer beetle, Monochamus alternatus hope (Coleoptera: Cerambycidae): Monochamus alternatus Hope (Coleoptera: Cerambycidae) warrants attention as a dominant transmission vector of the pinewood nematode, and it exhibits tolerance to high temperature. Heat shock protein 70 (HSP70) family members, including inducible HSP70 and heat shock cognate protein 70 (HSC70), are major contributors to the molecular chaperone networks of insects under heat stress. In this regard, we specifically cloned and characterized three MaltHSP70s and three MaltHSC70s. Bioinformatics analysis on the deduced amino acid sequences showed these genes, having close genetic relationships with HSP70s of Coleopteran species, collectively shared conserved signature structures and ATPase domains. Subcellular localization prediction revealed the HSP70s of M. alternatus were located not only in the cytoplasm and endoplasmic reticulum but also in the nucleus and mitochondria. The transcript levels of MaltHSP70s and MaltHSC70s in each state were significantly upregulated by exposure to 35-50°C for early 3 h, while MaltHSP70s reached a peak after exposure to 45°C for 2-3 h in contrast to less-upregulated MaltHSC70s. In terms of MaltHSP70s, the expression threshold in females was lower than that in males. Also, both fat bodies and Malpighian tubules were the tissues most sensitive to heat stress in M. alternatus larvae. Lastly, the ATPase activity of recombinant MaltHSP70-2 in vitro remained stable at 25-40°C, and this recombinant availably enhanced the thermotolerance of Escherichia coli. Overall, our findings unraveled HSP70s might be the intrinsic mediators of the strong heat tolerance of M. alternatus due to their stabilized structure and bioactivity. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Na natureza, o ambiente não permanece constante, mas oscila periodicamente de modo que a temperatura aumenta durante o dia e diminui à noite, o que gera um termociclo diário. Os efeitos dos termociclos na tolerância térmica foram previamente descritos em peixes. No entanto, o impacto dos termociclos nas respostas térmicas dependentes do período do dia e os mecanismos de expressão dos ritmos diários de tolerância e sensibilidade à temperatura permanecem pouco compreendidos. Este estudo investiga os efeitos de duas condições de criação: constante (26 °C, C) versus um termociclo diário (28 °C durante o dia; 24 °C à noite, T) na resposta de tolerância térmica em zebrafish. A tolerância térmica (mortalidade) foi avaliada em larvas de zebrafish com 4 dpf (dias pós-fertilização) após choque térmico agudo (39 °C por 1 h) em dois pontos temporais: meio da fase clara (ML) ou meio da fase escura (MD). As respostas ao estresse térmico foram avaliadas em zebrafish adultos após um desafio a 37 °C por 1 h em ML ou MD para examinar a expressão da proteína de choque térmico (HSP) (hsp70, hsp90ab1, grp94, hsp90aa1, hspb1, hsp47, cirbp) e dos canais de potencial receptor transitório (TRP) (trpv4, trpm4a, trpm2, trpa1b) no cérebro. Finalmente, os ritmos diários de expressão gênica das HSPs e TRPs foram medidos a cada 4 h durante 24 h. Os resultados revelaram que as taxas de mortalidade larval e a indução da expressão da maioria das HSPs no cérebro de zebrafish adultos atingiram os valores mais altos em peixes criados sob temperatura constante e submetidos ao choque térmico em MD. A expressão da maioria das HSPs e TRPs foi principalmente sincronizada com o ciclo claro/escuro (LD), independentemente do regime de temperatura. A maioria das HSPs envolvidas em desafios hipertérmicos exibiu ritmos diurnos com suas acrofases em fase com as acrofases das termoTRPs de sensibilidade ao calor. A trpa1b de sensibilidade ao frio atingiu o pico na segunda metade do período claro e deslocou-se ligeiramente para a fase escura, antecipando a acrofase da cirbp, que está envolvida em desafios hipotérmicos. Esses achados indicaram que: a) os choques térmicos são melhor tolerados durante o dia; b) a implementação de termociclos diários durante o desenvolvimento larval reduz a mortalidade e a expressão celular de estresse das HSPs a um estresse térmico agudo em MD; c) os ritmos diários precisam ser considerados ao discutir as respostas fisiológicas de sensibilidade térmica e termotolerância em zebrafish. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Rearing temperature conditions (constant vs. thermocycle) affect daily rhythms of thermal tolerance and sensing in zebrafish: In the wild, the environment does not remain constant, but periodically oscillates so that temperature rises in the daytime and drops at night, which generates a daily thermocycle. The effects of thermocycles on thermal tolerance have been previously described in fish. However, the impact of thermocycles on daytime-dependent thermal responses and daily rhythms of temperature tolerance and sensing expression mechanisms remain poorly understood. This study investigates the effects of two rearing conditions: constant (26 °C, C) versus a daily thermocycle (28 °C in the daytime; 24 °C at night, T) on the thermal tolerance response in zebrafish. Thermal tolerance (mortality) was assessed in 4dpf (days post fertilization) zebrafish larvae after acute heat shock (39 °C for 1 h) at two time points: middle of the light phase (ML) or middle of the dark phase (MD). Thermal stress responses were evaluated in adult zebrafish after a 37 °C challenge for 1 h at ML or MD to examine the expression of the heat-shock protein (HSP) (hsp70, hsp90ab1, grp94, hsp90aa1, hspb1, hsp47, cirbp) and transient receptor potential (TRP) channels (trpv4, trpm4a, trpm2, trpa1b) in the brain. Finally, the daily rhythms of gene expression of HSPs and TRPs were measured every 4 h for 24 h. The results revealed the larval mortality rates and the expression induction of most HSPs in adult zebrafish brain reached the highest values in fish reared under constant temperature and subjected to thermal shock at MD. The expression of most HSPs and TRPs was mainly synchronized to the light/dark (LD) cycle, regardless of the temperature regime. Most HSPs involved in hyperthermic challenges displayed diurnal rhythms with their acrophases in phase with warm-sensing thermoTRPs acrophases. The cold-sensing trpa1b peaked in the second half of the light period and slightly shifted toward the dark phase anticipating the acrophase of cirpb, which is involved in hypothermic challenges. These findings indicated that: a) thermal shocks are best tolerated in the daytime; b) the implementation of daily thermocycles during larval development reduces mortality and stress-cellular expression of HSPs to an acute thermal stress at MD; c) daily rhythms need to be considered when discussing physiological responses of thermal sensing and thermotolerance in zebrafish. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

O Ártico está experimentando taxas particularmente rápidas de aquecimento, consequentemente espécies boreais invasoras agora são capazes de sobreviver às temperaturas menos extremas do inverno ártico. Embora a persistência de espécies intertidais e terrestres no Ártico seja primariamente determinada por sua capacidade de tolerar os invernos congelantes, as temperaturas do ar no verão ártico podem atingir 36 °C na zona intertidal, o que está além dos limites térmicos superiores de muitas espécies marinhas. Isto é normalmente letal para o conspicuo engenheiro do ecossistema Mytilus edulis. Análises transcriptômicas foram realizadas em animais coletados in situ e experimentalmente aquecidos para entender se M. edulis é capaz de tolerar estas temperaturas de verão muito altas. Surpreendentemente, não houve enriquecimento significativo de termos da Ontologia Gênica (GO) ao comparar os animais intertidais do interior e exterior do fiorde com animais subtidais do exterior do fiorde (controle), representando animais coletados a 27 °C, 19 °C e 3 °C respectivamente. Esta falta de diferenciação indicou uma ampla capacidade de aclimatação nesta espécie. Por outro lado, enriquecimento significativo para processos como transdução de sinal, citoesqueleto e modificação de proteínas celulares foi identificado nos perfis de expressão dos animais experimentalmente aquecidos a 22 °C e 32 °C. Esta diferença na expressão gênica entre animais coletados in situ e experimentalmente aquecidos foi quase certamente devido aos primeiros estarem aclimatados a um regime de temperatura flutuante, mas previsível, que aumentou suas tolerâncias térmicas. Interessantemente, não houve evidência de enriquecimento da resposta clássica ao estresse celular em nenhum dos animais amostrados. A identificação de uma expansão massiva da família gênica da proteína de choque térmico HSPA12 de 70 kDa apresentou a possibilidade destes genes atuarem como reguladores intertidais sustentando a resiliência térmica. Esta expansão resultou em uma resposta celular ao estresse modificada, como uma adaptação evolutiva ao rigor do estilo de vida intertidal invasor. Assim, M. edulis parece ter capacidade considerável para suportar as taxas atuais de aquecimento do Ártico, e a muito grande variação térmica concomitante. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Resilience in Greenland intertidal Mytilus: The hidden stress defense: The Arctic is experiencing particularly rapid rates of warming, consequently invasive boreal species are now able to survive the less extreme Arctic winter temperatures. Whilst persistence of intertidal and terrestrial species in the Arctic is primarily determined by their ability to tolerate the freezing winters, air temperatures in the Arctic summer can reach 36 °C in the intertidal, which is beyond the upper thermal limits of many marine species. This is normally lethal for the conspicuous ecosystem engineer Mytilus edulis. Transcriptomic analyses were undertaken on both in situ collected and experimentally warmed animals to understand whether M. edulis is able to tolerate these very high summer temperatures. Surprisingly there was no significant enrichment for Gene Ontology terms (GO) when comparing the inner and outer fjord intertidal animals with outer fjord subtidal (control) animals, representing animals collected at 27 °C, 19 °C and 3 °C respectively. This lack of differentiation indicated a wide acclimation ability in this species. Conversely, significant enrichment for processes such as signal transduction, cytoskeleton and cellular protein modification was identified in the expression profiles of the 22 °C and 32 °C experimentally heated animals. This difference in gene expression between in situ collected and experimentally warmed animals was almost certainly due to the former being acclimated to a fluctuating, but predictable, temperature regime, which has increased their thermal tolerances. Interestingly, there was no evidence for enrichment of the classical cellular stress response in any of the animals sampled. Identification of a massive expansion of the HSPA12 heat shock protein 70 kDa gene family presented the possibility of these genes acting as intertidal regulators underpinning thermal resilience. This expansion has resulted in a modified cellular stress response, as an evolutionary adaptation to the rigour of the invasive intertidal life style. Thus, M. edulis appear to have considerable capacity to withstand the current rates of Arctic warming, and the very large attendant thermal variation. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

O pulgão-do-trigo-russo Diuraphis noxia (Kurdjumov) e o pulgão-do-melão Aphis gossypii Glover são conhecidos como espécies ativas no inverno e verão, respectivamente. Hipotetiza-se que as diferenças nas atividades sazonais dos pulgões podem estar relacionadas à sua resposta a temperaturas extremas e diferentes mecanismos fisiológicos. Para estudar as variações na tolerância térmica dos pulgões e o modo de sua base fisiológica, eles foram aclimatados ao frio a 20, 15, 10, 5 e 0 °C por 168 h (7 dias) e aclimatados ao calor a 20, 25, 30 °C por 168 h e 35 °C por 48 h. Ao final de cada regime térmico, a sobrevivência em temperaturas baixas e altas foi determinada, e mudanças em açúcares e polióis e na proteína de choque térmico 70 (Hsp70) foram investigadas. D. noxia foi mais tolerante ao frio, enquanto A. gossypii foi um inseto mais tolerante ao calor. O tipo e padrão de açúcares e polióis foram similares em ambas as espécies sob aclimatação ao frio (ACC) e aclimatação ao calor (HCC). Em ambas as espécies, glicose e manitol foram os principais compostos identificados envolvidos na tolerância ao frio e calor. Entretanto, elas mostraram padrões diferentes de nível de Hsp70, com D. noxia tendo um nível mais alto de Hsp70 sob ACC e A. gossypii tendo um nível mais alto de Hsp70 sob HCC. Estes resultados demonstraram que suas diferenças na tolerância térmica podem explicar as atividades sazonais dos pulgões. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal tolerance variations and physiological adjustments in a winter active and a summer active aphid species: The Russian wheat aphid Diuraphis noxia (Kurdjumov) and melon aphid Aphis gossypii Glover are known as winter and summer active species, respectively. It is hypothesized that differences in the aphids’ seasonal activities might be related to their response to temperature extremes and different physiological mechanisms. To study the aphids’ thermal tolerance variations and mode of their physiological basis, they were cold acclimated at 20, 15, 10, 5, and 0 °C for 168 h (7 days) and heat acclimated at 20, 25, 30 °C for 168 h and 35 °C for 48 h. At the end of each thermal regime, survival at low and high temperatures was determined, and changes in sugars and polyols and heat shock protein 70 (Hsp70) were investigated. D. noxia was more cold-tolerant, while A. gossypii was a more heat-tolerant insect. The type and pattern of sugars and polyols were similar in both species under cold acclimation (ACC) and heat acclimation (HCC). In both species, glucose and mannitol were the major identified compounds involved in cold and heat tolerance. However, they showed different patterns of Hsp70 level, with D. noxia having a higher level of Hsp70 under ACC and A. gossypii having a higher level of Hsp70 under HCC. These results demonstrated that their differences in thermal tolerance might explain the seasonal activities of the aphids. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Recifes tropicais de águas rasas são amplamente ameaçados pelo aquecimento oceânico antropogênico que às vezes excede seu limite de tolerância térmica. Atualmente, prevê-se que a maioria dos recifes desaparecerá completamente se as emissões de CO₂ continuarem na taxa atual. No entanto, certas espécies são termicamente resilientes e podem se adaptar rapidamente a eventos anômalos de estresse térmico alterando a expressão de genes relacionados ao estresse térmico, conhecido como plasticidade da expressão gênica. Aqui, examinamos a expressão de genes-chave (ou seja, proteínas de choque térmico, estresse oxidativo, resposta imune, transporte iônico, apoptose, anti-apoptose) no coral escleractínio submassivo Porites harrisoni e o gene do citocromo P450 de seus simbiontes algas coletados do nordeste do Golfo Pérsico durante períodos quentes (agosto) e frios (dezembro). O potencial de recuperação do estresse térmico severo em agosto foi adicionalmente examinado através do transplante de fragmentos de coral parcialmente branqueados de um local raso (~ 2,5 m) para um local mais profundo (~ 9 m), próximo a colônias da mesma espécie experimentando muito menos estresse térmico. Para avaliar a capacidade de aclimatação, vários fragmentos de coral saudáveis de profundidade (~ 9 m) foram transplantados para o local raso (~ 2,5 m) experimentando estresse térmico severo. Uma regulação positiva significativa de proteínas de choque térmico em resposta ao estresse térmico foi encontrada e identificada como o principal mecanismo de defesa contra o branqueamento induzido por estresse térmico. Em conjunto com a regulação negativa do gene apoptótico, o gene de resposta imune nas amostras de aclimatação mostrou regulação positiva pronunciada, indicando alta compatibilidade dos corais profundos com mudanças térmicas. Nas amostras de recuperação, a expressão dos genes estudados foi semelhante à expressão de amostras que sofreram muito menos estresse térmico, o que implica que estavam totalmente recuperadas. A expressão do gene do citocromo P450 não mostrou alterações significativas em todos os experimentos. No geral, os achados sugerem que P. harrisoni no Golfo Pérsico é uma espécie termotolerante em comparação com espécies equivalentes em outras partes do mundo e pode ser classificada como um coral termicamente resiliente. Assim, transplantar P. harrisoni em regiões quentes, onde corais nativos foram submetidos à mortalidade impulsionada pelas mudanças climáticas, pode manter a comunidade coralina sob cenários de aquecimento global intensificado. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The enhanced expression of heat stress-related genes in scleractinian coral ‘Porites harrisoni’ during warm episodes as an intrinsic mechanism for adaptation in ‘the Persian Gulf’: Shallow water tropical reefs are widely threatened by anthropogenic ocean warming which sometimes exceeds their thermal tolerance limit. The majority of reefs have been currently predicted to entirely disappear if CO<inf>2</inf> emissions continue at the present rate. However, certain species are thermally resilient and can quickly adapt to anomalous thermal stress events by altering the expression of heat stress-related genes, known as gene expression plasticity. Here, we examined the expression of key genes (i.e., heat-shock proteins, oxidative stress, immune response, ion transport, apoptosis, anti-apoptosis) in the scleractinian submassive coral Porites harrisoni and cytochrome P450 gene of its algal symbionts collected from the northeastern Persian Gulf during warm (August) and cold (December) periods. The potential for recovery from severe heat stress in August was additionally examined through transplantation of partially bleached coral fragments from shallow (~ 2.5 m) to a deeper site (~ 9 m), close to colonies of the same species experiencing much less heat stress. To evaluate the acclimation capability, several healthy deep (~ 9 m) coral fragments were transplanted to the shallow (~ 2.5 m) site experiencing severe heat stress. A significant upregulation of heat-shock proteins in response to heat stress was found and identified as the primary defense mechanism against heat stress-induced bleaching. In conjunction with the apoptotic gene downregulation, the immune response gene in acclimation samples showed pronounced upregulation, indicating high compatibility of deep corals to thermal changes. In recovery samples, the expression of the studied genes was similar to the expression of samples that underwent much less heat stress, which implies they were fully recovered. The expression of the cytochrome P450 gene showed no significant changes in all experiments. Overall, the findings suggest that P. harrisoni in the Persian Gulf is a thermal-tolerant species compared with counterpart species elsewhere in the world and can be classified as a thermally resilient coral. Thus, transplanting P. harrisoni in warm regions, where native corals have been subjected to climate change-driven mortality, might maintain the coral community under enhanced global warming scenarios. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura de aclimatação é crucial para a otimização das condições na aquicultura; investigamos experimentalmente os efeitos da aclimatação térmica na tolerância térmica, desempenho de crescimento e níveis de expressão gênica das proteínas de choque térmico (hsp70), hormônio do crescimento (gh) e fatores de crescimento semelhantes à insulina (igf-1) em Schizothorax prenanti, um peixe de água fria da bacia do Rio Yangtzé. Temperatura crítica máxima (CT<inf>max</inf>), temperatura crítica mínima (CT<inf>min</inf>), temperatura letal máxima (LT<inf>max</inf>), temperatura letal mínima (LT<inf>min</inf>), ingestão alimentar (FI), eficiência alimentar (FE) e taxa de crescimento específico (SGR) foram avaliadas em três temperaturas estáveis (17, 22 e 27 °C) e uma temperatura variável (22 ± 5 °C) por 28 dias. Melhor desempenho de crescimento foi observado sob tratamento variável em comparação com tratamentos estáveis. No entanto, peixes sob tratamento a 27 °C exibiram desempenho de crescimento muito mais fraco do que aqueles no tratamento a 17 °C. Peixes sob tratamento de temperatura variável alimentaram-se como aqueles sob tratamento a 22 °C; os peixes exibiram SGR similar, mas níveis mais elevados de gh e hsp70 sob tratamento de temperatura variável. Isso pode ser devido em parte a um compromisso de gasto energético para lidar com a flutuação de temperatura. Juntos, esses achados sugerem que juvenis de Schizothorax prenanti são resilientes a flutuações diárias dentro da temperatura testada aqui. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of acclimation temperature regime on the thermal tolerance, growth performance and gene expression of a cold-water fish, Schizothorax prenanti: Acclimation temperature is crucial for the optimization of a condition in aquaculture; we experimentally investigated the effects of temperature acclimation on the thermal tolerance, growth performance and gene expression levels of heat shock proteins (hsp70), growth hormone (gh) and insulin-like growth factors (igf-1) in Schizothorax prenanti, a cold-water fish in the Yangtze River basin. Critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>), critical thermal minimum (CT<inf>min</inf>), lethal thermal maximum (LT<inf>max</inf>), lethal thermal minimum (LT<inf>min</inf>), feeding intake (FI), feeding efficiency (FE), and specific growth rate (SGR) were assessed at three stable temperatures (17, 22 and 27 °C) and one variable temperature (22 ± 5 °C) for 28 d. Better growth performance was observed under variable treatment compared to stable treatments. However, fish under the 27 °C treatment exhibited much weaker growth performance than those in the 17 °C treatment. Fish under variation temperature treatment fed like those under 22 °C treatment; the fish exhibited similar SGR but a higher gh and hsp70 level under variation temperature treatment. This may be due in part to a trade-off energy expenditure to deal with the temperature fluctuation. Together, these findings suggest that juvenile Schizothorax prenanti are resilient to daily fluctuations within the temperature tested here. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Impactos negativos em anfíbios têm sido relatados devido à contaminação por agroquímicos. No entanto, até agora, nenhum estudo testou o efeito do fungicida mancozebe (MZ) na tolerância térmica e sua relação com a expressão de proteínas de choque térmico (HSPs). MZ é o fungicida de amplo espectro mais vendido no mundo, que afeta negativamente organismos não-alvo. Aqui, testamos pela primeira vez os efeitos do MZ no máximo térmico crítico (CTmax) e sua relação com a expressão da proteína de choque térmico 70 (HSP70) em girinos de Physalaemus henselii, uma espécie adaptada a climas mais frios no extremo sul da região Neotropical. Foi utilizada uma concentração subletal de 2 mg/L. Descobrimos que o CTmax do grupo tratado com MZ foi menor que o do grupo controle. Além disso, houve um aumento na expressão de HSP70 em girinos expostos ao MZ e em girinos que passaram por tratamento térmico. No entanto, girinos submetidos ao MZ e ao tratamento térmico não apresentaram expressão proteica de HSP70 induzida. Nossos resultados demonstraram que doses subletais do fungicida MZ afetaram negativamente a fisiologia térmica e a expressão de proteínas de choque térmico em girinos de P. henselii, induzindo um aumento na concentração de HSP70 e reduzindo o CTmax suportado pelos girinos. É importante compreender a relação entre contaminação ambiental e limites térmicos fisiológicos em nosso cenário atual de altas taxas de conversão de habitat associadas ao uso irrestrito de agroquímicos, bem como as desafiadoras mudanças ambientais induzidas pelo aquecimento global. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of mancozeb on heat Shock protein 70 (HSP70) and its relationship with the thermal physiology of Physalaemus henselii (Peters, 1872) tadpoles (Anura: Leptodactylidae): Negative impacts on amphibians have been reported due to contamination by agrochemicals. However, until now, no study has tested the effect of the fungicide mancozeb (MZ) on thermal tolerance and its relationship with the expression of heat shock proteins (HSPs). MZ is the best-selling broad-spectrum fungicide in the world, which negatively affects non-target organisms. Here, we tested for the first time the effects of MZ on critical thermal maximum (CTmax) and its relationship to the expression of heat shock protein 70 (HSP70) in tadpoles of Physalameus henselii, a colder-adapted species in southernmost of the Neotropical region. A sublethal concentration of 2 mg/L was used. We found that the CTmax of the MZ-treated group was lower than that of the control group. In addition, there was an increase in HSP70 expression in tadpoles exposed to MZ and in tadpoles that underwent heat treatment. However, tadpoles subjected to MZ and heat treatment showed no induced HSP70 protein expression. Our results demonstrated that sublethal doses of the fungicide MZ negatively affected the thermal physiology and heat shock protein expression in tadpoles of P. henselii by inducing an increase in HSP70 concentration and by reducing the critical CTmax supported by tadpoles. It is important to understand the relationship between environmental contamination and physiological thermal limits in our current scenario of high rates of habitat conversion associated with unrestricted use of agrochemicals, as well as the challenging environmental changes induced by global warming. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Monitorar variações em proteínas envolvidas em processos metabólicos, respostas ao estresse oxidativo, sinalização celular e homeostase proteica é uma ferramenta poderosa para desenvolver hipóteses sobre como variações ambientais afetam a fisiologia e biologia de organismos marinhos. De acordo com a hipótese da tolerância térmica limitada por oxigênio e capacidade, mecanismos de aclimatação térmica, como ajustar as atividades de enzimas do metabolismo intermediário e dos mecanismos de defesa antioxidante, induzir proteínas de choque térmico (Hsps) ou ativar quinases ativadas por mitógenos, podem deslocar as janelas de tolerância. Poucos estudos, no entanto, investigaram as respostas moleculares, bioquímicas e organísmicas dos peixes a variações sazonais de temperatura no campo para vinculá-las a descobertas laboratoriais. A investigação dos impactos do aquecimento global em peixes cultivados em mar aberto pode fornecer um trampolim para entender os efeitos em populações selvagens, pois eles experimentam flutuações ambientais semelhantes. Nos últimos 30 anos, o cultivo da dourada Sparus aurata (Linnaeus 1758) tornou-se difundido ao longo da costa do Mediterrâneo, tornando esta espécie um estudo de caso útil. Com base nas informações disponíveis, as variações sazonais predominantes de temperatura expõem a espécie aos limites superior e inferior de sua faixa térmica. Evidências disso incluem restrição de oxigênio, alimentação reduzida, responsividade reduzida a estímulos ambientais, além de uma série de indicadores moleculares e bioquímicos que mudam ao longo da faixa térmica. Além disso, relações estreitas entre vias bioquímicas e padrões sazonais de metabolismo indicam uma conexão entre demanda energética e processos metabólicos por um lado, e respostas celulares ao estresse, como estresse oxidativo, inflamação e autofagia, por outro. Compreender as respostas fisiológicas a flutuações de temperatura em peixes cultivados em mar aberto pode fornecer informações básicas cruciais para a conservação e gestão bem-sucedida dos recursos aquícolas face às mudanças globais. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Advances in understanding the impacts of global warming on marine fishes farmed offshore: Sparus aurata as a case study: Monitoring variations in proteins involved in metabolic processes, oxidative stress responses, cell signalling and protein homeostasis is a powerful tool for developing hypotheses of how environmental variations affect marine organisms' physiology and biology. According to the oxygen- and capacity-limited thermal tolerance hypothesis, thermal acclimation mechanisms such as adjusting the activities of enzymes of intermediary metabolism and of antioxidant defence mechanisms, inducing heat shock proteins (Hsps) or activating mitogen-activated protein kinases may all shift tolerance windows. Few studies have, however, investigated the molecular, biochemical and organismal responses by fishes to seasonal temperature variations in the field to link these to laboratory findings. Investigation of the impacts of global warming on fishes farmed offsore, in the open sea, can provide a stepping stone towards understanding effects on wild populations because they experience similar environmental fluctuations. Over the last 30 years, farming of the gilthead sea bream Sparus aurata (Linnaeus 1758) has become widespread along the Mediterranean coastline, rendering this species a useful case study. Based on available information, the prevailing seasonal temperature variations expose the species to the upper and lower limits of its thermal range. Evidence for this includes oxygen restriction, reduced feeding, reduced responsiveness to environmental stimuli, plus a range of molecular and biochemical indicators that change across the thermal range. Additionally, close relationships between biochemical pathways and seasonal patterns of metabolism indicate a connection between energy demand and metabolic processes on the one hand, and cellular stress responses such as oxidative stress, inflammation and autophagy on the other. Understanding physiological responses to temperature fluctuations in fishes farmed offshore can provide crucial background information for the conservation and successful management of aquaculture resources in the face of global change. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os limites térmicos críticos máximo e mínimo (CTMax e CTMin) têm sido amplamente estudados para avaliar a tolerância térmica em ectotérmicos por meio de ensaios de rampa. Os peixes nototenídeos têm sido propostos como particularmente sensíveis aos aumentos de temperatura relacionados às mudanças climáticas globais. No entanto, existem grandes lacunas em nossa compreensão das respostas térmicas desses peixes extremamente adaptados ao frio em ensaios com taxas de aquecimento. Avaliamos os efeitos de duas taxas de aquecimento comumente utilizadas (0,3 e 1 °C/min) sobre as respostas celulares ao estresse no peixe antártico entremarés Harpagifer antarcticus imediatamente após o CTMax ser atingido, e em 2 e 4 horas de tempo de recuperação em água ambiente. Comparamos os valores de CTMax, a expressão transcricional relativa de genes relevantes para resposta ao choque térmico (Hsc70, Hsp70, Grp78), hipóxia (Hif1-α, LDHa, GR), ubiquitinação (Ube2) e apoptose (SMAC/DIABLO), e cinco parâmetros plasmáticos - glicose, lactato, proteína total, osmolalidade e cortisol. Os valores de CTMax entre as duas taxas de aquecimento não são significativamente diferentes, e ambas as taxas eliciaram uma resposta ao estresse semelhante em níveis moleculares e fisiológicos. Encontramos uma falta de resposta regulada positivamente das proteínas de choque térmico, consistente com outros nototenídeos antárticos. O padrão transcricional geral tendeu à regulação negativa, que foi mais evidente na taxa mais lenta de 0,3 °C/min, e casos de regulação positiva foram principalmente relacionados à ubiquitinação. A taxa mais rápida de 1 °C/min, raramente utilizada para peixes antárticos, pode ser adequada para estudar peixes estenotérmicos adaptados ao frio sem superestimar a tolerância térmica ou induzir danos por exposição prolongada ao calor. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of warming rates on physiological and molecular components of response to CTMax heat stress in the Antarctic fish Harpagifer antarcticus: Maximum and minimum Critical thermal limits (CTMax and CTMin) have been studied extensively to assess thermal tolerance in ectotherms by means of ramping assays. Notothenioid fish have been proposed as particularly sensitive to temperature increases related to global climate change. However, there are large gaps in our understanding of the thermal responses of these extreme cold-adapted fish in assays with heating rates. We evaluated the effects of two commonly used heating rates (0.3 and 1 °C/min) on the cellular stress responses in the intertidal Antarctic fish Harpagifer antarcticus immediately after CTMax was reached, and at 2 and 4 h of recovery time in ambient water. We compared CTMax values, the relative transcript expression of genes relvant to heat shock response (Hsc70, Hsp70, Grp78), hypoxia (Hif1-α, LDHa, GR), ubiquitination (Ube2), and apoptosis (SMAC/DIABLO), and five plasma parameters - glucose, lactate, total protein, osmolality and cortisol. CTMax values between the two heating rates are not significantly different, and both rates elicited a similar stress response at molecular and physiological levels. We found a lack of up-regulated response of heat shock proteins, consistent with other Antarctic notothenioids. The general transcriptional pattern trended to downregulation, which was more evident in the slower 0.3 °C/min rate, and instances of upregulation were mainly related to ubiquitination. The faster 1 °C/min rate, rarely used for Antarctic fish, can be suitable for studying cold-adapted stenothermic fish without overestimating thermal tolerance or inducing damage from longer heat exposure. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Simbiontes hereditários desempenham um papel essencial em muitos aspectos da ecologia do hospedeiro de maneira dependente da temperatura. No entanto, como a temperatura impacta o hospedeiro e sua interação com endossimbiontes permanece amplamente desconhecido. Aqui, investigamos o impacto de temperaturas moderadas (20°C) e altas (30 e 35°C) nas simbioses entre o ácaro-aranha Tetranychus truncatus e dois endossimbiontes herdados maternalmente (Wolbachia e Spiroplasma). Descobrimos que a tolerância térmica dos ácaros (medida pela sobrevivência após exposição ao calor) foi menor para ácaros infectados individualmente com Wolbachia ou Spiroplasma do que para ácaros coinfectados ou não infectados. Embora uma temperatura relativamente alta (30°C) seja considerada promotora da replicação bacteriana, a criação em alta temperatura (35°C) resultou em perdas de Wolbachia e particularmente de Spiroplasma. Expor os ácaros a 20°C reduziu a densidade e transmissão de Spiroplasma, mas não de Wolbachia. As quatro linhagens de ácaro-aranha testadas diferiram no número de genes de choque térmico (Hsps) induzidos sob exposição a temperatura moderada ou alta. Em ensaios de preferência térmica (Tp), as duas linhagens de ácaro-aranha infectadas com Wolbachia preferiram uma temperatura mais baixa do que linhagens sem Wolbachia. Nossos resultados mostram que as respostas do ácaro-aranha mediadas por endossimbiontes ao estresse térmico são complexas, envolvendo uma combinação de padrões de infecção por endossimbiontes em mudança, comportamento termorregulatório alterado e respostas transcricionais. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Spider Mites Singly Infected With Either Wolbachia or Spiroplasma Have Reduced Thermal Tolerance: Heritable symbionts play an essential role in many aspects of host ecology in a temperature-dependent manner. However, how temperature impacts the host and their interaction with endosymbionts remains largely unknown. Here, we investigated the impact of moderate (20°C) and high (30 and 35°C) temperatures on symbioses between the spider mite Tetranychus truncatus and two maternally inherited endosymbionts (Wolbachia and Spiroplasma). We found that the thermal tolerance of mites (as measured by survival after heat exposure) was lower for mites that were singly infected with either Wolbachia or Spiroplasma than it was for co-infected or uninfected mites. Although a relatively high temperature (30°C) is thought to promote bacterial replication, rearing at high temperature (35°C) resulted in losses of Wolbachia and particularly Spiroplasma. Exposing the mites to 20°C reduced the density and transmission of Spiroplasma but not Wolbachia. The four spider mite strains tested differed in the numbers of heat shock genes (Hsps) induced under moderate or high temperature exposure. In thermal preference (Tp) assays, the two Wolbachia-infected spider mite strains preferred a lower temperature than strains without Wolbachia. Our results show that endosymbiont-mediated spider mite responses to temperature stress are complex, involving a combination of changing endosymbiont infection patterns, altered thermoregulatory behavior, and transcription responses. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Em resposta à variação contínua dos parâmetros ambientais, as espécies devem ser capazes de ajustar sua fisiologia para superar condições estressantes, um processo conhecido como aclimatação. Numerosos estudos laboratoriais foram conduzidos para entender e descrever os mecanismos de aclimatação a um estressor ambiental (ex.: hipóxia cíclica), mas atualmente nosso entendimento sobre como a aclimatação a um estressor pode alterar a tolerância a um estressor subsequente é limitado. Aqui, em dois experimentos diferentes, utilizamos o camarão Palaemon varians para testar como, após 28 dias de aclimatação à hipóxia cíclica (imitando um regime de hipóxia cíclica atualmente encontrado em seu habitat natural), o máximo térmico crítico (CT<inf>max</inf>) e a sensibilidade à exposição ao cobre (Cu2+) (30 mgL−1) mudaram em comparação com camarões aclimatados a condições normóxicas e depois expostos ao estresse térmico ou Cu2+. A aclimatação à hipóxia cíclica melhorou tanto o CT<inf>max</inf> (~1 °C maior que os controles) quanto a sobrevivência à exposição aguda ao Cu2+ (~30% maior que os controles) e induziu mudanças significativas na expressão gênica (isto é, regulação positiva da proteína de choque térmico 70 – HSP70, fator induzível por hipóxia – HIF, fosfoenolpiruvato carboxicinase – PEPCK, transportador de glicose-6-P – G6Pt, metalotioneína – Mt, e regulação negativa da hemocianina – Hem) em animais aclimatados à hipóxia cíclica. Nossos resultados demonstram como a aclimatação à hipóxia cíclica melhorou a tolerância a estressores subsequentes, destacando a complexidade de prever o desempenho do organismo em ambientes variáveis (isto é, onde múltiplos parâmetros podem mudar simultaneamente durante o dia). © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Acclimation to cyclic hypoxia improves thermal tolerance and copper survival in the caridean shrimp Palaemon varians: In response to the continuous variation of environmental parameters, species must be able to adjust their physiology to overcome stressful conditions, a process known as acclimatization. Numerous laboratory studies have been conducted to understand and describe the mechanisms of acclimation to one environmental stressor (e.g. cyclic hypoxia), but currently our understanding of how acclimation to one stressor can change tolerance to a subsequent stressor is limited. Here, in two different experiments, we used the shrimp Palaemon varians to test how, following 28-days acclimation to cyclic hypoxia (mimicking a cyclic hypoxic regime currently found in its natural habitat), critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>) and sensitivity to copper (Cu2+) exposure (30 mgL−1) changed in comparison to shrimp acclimated to normoxic conditions and then exposed to thermal stress or Cu2+. Acclimation to cyclic hypoxia improved both CT<inf>max</inf> (~1 °C higher than controls) and survival to acute Cu2+ exposure (~30% higher than controls) and induced significant gene expression changes (i.e. up-regulation of heat shock protein 70 – HSP70, hypoxia inducible factor – HIF, phosphoenolpyruvate carboxykinase – PEPCK, glucose 6-P transporter – G6Pt, metallothionein – Mt, and down-regulation of hemocyanin – Hem) in animals acclimated to cyclic hypoxia. Our results demonstrate how acclimation to cyclic hypoxia improved tolerance to subsequent stressors, highlighting the complexity of predicting organismal performance in variable (i.e. where multiple parameters can simultaneously change during the day) environments. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

As conchas-arca (Scapharca subcrenata) cultivadas em planícies de maré são frequentemente expostas a estresses de alta temperatura no verão. Para melhor compreender sua adaptação a temperaturas altas extremas ou naturais, primeiro determinamos a temperatura letal superior de 96 horas da concha-arca e depois investigamos suas respostas fisiológicas e transcricionais ao estresse térmico agudo ou crônico na temperatura letal mediana superior de 96 horas (32°C). Uma mortalidade cumulativa significativamente maior (52% em 96 h) foi observada no grupo de tratamento de aquecimento agudo (AHT) do que aquela (22% em 7 dias) no grupo de tratamento de aquecimento crônico (CHT). As taxas de apoptose e necrose de hemócitos aumentaram significativamente de maneira dependente do tempo sob ambas as estratégias de estresse térmico. As atividades de enzimas antioxidantes [superóxido dismutase (SOD) e catalase (CAT)] aumentaram drasticamente em um curto período seguido por um declínio rápido e atingiram um nível mais baixo dentro de 12 horas no grupo AHT, mas mantiveram níveis relativamente altos por um longo período no grupo CHT. Os conteúdos de malondialdeído (MDA) aumentaram significativamente primeiro e foram restaurados ao original posteriormente em ambos os estresses térmicos agudo e crônico. Além disso, a expressão dos genes relacionados a proteínas de choque térmico (HSPs; HSP90, HSP70, HSP20 e sHSP), apoptose [fator associado a receptor de TNF 6 (TRAF6), proteína regulada por glicose 78 kD (GRP78) e caspase-3 (Casp-3)] e respostas antioxidantes [glutationa S-transferase (GST) e proteína de resistência a múltiplas drogas (MRP)] poderia ser induzida e regulada positivamente significativamente pelo estresse térmico, entretanto, a expressão de regucalcina (RGN), metalotioneína (MT) e peroxirredoxina (PRX) foi regulada negativamente drasticamente sob os dois tratamentos de aquecimento. Estes resultados sugeriram que o sistema anti-apoptótico, sistema de defesa antioxidante e HSPs poderiam desempenhar papéis importantes na tolerância térmica das conchas-arca, e as linhagens de conchas-arca resistentes ao calor poderiam ser selecionadas continuamente por estresse térmico crônico adequado. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Physiological and Transcriptional Responses to Acute and Chronic Thermal Stress in the Ark Shell Scapharca subcrenata: Ark shells (Scapharca subcrenata) grown on the tidal flats are often exposed to high temperature stresses in summer. In order to better understand their adaption to extreme or natural high temperature, we first determined the 96-h upper lethal temperature of ark shell and then investigated their physiological and transcriptional responses to acute or chronic thermal stress at the 96-h upper median lethal temperature (32°C). A significantly higher cumulative mortality (52% in 96 h) was observed in the acute heating treatment (AHT) group than that (22% in 7 days) in the chronic heating treatment (CHT) group. The apoptosis and necrosis rates of hemocytes were increased significantly in a time-dependent manner under both thermal stress strategies. Activities of antioxidant enzymes [superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT)] increased dramatically in a short time followed by a quick decline and reached to a lower level within 12 h in the AHT group, but maintain relatively high levels over a long period in the CHT group. The contents of malondialdehyde (MDA) were increased significantly firstly and restored to the original later in both acute and chronic thermal stress. Moreover, expression of the genes related to heat shock proteins (HSPs; HSP90, HSP70, HSP20, and sHSP), apoptosis [TNF receptor-associated factor 6 (TRAF6), glucose regulated protein 78 kD (GRP78), and caspase-3 (Casp-3)] and antioxidant responses [glutathione S-transferase (GST) and multidrug resistance protein (MRP)] could be induced and up-regulated significantly by thermal stress, however, expression of regucalcin (RGN), metallothionein (MT), and peroxiredoxin (PRX) was down-regulated dramatically under the two heating treatments. These results suggested that anti-apoptotic system, antioxidant defense system and HSPs could play important roles in thermal tolerance of ark shells, and the heat-resistant ark shell strains could be selected continuously by properly chronic thermal stress. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Na área metropolitana de Seul, populações da cigarra Hyalessa fuscata em ilhas de calor urbanas mais quentes ("altas IUUs") exibem maior tolerância térmica do que aquelas em IUUs mais frias ("baixas IUUs"). Nós hipotetizamos que o estresse térmico pode ativar a expressão de genes que facilitam maior tolerância térmica em cigarras de altas IUUs do que naquelas de áreas mais frias. Diferenças nos transcriptomas de cigarras fêmeas adultas de altas IUUs, baixas IUUs e áreas suburbanas foram analisadas no nível não aquecido, após estresse térmico agudo e após torpor térmico. Nenhuma diferença notável nos padrões de expressão gênica não aquecidos foi observada. Entretanto, após 10 minutos de estresse térmico agudo, cigarras de baixas IUUs e suburbanas expressaram mais genes de proteínas de choque térmico do que as contrapartes de altas IUUs. Mais especificamente, mudanças notáveis na expressão gênica de cigarras entre as áreas foram observadas após o estímulo de torpor térmico, conforme representado por um grande número de genes regulados positivamente e negativamente nos grupos de torpor térmico em comparação com os grupos de 10 minutos de estresse térmico agudo e grupos controle. Cigarras de altas IUUs expressaram o maior número de genes diferencialmente expressos, seguidas pelas cigarras de baixas IUUs e suburbanas. Houve um aumento notável na expressão de genes de choque térmico, metabolismo e detoxificação; enquanto isso, genes relacionados à imunidade, transdução de sinal e renovação proteica foram regulados negativamente em cigarras de altas IUUs versus os outros grupos de cigarras. Estes resultados sugeriram que sob estresse térmico, cigarras habitando altas IUUs poderiam expressar rapidamente genes relacionados ao choque térmico, metabolismo energético e detoxificação para proteger células de danos induzidos por estresse e aumentar sua tolerância térmica ao estresse térmico. A regulação negativa dos mecanismos de apoptose em cigarras de altas IUUs sugeriu que havia menos dano celular, o que provavelmente contribuiu para sua alta tolerância ao estresse térmico. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

De novo transcriptome analysis reveals potential thermal adaptation mechanisms in the cicada hyalessa fuscata: In metropolitan Seoul, populations of the cicada Hyalessa fuscata in hotter urban heat islands (“high UHIs”) exhibit higher thermal tolerance than those in cooler UHIs (“low UHIs”). We hypothesized that heat stress may activate the expression of genes that facilitate greater thermal tolerance in high‐UHI cicadas than in those from cooler areas. Differences in the transcriptomes of adult female cicadas from high‐UHI, low‐UHI, and suburban areas were analyzed at the unheated level, after acute heat stress, and after heat torpor. No noticeable differences in unheated gene expression patterns were observed. After 10 min of acute heat stress, however, low‐UHI and suburban cicadas expressed more heat shock protein genes than high‐UHI counterparts. More specifically, remarkable changes in the gene expression of cicadas across areas were observed after heat torpor stimulus, as represented by a large number of up‐ and downregulated genes in the heat torpor groups compared with the 10 min acute heat stress and control groups. High‐UHI cicadas expressed the most differentially expressed genes, followed by the low‐UHI and suburban cicadas. There was a notable increase in the expression of heat shock, metabolism, and detoxification genes; meanwhile, immune‐related, signal transduction, and protein turnover genes were downregulated in high‐UHI cicadas versus the other cicada groups. These results suggested that under heat stress, cicadas inhabiting high‐UHIs could rapidly express genes related to heat shock, energy metabolism, and detoxification to protect cells from stress‐induced damage and to increase their thermal tolerance toward heat stress. The downregulation of apoptosis mechanisms in high‐UHI cicadas suggested that there was less cellular damage, which likely contributed to their high tolerance of heat stress. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

A plasticidade térmica em diferentes escalas de tempo, incluindo aclimatação/aclimatização e resposta de endurecimento ao calor - um ajuste rápido para tolerância térmica após estresse térmico não letal, pode interagir para melhorar a resiliência dos organismos ao estresse térmico. No entanto, pouco se sabe sobre os mecanismos fisiológicos que medeiam essa interação. Para investigar as bases das respostas de endurecimento ao calor após aclimatação em estações quentes, medimos a plasticidade da tolerância térmica e comparamos mudanças transcriptômicas e metabolômicas após endurecimento ao calor a 33 ou 37°C seguido por recuperação de 3 ou 24 h em um bivalve entremarés Sinonovacula constricta. Os moluscos mostraram respostas explícitas de endurecimento ao calor após aclimatação em uma estação quente. A temperatura indutora mais alta (37°C) causou efeitos de endurecimento ao calor menos eficazes do que a temperatura indutora mais próxima da temperatura máxima sazonal (33°C). A análise metabolômica destacou o conteúdo elevado de glicerofosfolipídios em todos os moluscos endurecidos ao calor, o que pode ajudar a manter a estrutura e função da membrana. As proteínas de choque térmico (HSPs) tenderam a ser reguladas positivamente após endurecimento ao calor a 37°C, mas não a 33°C, indicando que não havia dependência completa dos efeitos de endurecimento ao calor nas HSPs reguladas positivamente. Metabolismo energético aprimorado e reservas energéticas diminuídas foram observados após endurecimento ao calor a 37°C, sugerindo maiores custos energéticos durante a exposição a uma temperatura indutora mais alta, o que pode restringir os efeitos de endurecimento ao calor. Esses resultados destacam o papel mediador do metabolismo lipídico da membrana, respostas ao choque térmico e custos energéticos na interação entre resposta de endurecimento ao calor e aclimatação sazonal, e contribuem para a compreensão mecanicista da mudança evolutiva e plasticidade térmica durante as mudanças climáticas globais. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Membrane lipid metabolism, heat shock response and energy costs mediate the interaction between acclimatization and heat-hardening response in the razor clamSinonovacula constricta: Thermal plasticity on different time scales, including acclimation/ acclimatization and heat-hardening response - a rapid adjustment for thermal tolerance after non-lethal thermal stress, can interact to improve the resilience of organisms to thermal stress. However, little is known about physiological mechanisms mediating this interaction. To investigate the underpinnings of heat-hardening responses after acclimatization in warm seasons, we measured thermal tolerance plasticity, and compared transcriptomic and metabolomic changes after heat hardening at 33 or 37°C followed by recovery of 3 or 24 h in an intertidal bivalve Sinonovacula constricta. Clams showed explicit heat-hardening responses after acclimatization in a warm season. The higher inducing temperature (37°C) caused less effective heathardening effects than the inducing temperature that was closer to the seasonal maximum temperature (33°C). Metabolomic analysis highlighted the elevated content of glycerophospholipids in all heathardened clams, which may help to maintain the structure and function of the membrane. Heat shock proteins (HSPs) tended to be upregulated after heat hardening at 37°C but not at 33°C, indicating that there was no complete dependency of heat-hardening effects on upregulated HSPs. Enhanced energy metabolism and decreased energy reserves were observed after heat hardening at 37°C, suggesting more energy costs during exposure to a higher inducing temperature, which may restrict heat-hardening effects. These results highlight the mediating role of membrane lipid metabolism, heat shock responses and energy costs in the interaction between heathardening response and seasonal acclimatization, and contribute to the mechanistic understanding of evolutionary change and thermal plasticity during global climate change. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Prever os impactos de ambientes alterados na biodiversidade futura requer uma compreensão detalhada das respostas dos organismos às mudanças. Até o momento, os estudos que avaliam os mecanismos subjacentes às respostas ao estresse em organismos marinhos concentraram-se amplamente na limitação de oxigênio e no uso de proteínas de choque térmico como biomarcadores. No entanto, se esses biomarcadores representam respostas consistentes entre espécies e diferentes estressores ambientais permanece em questão. Aqui demonstramos que respostas a quatro estresses térmicos diferentes (três taxas de aumento térmico (1 °C h−1, 1 °C dia−1 ou 1 °C 3 dias−1) e uma aclimatação de três meses ao aquecimento de 2 °C) aplicados a três espécies de invertebrados marinhos antárticos produziram respostas altamente individuais nos perfis de expressão gênica, tanto dentro quanto entre espécies. O mapeamento dos perfis de expressão gênica de cada tratamento para cada uma das três espécies identificou diferenças consideráveis no número de transcritos diferencialmente regulados, variando de 10 a 3011. Quando esses dados foram correlacionados entre os diferentes tratamentos de temperatura, não houve evidência de uma resposta comum, com apenas 0-2 transcritos compartilhados entre todos os quatro tratamentos dentro de qualquer espécie. Também não houve genes diferencialmente expressos compartilhados entre espécies, mesmo nas mesmas taxas de aumento térmico. A resposta clássica ao estresse celular (CSR), ou seja, a regulação positiva de proteínas de choque térmico, esteve presente apenas fortemente em duas espécies na taxa de aumento mais rápida de 1 °C h−1, embora com diferentes conjuntos de genes de estresse expressos em cada espécie. Esses dados demonstram a ampla variabilidade na resposta ao aquecimento no nível molecular em espécies marinhas. Portanto, a identificação das respostas ao estresse da biodiversidade geradas por condições em mudança exigirá avaliação no nível da espécie usando membros-chave direcionados do ecossistema, fortemente correlacionados com os fatores bióticos e abióticos locais. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Large within, and between, species differences in marine cellular responses: Unpredictability in a changing environment: Predicting the impacts of altered environments on future biodiversity requires a detailed understanding of organism responses to change. To date, studies evaluating mechanisms underlying marine organism stress responses have largely concentrated on oxygen limitation and the use of heat shock proteins as biomarkers. However, whether these biomarkers represent responses that are consistent across species and different environmental stressors remains open to question. Here we show that responses to four different thermal stresses (three rates of thermal ramping (1 °C h−1, 1 °C day−1 or 1 °C 3 day−1) and a three-month acclimation to warming of 2 °C) applied to three species of Antarctic marine invertebrate produced highly individual responses in gene expression profiles, both within and between species. Mapping the gene expression profiles from each treatment for each of the three species, identified considerable difference in numbers of differentially regulated transcripts ranging from 10 to 3011. When these data were correlated across the different temperature treatments, there was no evidence for a common response with only 0–2 transcripts shared between all four treatments within any one species. There were also no shared differentially expressed genes across species, even at the same thermal ramping rates. The classical cellular stress response (CSR) i.e. up-regulation of heat shock proteins, was only strongly present in two species at the fastest ramping rate of 1 °C h−1, albeit with different sets of stress genes expressed in each species. These data demonstrate the wide variability in response to warming at the molecular level in marine species. Therefore, identification of biodiversity stress responses engendered by changing conditions will require evaluation at the species level using targeted key members of the ecosystem, strongly correlated to the local biotic and abiotic factors. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A urbanização altera o perfil térmico de riachos de forma muito semelhante às previsões das mudanças climáticas, com temperaturas mais altas, fluxo mais variado e pulsos rápidos de temperatura com eventos de precipitação. Se a tolerância excepcional a essas condições térmicas alteradas é um pré-requisito para uma espécie de peixe habitar riachos urbanos ou se a urbanização mudou a fisiologia térmica dessas espécies de peixes que persistem em riachos urbanos é desconhecido, mas poderia ajudar a prever o resultado de futuras disrupções climáticas. Para testar se a residência em riachos urbanos está associada à tolerância térmica alterada, comparamos a tolerância térmica (CT<inf>Max</inf>) e a plasticidade fenotípica da tolerância térmica (ΔCT<inf>Max</inf>/Δ temperatura de aclimatação) em cinco populações de um ciprinídeo tolerante a ambientes urbanos, o dace-de-nariz-preto (Rhinichthys atratulus), de múltiplas bacias hidrográficas ao longo de um gradiente urbano/rural. A tolerância térmica desses peixes de riacho foi testada enquanto nadavam a 10 cm*s−1, mas também em água estática e após choques térmicos de 4°–6 °C simulando eventos de precipitação. Para testar se o dace-de-nariz-preto como espécie tem tolerância térmica ou plasticidade térmica incomum, também comparamos duas populações de dace-de-nariz-preto com dois co-habitantes da mesma família (o chub-do-riacho (Semotilus atromaculatus) e o dace-lateral-rosado (Clinostomus funduloides)), que não persistem em riachos urbanos, em três diferentes temperaturas de aclimatação. A tolerância térmica do dace-de-nariz-preto, medida por um teste de máximo térmico crítico (CT<inf>Max</inf>), foi independente do tamanho e nível de atividade, ou seja, os indivíduos tiveram tolerância térmica idêntica nadando ou em repouso e CT<inf>Max</inf> foi significativamente repetível em dois níveis de atividade. Embora houvesse alguma variação entre as populações, o dace-de-nariz-preto de riachos com diferentes graus de urbanização geralmente exibiu tolerâncias térmicas comparáveis, capacidade de aclimatação a diferentes temperaturas e não foi afetado por choques térmicos. O dace-lateral-rosado teve tolerância térmica significativamente menor que as outras duas espécies, mas a plasticidade da tolerância térmica foi uniforme entre as três espécies de ciprinídeos. Nossas conclusões são que a tolerância térmica excepcional ou a capacidade de aclimatação térmica não são características pré-requisito para uma determinada espécie de ciprinídeo sobreviver em riachos urbanos, nem a tolerância térmica sofreu seleção direcional neste ambiente urbano. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal tolerance of cyprinids along an urban-rural gradient: Plasticity, repeatability and effects of swimming and temperature shock: Urbanization changes the thermal profile of streams in much the same way that climate change is predicted to with higher temperatures, more varied flow and rapid temperature pulses with precipitation events. Whether exceptional tolerance to these altered thermal conditions is a pre-requisite for a fish species to inhabit urban streams or if urbanization has changed the thermal physiology of those fish species that persist in urban streams is unknown, but could help predict the outcome of future climate disruption. To test whether residence in urban streams is associated with altered thermal tolerance, we compared thermal tolerance (CT<inf>Max</inf>) and phenotypic plasticity of thermal tolerance (ΔCT<inf>Max</inf>/Δ acclimation temperature) in five populations of an urban-tolerant cyprinid, the blacknose dace (Rhinichthys atratulus), from multiple watersheds along an urban/rural gradient. Thermal tolerance of these stream fish was tested while swimming at 10 cm*s−1 but also in static water and after thermal shocks of 4°–6 °C simulating precipitation events. To test whether blacknose dace as a species has unusual thermal tolerance or thermal plasticity, we also compared two blacknose dace populations with two co-resident, co-familiars (creek chub (Semotilus atromaculatus) and rosyside dace (Clinostomus funduloides), that don't persist in urban streams at three different acclimation temperatures. Thermal tolerance of blacknose dace, as measured by a critical thermal maximum test (CT<inf>Max</inf>), was independent of size and activity level, i.e. individuals had identical thermal tolerance whether swimming or resting and CT<inf>Max</inf> was significantly repeatable across two levels of activity. Although there was some variance among populations, blacknose dace from streams of varied urbanization generally exhibited comparable thermal tolerances, ability to acclimate to different temperatures and were unaffected by thermal shocks. Rosyside dace had significantly lower thermal tolerance than the other two species but plasticity of thermal tolerance was uniform across the three cyprinid species. Our conclusions are that exceptional thermal tolerance or ability to thermally acclimate are not pre-requisite characters for a given cyprinid species to survive in urban streams, nor has thermal tolerance undergone directional selection in this urban environment. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Nipponacmea fuscoviridis e N. radula são espécies comuns do entremarés ao longo da costa da China e caracterizam-se por padrões biogeográficos divergentes. Para compreender os efeitos do estresse térmico na distribuição destas espécies de costão rochoso, os limites térmicos superiores e as margens de segurança térmica destas duas espécies foram determinados e comparados. A tolerância térmica da espécie sulista N. fuscoviridis foi maior que a de sua congênere norte N. radula: (1) a temperatura letal (TL50) de N. fuscoviridis (média ± DP = 44,19 ± 0,34 °C) foi maior que a de N. radula (42,44 ± 0,17 °C); (2) os níveis da proteína de choque térmico HSP70 atingiram valores máximos a 40 e 42 °C em N. radula e N. fuscoviridis, respectivamente; (3) as temperaturas nas quais os genes hsp70 e hsp90 foram induzidos (Ton) em N. fuscoviridis foram maiores que as de N. radula; e (4) as temperaturas de ponto de quebra de Arrhenius (TPA) do desempenho cardíaco de N. radula e N. fuscoviridis foram 36,74 ± 1,27 e 36,84 ± 1,04 °C, respectivamente. Considerando a temperatura ambiental, a temperatura máxima do habitat (TMH) da espécie norte, N. radula, estava próxima de sua TPA e inferior à sua TL50. A TMH para a espécie sulista, N. fuscoviridis, foi muito superior à sua TPA e próxima à sua TL50. Estes resultados indicam que a espécie sulista, apesar de seu maior limite superior de tolerância térmica, vive mais próxima de sua temperatura letal e pode ser mais sensível ao aumento das temperaturas do ar e do oceano face às mudanças climáticas. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Range limits and thermal physiological adaptation of intertidal limpets belonging to the genus Nipponacmea: Nipponacmea fuscoviridis and N. radula are common intertidal species along China's coast and are characterized by divergent biogeographic patterns. In order to understand the effects of thermal stress on the distribution of these rocky shore species, the upper thermal limits and thermal safety margins of these two species were determined and compared. Thermal tolerance of the southern species N. fuscoviridis was higher than that of its northern congener N. radula: (1) the lethal temperature (LT50) of N. fuscoviridis (mean ± SD = 44.19 ± 0.34 °C) was higher than that of N. radula (42.44 ± 0.17 °C); (2) levels of the heat shock protein HSP70 reached maximum values at 40 and 42 °C in N. radula and N. fuscoviridis, respectively; (3) the temperatures at which hsp70 and hsp90 genes were induced (Ton) in N. fuscoviridis were higher than those of N. radula; and (4) Arrhenius breakpoint temperatures (ABTs) of cardiac performance of N. radula and N. fuscoviridis were 36.74 ± 1.27 and 36.84 ± 1.04 °C, respectively. With the consideration of environmental temperature, the maximum habitat temperature (MHT) of the northern species, N. radula, was close to its ABT and lower than its LT50. The MHT for the southern species, N. fuscoviridis, was much higher than its ABT and closed to its LT50. These results indicate that the southern species, despite its higher upper thermal tolerance limit, is living nearer to its lethal temperature and might be more sensitive to the increasing air and ocean temperatures in the face of climate change. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O DNAJB3 atua como um co-chaperonino e estimula a atividade de ATPase dos genes da família HSP através de seu domínio J. Um estudo in vivo e in silico foi conduzido para obter uma compreensão abrangente sobre o papel do gene DNAJB3 em cabras. A sequência codificante do gene DNAJB3 foi amplificada e pesquisada quanto a polimorfismos em três populações de cabras nativas (Bengala Preta, Ganjam e Raighar). Uma substituição nucleotídica na posição 419 (C > A) (tipo selvagem e mutante) com consequente alteração no aminoácido (Ala > Glu) na posição 140 foi identificada. A análise comparativa de sequências nucleotídicas mostrou 68 sítios variáveis que incluíram 53 sítios informativos de parcimônia e 15 sítios singletons. A análise estrutural in silico revelou diferença menor (7%) na estrutura tridimensional da proteína entre as proteínas DNAJB3 mutante e selvagem. As interações proteína-proteína do DNAJB3 com HSP72, quinase de estresse JNK e quinase de estresse IKKβ também foram previstas. A proteína DNAJB3 mutante (Raighar) foi prevista para interagir apenas com a cadeia A da quinase de estresse JNK. Ambas as variantes selvagem e mutante das proteínas DNAJB3 foram previstas para interagir com as cadeias A e B da quinase de estresse IKKβ hexamérica. Este estudo será útil para usar o DNAJB3 como marcador molecular para tolerância térmica no futuro. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Identification of novel polymorphism and in silico analysis of caprine DNAJB3 gene: DNAJB3 acts as a cochaperon and stimulates ATPase activity of HSP family genes through its J domain. An in vivo and in silico study was conducted to get comprehensive idea on the role of DNAJB3 gene in goat. The coding sequence of DNAJB3 gene was amplified and searched for polymorphism in three indigenous goat (i.e. Black Bengal, Ganjam and Raighar) populations. One nucleotide substitution at 419th (C > A) position (wild and mutant) with resultant change in amino acid (Ala > Glu) at 140th position was identified. The comparative nucleotide sequence analysis showed 68 variable sites that included 53 parismony informative sites and 15 singleton sites. In silico structural analysis revealed minor difference (7%) in three dimensional protein structure between mutant and wild type DNAJB3 proteins. The protein-protein interactions of DNAJB3 with HSP72, JNK stress kinase, and IKKβ stress kinase were also predicted. The mutant (Raighar) type DNAJB3 protein predicted to interact only with A chain of the JNK stress kinase. Both the wild and mutant type variants of DNAJB3 proteins predicted to interact with A and B chain of hexamer IKKβ stress kinase. This study will be helpful to use DNAJB3 as a molecular marker for thermal tolerance in future. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Introdução: A terapia fototérmica (PTT) tem sido amplamente investigada como modalidade terapêutica localizada em tumores para doenças neoplásicas. No entanto, o efeito de hipertermia da PTT é bastante restringido pela termorresistência das células tumorais. Particularmente, a expressão compensatória da proteína de choque térmico 90 (HSP90) demonstrou acelerar significativamente a tolerância térmica das células tumorais. Assim, espera-se que a combinação de um inibidor de HSP90 com um fotossensibilizador fototérmico aumente significativamente a eficácia antitumoral da PTT através da sensibilização por hipertermia. No entanto, permanece desafiador coentregar precisamente dois ou mais fármacos nos tumores. Métodos: Uma nanoestrutura de coentrega sem carreador de ácido garcínico (GA, um inibidor de HSP90) e DiR foi engenhosamente fabricada com base em uma técnica de co-montagem molecular facilitada e precisa. Os mecanismos de montagem, eficiência de conversão fototérmica, liberação do fármaco induzida por laser, captação celular e citotoxicidade sinérgica da nanoestrutura foram investigados in vitro. Além disso, a farmacocinética, biodistribuição e eficácia da PTT auto-aumentada foram exploradas in vivo. Resultados: A nanoestrutura apresenta múltiplas vantagens em todo o processo de entrega do fármaco, incluindo fabricação sem carreador com boa reprodutibilidade, alta eficiência de co-carregamento do fármaco com ajuste de dose conveniente, coentrega sincronizada de DiR e GA com longa circulação sistêmica, bem como acúmulo no tumor com auto-rastreamento e conversão fototérmica eficiente. Como esperado, a PTT aumentada pela inibição de HSP90 foi observada em um modelo de xenoenxerto de tumor 4T1 em camundongos BALB/c. Conclusão: Nosso estudo fornece uma estratégia nova e facilitada de co-montagem de fármacos duplos para terapia do câncer autossensibilizada. Resumo gráfico: [Figura não disponível: ver texto completo.]. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Molecularly engineered carrier-free co-delivery nanoassembly for self-sensitized photothermal cancer therapy: Background: Photothermal therapy (PTT) has been extensively investigated as a tumor-localizing therapeutic modality for neoplastic disorders. However, the hyperthermia effect of PTT is greatly restricted by the thermoresistance of tumor cells. Particularly, the compensatory expression of heat shock protein 90 (HSP90) has been found to significantly accelerate the thermal tolerance of tumor cells. Thus, a combination of HSP90 inhibitor and photothermal photosensitizer is expected to significantly enhance antitumor efficacy of PTT through hyperthermia sensitization. However, it remains challenging to precisely co-deliver two or more drugs into tumors. Methods: A carrier-free co-delivery nanoassembly of gambogic acid (GA, a HSP90 inhibitor) and DiR is ingeniously fabricated based on a facile and precise molecular co-assembly technique. The assembly mechanisms, photothermal conversion efficiency, laser-triggered drug release, cellular uptake, synergistic cytotoxicity of the nanoassembly are investigated in vitro. Furthermore, the pharmacokinetics, biodistribution and self-enhanced PTT efficacy were explored in vivo. Results: The nanoassembly presents multiple advantages throughout the whole drug delivery process, including carrier-free fabrication with good reproducibility, high drug co-loading efficiency with convenient dose adjustment, synchronous co-delivery of DiR and GA with long systemic circulation, as well as self-tracing tumor accumulation with efficient photothermal conversion. As expected, HSP90 inhibition-augmented PTT is observed in a 4T1 tumor BALB/c mice xenograft model. Conclusion: Our study provides a novel and facile dual-drug co-assembly strategy for self-sensitized cancer therapy. Graphic abstract: [Figure not available: see fulltext.]. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O objetivo deste estudo foi compreender melhor os mecanismos moleculares que regulam as respostas aclimatatórias e as margens de segurança térmica da truta-arco-íris (Oncorhynchus mykiss) em temperaturas acima do ótimo fisiológico. Para isso, investigamos a evolução temporal das alterações nos limiares críticos de tolerância térmica e na abundância transcricional hepática e renal de marcadores moleculares relacionados à resposta celular ao estresse, durante a aclimatação a alta temperatura. Os peixes experimentais foram inicialmente aclimatados a 17 °C e posteriormente expostos a um regime de temperatura elevada gradualmente aumentada (22 °C) por um período de 30 dias. CT<inf>max</inf>, CT<inf>min</inf> e expressão de mRNA dos marcadores candidatos foram examinados antes do desafio térmico (T<inf>0</inf>) e ao longo do tempo (dias) de exposição à alta temperatura (T<inf>1</inf>, T<inf>3</inf>, T<inf>7</inf>, T<inf>15</inf> e T<inf>30</inf>). Em relação à resposta organísmica, CT<inf>max</inf> foi significativamente elevado em T<inf>3</inf>, mas o grau de ganho na tolerância ao calor não foi persistente. Contrariamente, observamos uma perda gradual na tolerância ao frio com a maior estimativa de CT<inf>min</inf> em T<inf>30</inf>. Com base na evolução temporal da expressão de mRNA, os marcadores estudados puderam ser categorizados naqueles que foram persistentemente elevados (hsp70a, hsp70b, hspa5, hsp90a, hsp90b, stip1 e serpinh1 no rim e hsp90b no fígado); aqueles que coincidiram com alterações em CT<inf>min</inf> (hspbp1, hsp90b, stip1, gr1, hif1a, hyou1, tnfa e tlr5 no rim); e aqueles que coincidiram com alterações em CT<inf>max</inf> (hsp90a, serpinh1, tlr5 e lmo2 no fígado). Aparentemente, as alterações transcricionais no rim e fígado refletiram as tendências de CT<inf>min</inf> e CT<inf>max</inf>, respectivamente. O perfil de expressão de stip1 e tlr5 sugere que são potenciais novos marcadores que poderiam refletir os limites térmicos na truta-arco-íris. Os marcadores metabólicos hepáticos foram inicialmente elevados (alt, glud, g6pase1) ou reprimidos em diferentes pontos temporais (ast2, gls1, fas, cpt1b, mtor), ligados à gliconeogênese e depressão metabólica, respectivamente. Enquanto isso, os marcadores do eixo de crescimento não mostraram diferenças significativas. No geral, esta análise temporal revelou associações potenciais na resposta celular organísmica e tecido-específica à aclimatação a alta temperatura em um ectotermo de água fria termicamente sensível. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Concurrent changes in thermal tolerance thresholds and cellular heat stress response reveals novel molecular signatures and markers of high temperature acclimation in rainbow trout: The objective of this study was to better understand the molecular mechanisms which regulate acclimatory responses and thermal safety margins of rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) at temperatures above physiological optimum. For this, we investigated the time course of changes in critical thermal tolerance thresholds and associated hepatic and renal transcript abundance of molecular markers related to cellular stress response, during high temperature acclimation. The experimental fish were initially acclimated to 17 °C and later exposed to a gradually raised elevated temperature regime (22 °C) for a period of 30 days. CT<inf>max</inf>, CT<inf>min</inf> and mRNA expression of candidate markers were examined before the thermal challenge (T<inf>0</inf>) and over the time-course (days) of high temperature exposure (T<inf>1</inf>, T<inf>3</inf>, T<inf>7</inf>, T<inf>15</inf> and T<inf>30</inf>). With respect to organismal response, CT<inf>max</inf> was significantly elevated at T<inf>3</inf>, but the degree of gain in heat tolerance was not persistent. Contrarily, we observed a gradual loss in cold tolerance with highest CT<inf>min</inf> estimate at T<inf>30</inf>. Based on the time-course of mRNA expression, the studied markers could be categorized into those which were persistently elevated (hsp70a, hsp70b, hspa5, hsp90a, hsp90b, stip1 and serpinh1 in kidney and hsp90b in liver); those which concurred with changes in CT<inf>min</inf> (hspbp1, hsp90b, stip1, gr1, hif1a, hyou1, tnfa and tlr5 in kidney); and those which concurred with changes in CT<inf>max</inf> (hsp90a, serpinh1, tlr5 and lmo2 in liver). Apparently, transcriptional changes in kidney and liver reflected CT<inf>min</inf> and CT<inf>max</inf> trend, respectively. Expression profile of stip1 and tlr5 suggest that they are potential novel markers which could reflect thermal limits in rainbow trout. Hepatic metabolic markers were either initially elevated (alt, glud, g6pase1) or down-regulated at different time-points (ast2, gls1, fas, cpt1b, mtor), linked to gluconeogenesis and metabolic depression, respectively. Whereas, growth-axis markers showed no significant differences. Overall, this time-course analysis has revealed potential associations in organismal and tissue-specific cellular response to high temperature acclimation in a thermally sensitive coldwater ectotherm. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Um aumento substancial na ocorrência de eventos de temperaturas extremamente altas ou baixas causado pelas mudanças climáticas globais tem imposto pressão na sobrevivência e reprodução de invertebrados. Hyphantria cunea (H. cunea; Lepidoptera: Arctiidae) é um desfolhador mundial e tornou-se uma praga florestal e agrícola importante durante as últimas três décadas na China. A tolerância térmica e ao frio tem afetado diretamente a população e distribuição geográfica de H. cunea, o que permanece pouco compreendido. Aqui, examinamos a tolerância térmica de larvas de H. cunea e descobrimos que elas poderiam suportar temperaturas extremamente altas, conforme demonstrado pelos tempos letais medianos (Ltim₅₀) de 103,3 h a 37°C, 62,0 h a 40°C e até 14,5 h a 43°C. Para explorar ainda mais a evidência molecular da resposta fisiológica ao calor e ao frio, clonamos e caracterizamos seis pequenas proteínas de choque térmico (sHSPs). Essas proteínas possuíam o domínio α conservado da família sHSP na extremidade C e vários domínios N-terminais. A análise filogenética mostrou que as HCsHSPs apresentaram uma relação evolutiva próxima com genes sHSP em espécies de noctuídeos. Quatro sHSPs em H. cunea foram sensíveis ao estresse térmico, e apenas HCsHSP28,7 foi induzida pelo estresse por frio. O nível de expressão de HCsHSPs atingiu o pico a 40°C e diminuiu no tratamento a 45°C. Os transcritos de HCsHSP20,0 foram abundantes na cutícula após choque térmico, e HCsHSP28,7 foi mais enriquecida no corpo gorduroso após choque por frio. Além disso, um peso molecular igual da proteína HCsHSP20,0 poderia proteger completamente a malato desidrogenase (MDH) da agregação térmica. Células recombinantes de E. coli HCsHSP28,7 exibiram tolerância ao estresse por frio. No geral, nossos resultados demonstram que HCsHSPs, especialmente HCsHSP20,0 e HCsHSP28,7, são genes vitais na adaptação de larvas de H. cunea a condições extremas no contexto das mudanças climáticas globais. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Functional analysis of small heat shock proteins providing evidence of temperature tolerance in Hyphantria cunea: A substantial increase in the occurrence of extremely high- or low-temperature events caused by global climate change has imposed pressure on the survival and reproduction of invertebrates. Hyphantria cunea (H. cunea; Lepidoptera: Arctiidae) is a worldwide defoliator and has become a major forestry and agricultural pest during the past three decades in China. The thermal and cold tolerance has directly affected the population and geographical distribution of H. cunea, which remains poorly understood. Here, we examined the thermal tolerance of H. cunea larvae and discovered that they could endure extremely high temperatures, as demonstrated by median lethal times (Ltim<inf>50</inf>) of 103.3 hr at 37°C, 62.0 hr at 40°C and even 14.5 hr at 43°C. To further explore the molecular evidence of the physiological response to heat and cold, we cloned and characterized six small heat shock proteins (sHSPs). These proteins possessed the conserved α-domain of the sHSP family at the C-terminus and various N-terminal domains. Phylogenetic analysis showed that the HCsHSPs presented a close evolutionary relationship with sHSP genes in noctuidae species. Four sHSPs in H. cunea were sensitive to heat stress, and only HCsHSP28.7 was induced by cold stress. The expression level of HCsHSPs peaked at 40°C and decreased in treatment at 45°C. HCsHSP20.0 transcripts were abundant in the cuticle after heat shock, and HCsHSP28.7 was most enriched in the fat body after cold shock. In addition, an equal molecular weight of the HCsHSP20.0 protein could completely protect malate dehydrogenase (MDH) from thermal aggregation. Recombinant HCsHSP28.7 E. coli cells exhibited tolerance to cold stress. Overall, our results demonstrate that HCsHSPs, especially HCsHSP20.0 and HCsHSP28.7, are vital genes in the adaptation of H. cunea larvae to extreme conditions in the context of global climate change. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura é um fator ambiental importante na agricultura, afetando organismos individuais e todo o ecossistema agrícola. O aquecimento global tornou-se mais tangível, o que pode afetar negativamente o controle biológico de pragas devido à geralmente fraca tolerância térmica dos inimigos naturais. Os mirídeos Cyrtorhinus lividipennis e Tytthus chinensis (Insecta: Hemiptera: Miridae) são importantes predadores naturais de cigarrinhas-das-planícies e cigarrinhas-das-folhas em campos de arroz asiáticos. No entanto, os efeitos do estresse térmico nesses predadores permanecem pouco compreendidos. Investigamos a tolerância térmica, aptidão, habilidades de predação e resposta transcriptômica de T. chinensis e C. lividipennis em temperaturas elevadas. T. chinensis foi mais tolerante ao calor do que Nilaparvata lugens (sua presa) e C. lividipennis. T. chinensis não apenas exibiu melhor desenvolvimento, sobrevivência, reprodução e capacidades de predação em comparação com C. lividipennis, mas também mostrou competitividade mais forte quando os dois predadores mirídeos co-persistiram em condições de alta temperatura. Para entender os mecanismos subjacentes, sequenciamos seus transcriptomas em diferentes temperaturas. Genes de proteínas de choque térmico (HSP) foram identificados e analisados devido à sua alta co-regulação durante o tratamento térmico. Resultados de reação em cadeia da polimerase quantitativa mostraram que T. chinensis induz a expressão de HSPs de forma rápida e forte em uma faixa de temperatura mais ampla em resposta ao estresse térmico em comparação com C. lividipennis. Em conjunto, destacamos o potencial de T. chinensis como agente de controle biológico em futuras condições de aquecimento global e fornecemos insight sobre a adaptação térmica de espécies de mirídeos. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Consequences of elevated temperature on the biology, predation, and competitiveness of two mirid predators in the rice ecosystem: Temperature is an important environmental factor in agriculture, affecting individual organisms and the entire farmland ecosystem. Global warming has become more tangible, which may negatively affect pest biological control due to the generally weak thermal tolerance of natural enemies. The mirids Cyrtorhinus lividipennis and Tytthus chinensis (Insecta: Hemiptera: Miridae) are important natural predators of planthoppers and leafhoppers in Asian paddy fields. However, the effects of thermal stress on these predators remain poorly understood. We investigated the thermal tolerance, fitness, predation abilities, and transcriptomic response of T. chinensis and C. lividipennis at elevated temperatures. T. chinensis was more heat tolerant than both Nilaparvata lugens (its prey) and C. lividipennis. T. chinensis not only exhibited better development, survival, reproduction, and predation capacities compared with C. lividipennis but also showed stronger competitiveness when the two mirid predators co-persisted under high-temperature conditions. To understand the underlying mechanisms, we sequenced their transcriptomes at different temperatures. Heat shock protein (HSP) genes were identified and analyzed due to their high co-regulation during heat treatment. Quantitative polymerase chain reaction results showed that T. chinensis induces HSPs expression quickly and strongly over a wider temperature range in response to heat stress compared with C. lividipennis. Taken together, we highlighted the potential of T. chinensis as a biological control agent in future global warming conditions and provided insight into the thermal adaption of mirid species. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

As respostas protetoras instintivas de estresse das células tumorais prejudicam a terapia fototérmica de baixa temperatura (LTPTT), resultando em recorrência e metástase tumoral. A rápida depuração sanguínea e o baixo enriquecimento tumoral dos nanomedicamentos também diminuem a eficácia da LTPTT. Neste estudo, fabricamos agentes fototérmicos coensamblados (verde de indocianina, ICG) e inibidores de autofagia (cloroquina, CQ) e nanopartículas ICGCQ@RCm (ICGCQ@RCm NPs) camufladas com membrana híbrida de glóbulo vermelho e célula cancerosa (RCm) para potencializar a LTPTT tumoral. As ICGCQ@RCm NPs exibiram circulação sanguínea prolongada do fármaco e acúmulo medicamentoso marcadamente aumentado nos tecidos tumorais. As ICGCQ@RCm NPs reduziram a tolerância térmica das células tumorais para sensibilizar a LTPTT mediada por ICG através da inibição da autofagia protetora. As ICGCQ@RCm NPs exerceram forte morte celular imunogênica (ICD) após LTPTT eficiente para ativar a imunidade antitumoral. Além disso, as ICGCQ@RCm otimizaram a eficácia terapêutica através de LTPTT guiada por imagem, aproveitando a fluorescência no infravermelho próximo (NIR) do ICG. Consequentemente, as ICGCQ@RCm NPs inibiram efetivamente os tumores sob LTPTT suave, suprimiram significativamente a metástase tumoral e prolongaram o tempo de sobrevivência de camundongos portadores de tumor. Adicionalmente, as ICGCQ@RCm NPs demonstraram alta biossegurança in vitro e in vivo. As ICGCQ@RCm NPs demonstraram LTPTT sensibilizada por inibição de autofagia com direcionamento tumoral e guiada por imagem utilizando dois fármacos aprovados pela Food and Drug Administration (FDA), que possuem grande potencial para aplicação clínica. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Autophagy-inhibiting biomimetic nanodrugs enhance photothermal therapy and boost antitumor immunity: The instinctive protective stress responses of tumor cells hamper low-temperature photothermal therapy (LTPTT), resulting in tumor recurrence and metastasis. The rapid blood clearance and low-efficiency tumor enrichment of nanomedicines also decrease the efficacy of LTPTT. In this study, we fabricated coassembled photothermal agents (indocyanine green, ICG) and autophagy inhibitors (chloroquine, CQ) and red blood cell and cancer cell hybrid membrane (RCm)-camouflaged ICGCQ@RCm nanoparticles (ICGCQ@RCm NPs) to enhance tumor LTPTT. The ICGCQ@RCm NPs exhibited prolonged blood drug circulation and markedly enhanced drug accumulation in tumor tissues. The ICGCQ@RCm NPs reduced the thermal tolerance of tumor cells to sensitize ICG-mediated LTPTT by inhibiting protective autophagy. The ICGCQ@RCm NPs exerted strong immunogenic cell death (ICD) after efficient LTPTT to activate antitumor immunity. In addition, ICGCQ@RCms optimized the therapeutic efficacy by imaging-guided LTPTT, taking advantage of the near-infrared (NIR) fluorescence of ICG. Consequently, the ICGCQ@RCm NPs effectively inhibited tumors under mild LTPTT, significantly suppressed tumor metastasis and prolonged the survival time of tumor-bearing mice. Furthermore, the ICGCQ@RCm NPs showed high biosafety in vitro and in vivo. The ICGCQ@RCm NPs demonstrated tumor-targeting and imaging-guided autophagy inhibition-sensitized LTPTT using two Food and Drug Administration (FDA)-approved drugs, which have great potential for clinical application. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O calor é uma fonte comum de estresse em ambientes aquáticos e pode alterar as funções fisiológicas e metabólicas de animais aquáticos, especialmente sua função intestinal. Aqui, foram estudados os efeitos do estresse térmico na estrutura e função do intestino e nas características da microbiota intestinal em esturjões (híbrido F1 de Acipenser baerii ♀ × Acipenser schrenckii ♂). Os esturjões foram expostos a temperaturas altas subextremas (24°C) e extremas (28°C) da água por 12 dias. O estresse térmico causou danos sistêmicos ao intestino dos esturjões, que exibiram enterite severa no intestino valvular. A análise da diversidade microbiana mostrou que o estresse térmico levou ao distúrbio na microbiota intestinal, manifestando-se como um aumento explosivo na abundância de patógenos intestinais termofílicos como Plesiomonas, Cetobacterium e Aeromonas e causando disfunção fisiológica nos esturjões. O distúrbio foi seguido por inibição significativa da digestão intestinal com redução das atividades de quimotripsina, α-amilase e lipase no intestino valvular e da função antioxidante com redução das atividades de peroxidase (POD) e catalase (CAT). Simultaneamente, o estresse térmico reduziu a tolerância térmica dos esturjões ao diminuir a expressão de Grp75 e danificou a capacidade de reparo do intestino valvular com aumento da expressão de Tgf-β. Os resultados confirmaram que o estresse térmico danificou obviamente os intestinos dos esturjões e perturbou a microbiota intestinal, resultando em disfunção fisiológica grave. O presente estudo investigou o mecanismo do efeito do estresse térmico no intestino do esturjão e ajudará a desenvolver estratégias para melhorar a resistência ao estresse térmico para esturjões selvagens e cultivados. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Heat Stress Decreases Intestinal Physiological Function and Facilitates the Proliferation of Harmful Intestinal Microbiota in Sturgeons: Heat is a common source of stress in aquatic environments and can alter the physiological and metabolic functions of aquatic animals, especially their intestinal function. Here, the effects of heat stress on the structure and function of the intestine and the characteristics of the intestinal microbiota were studied in sturgeon (Acipenser baerii ♀ × Acipenser schrenckii ♂ hybrid F1). Sturgeons were exposed to sub-extreme (24°C) and extreme (28°C) high water temperatures for 12 days. The heat stress caused systemic damage to the intestine of sturgeons, which displayed severe enteritis in the valve intestine. The microbial diversity analysis showed that heat stress led to the disorder in intestinal microbiota, manifesting as an explosive increase in the abundance of thermophilic intestinal pathogens such as Plesiomonas, Cetobacterium, and Aeromonas and causing physiological dysfunction in the sturgeons. The disorder was followed by significant inhibition of intestinal digestion with reduced chymotrypsin, α-amylase, and lipase activities in the valve intestine and of antioxidant function with reduced peroxidase (POD) and catalase (CAT) activities. Simultaneously, heat stress reduced the thermal tolerance of sturgeons by reducing Grp75 expression and damaged the valve intestine’s repair ability with increased Tgf-β expression. The results confirmed that heat stress damaged the sturgeon intestines obviously and disturbed the intestinal microbiota, resulting in serious physiological dysfunction. The present study investigated the mechanism of the effect of heat stress on the sturgeon intestine and will help develop strategies to improve the resistance to thermal stress for wild and cultured sturgeons. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura, um importante fator ambiental abiótico, regula várias funções fisiológicas em caracóis terrestres e, portanto, determina sua distribuição biogeográfica. Assim, espécies com diferentes distribuições podem apresentar diferentes limites de tolerância térmica. Adicionalmente, a reativação intensa da taxa metabólica do caracol ao despertar da hibernação ou estivação pode provocar estresse. Os caracóis terrestres Helix lucorum apresentam uma ampla distribuição altitudinal, resultando em populações expostas a diferentes variações sazonais de temperatura. O objetivo do presente estudo foi investigar a expressão de proteínas de choque térmico (Hsps), quinases ativadas por mitógenos (MAPKs) e proteínas relacionadas à apoptose (Bcl-2, ubiquitina), que possuem funções 'citoprotetoras' e também são consideradas indicadores confiáveis de estresse devido ao seu papel crucial na manutenção da homeostase celular. Essas proteínas foram avaliadas em indivíduos de H. lucorum de duas populações diferentes, uma em Axios (nível do mar, 0 m) e outra em Kokkinopilos (Olimpo, 1250 m), bem como após trocas populacionais mútuas, a fim de descobrir se as diferentes respostas dessas proteínas relacionadas ao estresse dependem apenas da temperatura ambiental. Os resultados mostraram níveis alterados sazonalmente em todas as proteínas estudadas no hepatopâncreas e no pé dos caracóis, tanto entre diferentes populações quanto entre as mesmas populações expostas a altitudes variadas. No entanto, indivíduos da mesma população em seu habitat nativo ou aclimatados a um habitat diferente mostraram um padrão de expressão relativamente similar, apoiando a indução das proteínas específicas de acordo com a história de vida de cada espécie. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Seasonal cellular stress phenomena and phenotypic plasticity in land snail Helix lucorum populations from different altitudes: Temperature, a major abiotic environmental factor, regulates various physiological functions in land snails and therefore determines their biogeographical distribution. Thus, species with different distributions may present different thermal tolerance limits. Additionally, the intense reactivation of snail metabolic rate upon arousal from hibernation or estivation may provoke stress. Land snails, Helix lucorum, display a wide altitudinal distribution resulting in populations being exposed to different seasonal temperature variations. The aim of the present study was to investigate the expression of heat shock proteins (Hsps), mitogen activated protein kinases (MAPKs) and proteins that are related to apoptosis (Bcl-2, ubiquitin), that have 'cytoprotective' roles and are also considered to be reliable indicators of stress because of their crucial role in maintaining cellular homeostasis. These proteins were assessed in H. lucorum individuals from two different populations, one at Axios (sea level, 0 m) and the other at Kokkinopilos (Olympus, 1250 m), as well as after mutual population exchanges, in order to find out whether the different responses of these stress-related proteins depend solely on the environmental temperature. The results showed seasonally altered levels in all studied proteins in the hepatopancreas and foot of snails, both among different populations and between the same populations exposed to varying altitudes. However, individuals of the same population in their native habitat or acclimatized to a different habitat showed a relatively similar pattern of expression, supporting the induction of the specific proteins according to the life history of each species. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

As antocianinas possuem propriedades anti-inflamatórias, anticarcinogênicas e antioxidantes, efeitos antienvelhecimento, bem como aplicação potencial como pigmentos. O metabolismo das antocianinas em alimentos fermentados tem atraído atenção crescente. Entretanto, o efeito da fermentação por bactérias do ácido lático (BAL) em sua atividade antienvelhecimento permanece amplamente desconhecido. O presente estudo teve como objetivo investigar as composições, atividades antioxidantes e efeito antienvelhecimento das antocianinas fermentadas da batata-doce roxa (AFBR) no envelhecimento de Caenorhabditis elegans em comparação com as antocianinas brutas da batata-doce roxa (ABR). Os resultados mostraram que as antocianinas foram degradadas em ácidos fenólicos mais biodisponíveis pela fermentação com Weissella confusa. ABR e AFBR podem estender a vida útil de C. elegans em 26,7% e 37,5%, respectivamente, através da melhoria da atividade de enzimas antioxidantes, bem como da diminuição do conteúdo de MDA, níveis de ERO e acúmulo de lipofuscina. O pré-tratamento dos vermes com ABR e AFBR induziu seu potencial para resistir à tolerância térmica e ao estresse oxidativo, e AFBR exerceu um maior efeito antiestresse do que ABR. Além disso, a suplementação com AFBR regulou positivamente as expressões de mRNA dos genes daf-16, hsp-16.2, sir-2.1, skn-1 e sod-3 e regulou negativamente a expressão de daf-2 nos nematódeos, enquanto ABR apenas induziu o aumento nas expressões de sir-2.1, skn-1 e sod-3. No geral, AFBR pode melhorar a resistência ao estresse e estender a vida útil de C. elegans tanto pela via de sinalização da insulina/IGF-1 quanto pela via de restrição alimentar, fornecendo uma base teórica para a aplicação de ABR em alimentos fermentados como pigmentos funcionais. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Anti-aging effects of the fermented anthocyanin extracts of purple sweet potato on: Caenorhabditis elegans: Anthocyanins have anti-inflammatory, anticarcinogenic and antioxidant properties and anti-aging effects as well as potential application as pigments. The metabolism of anthocyanins in fermented food has attracted increasing attention. However, the effect of lactic acid bacteria (LAB) fermentation on its anti-aging activity remains mostly unknown. The current study aimed to investigate the compositions, antioxidant activities and anti-aging effect of fermented purple sweet potato anthocyanins (FSPA) on aging Caenorhabditis elegans compared to raw purple sweet potato anthocyanins (PSPA). Results showed that anthocyanins were degraded into more bioavailable phenolic acids by Weissella confusa fermentation. PSPA and FSPA can extend the lifespan of C. elegans by 26.7% and 37.5%, respectively, through improving the activity of antioxidant enzymes as well as decreasing MDA content, ROS levels and lipofuscin accumulation. Pretreatment of the worms with PSPA and FSPA induced their potential to resist to thermal tolerance and oxidative stress, and FSPA exerted a higher anti-stress effect than PSPA. Moreover, FSPA supplementation upregulated the mRNA expressions of genes daf-16, hsp-16.2, sir-2.1, skn-1 and sod-3 and downregulated the expression of daf-2 in the nematodes, whereas PSPA only induced the increase in the expressions of sir-2.1, skn-1 and sod-3. Overall, FSPA can improve stress resistance and extend the lifespan of C. elegans by both insulin/IGF-1 signaling pathway and dietary restriction pathway, providing a theoretical basis for the application of PSPA in fermented food as functional pigments. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Cirurgia, radioterapia e quimioterapia têm sido relatadas como os principais tratamentos para o câncer, que é uma das doenças mais letais reportadas. No entanto, devido à alta invasividade nos pacientes, a hipertermia oncológica tem sido estudada como um tratamento não invasivo. A hipertermia utiliza uma diferença na tolerância térmica entre células normais e cancerígenas e fornece estímulo térmico à parte afetada para matar seletivamente as células cancerígenas. Para desenvolver condições eficazes para hipertermia, é necessário um estudo in vitro para avaliar a tolerância térmica. Entretanto, como os recipientes de cultura celular existentes não podem controlar a temperatura de cultura, a genuína tolerância térmica das células não pode ser investigada adequadamente. Para revelar a temperatura crítica adequada para hipertermia, desenvolvemos um dispositivo de cultura que controla a temperatura de cultura. Com o dispositivo desenvolvido, a temperatura de cultura foi regulada consideravelmente mais rapidamente do que o método convencional com os recipientes existentes, o que nos permitiu estudar a tolerância térmica das células adequadamente. Para o controle da temperatura de cultura, o dispositivo possui um substrato de cultura de titânio, onde um elemento Peltier é fixado. Como a biocompatibilidade do dispositivo foi confirmada, a diferença na tolerância térmica entre células normais e cancerígenas foi investigada usando o dispositivo desenvolvido, bem como fibroblastos dérmicos humanos normais e Michigan Cancer Foundation-7 como espécies celulares modelo. Portanto, foi confirmado que as células cancerígenas eram mais sensíveis ao estímulo térmico do que as células normais, o que foi qualitativamente consistente com estudos anteriores. Assim, nosso dispositivo desenvolvido pode ser usado para investigar a tolerância térmica de cada espécie celular, o que contribuirá para o desenvolvimento da hipertermia oncológica. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Titanium Culture Vessel Capable of Controlling Culture Temperature for Evaluation of Cell Thermotolerance: Surgery, radiation therapy, and chemical therapy have been reported as the main treatments for cancer, which is one of the deadliest reported diseases. However, because of the high invasiveness of patients, cancer hyperthermia has been studied as a non-invasive treatment. Hyperthermia uses a difference in thermal tolerance between normal and cancer cells and provides an affected part thermal stimulation to kill cancer cells selectively. To develop effective conditions for hyperthermia, an in vitro study to evaluate the thermal tolerance is required. However, because the existing cell culture vessels cannot control the culture temperature, genuine thermal tolerance of cells cannot be investigated appropriately. To reveal the critical temperature proper for hyperthermia, we developed a culture device controlling culture temperature. With the developed device, culture temperature was regulated considerably more quickly than the conventional method with the existing vessels, which enabled us to study the thermal tolerance of cells appropriately. For the control of culture temperature, the device has a titanium culture substrate, where a Peltier element is adhered. Because the biocompatibility of the device was confirmed, the difference in thermal tolerance between normal and cancer cells was investigated using the developed device as well as normal human dermal fibroblasts and Michigan Cancer Foundation-7 as model cell species. Therefore, it was confirmed that cancer cells were more sensitive to thermal stimulation than normal cells, which was qualitatively consistent with previous studies. Thus, our developed device can be used to investigate the thermal tolerance of each cell species, which will contribute to the development of cancer hyperthermia. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O mexilhão-zebra, Dreissena polymorpha, continua a se espalhar de sua área nativa na Eurásia para a Europa e América do Norte, causando bilhões de dólares em danos e alterando drasticamente os ecossistemas aquáticos invadidos. Apesar desses impactos, existem poucos recursos genômicos para Dreissena ou bivalves relacionados. Embora o genoma de D. polymorpha seja altamente repetitivo, utilizamos uma combinação de sequenciamento de leitura longa e scaffolding baseado em Hi-C para gerar um assembly genômico de alta qualidade em escala cromossômica. Através de análise comparativa e experimentos de transcriptômica, obtivemos insights sobre processos que provavelmente controlam o sucesso invasivo dos mexilhões-zebra, incluindo formação da concha, síntese de filamentos do bisso e tolerância térmica. Identificamos múltiplos elementos íntegros semelhantes ao steamer, um retrotransposon que tem sido associado ao câncer transmissível em mariscos marinhos. Também descobrimos que D. polymorpha possui um genoma mitocondrial incomum de 67 kb contendo numerosas repetições em tandem, tornando-o o maior observado em Eumetazoa. Juntos, esses achados criam um recurso valioso para pesquisas e esforços de controle de espécies invasoras. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The genome of the zebra mussel, Dreissena polymorpha: a resource for comparative genomics, invasion genetics, and biocontrol: The zebra mussel, Dreissena polymorpha, continues to spread from its native range in Eurasia to Europe and North America, causing billions of dollars in damage and dramatically altering invaded aquatic ecosystems. Despite these impacts, there are few genomic resources for Dreissena or related bivalves. Although the D. polymorpha genome is highly repetitive, we have used a combination of long-read sequencing and Hi-C-based scaffolding to generate a high-quality chromosome-scale genome assembly. Through comparative analysis and transcriptomics experiments, we have gained insights into processes that likely control the invasive success of zebra mussels, including shell formation, synthesis of byssal threads, and thermal tolerance. We identified multiple intact steamer-like elements, a retrotransposon that has been linked to transmissible cancer in marine clams. We also found that D. polymorpha have an unusual 67 kb mitochondrial genome containing numerous tandem repeats, making it the largest observed in Eumetazoa. Together these findings create a rich resource for invasive species research and control efforts. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A abelha melífera europeia, Apis mellifera L., é o polinizador manejado individualmente mais valioso do mundo. A saúde deficiente da colônia ou perdas anormalmente altas de colônias de abelhas melíferas manejadas resultam de uma miríade de fatores de estresse, que são mais prejudiciais em combinação. Espera-se que as mudanças climáticas acentuem os efeitos desses fatores de estresse, mas as respostas fisiológicas e comportamentais das abelhas melíferas a temperaturas elevadas, enquanto sob influência simultânea de um ou mais fatores de estresse, permanecem amplamente desconhecidas. Aqui testamos a hipótese de que a exposição a doses agudas e subletais de inseticidas neonicotinoides reduz a tolerância térmica em abelhas melíferas. Administramos a abelhas doses orais de imidacloprido e acetamiprido em 1/5, 1/20 e 1/100 da DL₅₀ e medimos sua tolerância ao calor 4 horas após a alimentação, usando protocolos dinâmicos e estáticos. Contrariamente às nossas expectativas, a exposição aguda a doses subletais de ambos os inseticidas resultou em maior tolerância térmica e maiores taxas de sobrevivência das abelhas. Abelhas que ingeriram as doses mais altas de inseticidas apresentaram uma temperatura crítica máxima de 2°C a 5°C maior do que a do grupo de controle, e redução de 67% a 87% na mortalidade. Nosso estudo sugere uma resiliência das abelhas melíferas a altas temperaturas quando outros fatores de estresse estão presentes, o que é consistente com estudos em outros insetos. Discutimos as implicações desses resultados e hipotetizamos que esse efeito compensatório provavelmente se deve à indução de proteínas de choque térmico pelos inseticidas, o que fornece proteção temporária contra temperaturas elevadas. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Acute exposure to sublethal doses of neonicotinoid insecticides increases heat tolerance in honey bees: The European honey bee, Apis mellifera L., is the single most valuable managed pollinator in the world. Poor colony health or unusually high colony losses of managed honey bees result from a myriad of stressors, which are more harmful in combination. Climate change is expected to accentuate the effects of these stressors, but the physiological and behavioral responses of honey bees to elevated temperatures while under simultaneous influence of one or more stressors remain largely unknown. Here we test the hypothesis that exposure to acute, sublethal doses of neonicotinoid insecticides reduce thermal tolerance in honey bees. We administered to bees oral doses of imidacloprid and acetamiprid at 1/5, 1/20, and 1/100 of LD<inf>50</inf> and measured their heat tolerance 4 h post-feeding, using both dynamic and static protocols. Contrary to our expectations, acute exposure to sublethal doses of both insecticides resulted in higher thermal tolerance and greater survival rates of bees. Bees that ingested the higher doses of insecticides displayed a critical thermal maximum from 2 ̊C to 5 ̊C greater than that of the control group, and 67%–87% reduction in mortality. Our study suggests a resilience of honey bees to high temperatures when other stressors are present, which is consistent with studies in other insects. We discuss the implications of these results and hypothesize that this compensatory effect is likely due to induction of heat shock proteins by the insecticides, which provides temporary protection from elevated temperatures. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Termoterapia e quimioterapia têm recebido ampla atenção no tratamento de tumores. Entretanto, a tolerância térmica e a resistência a medicamentos limitam severamente o efeito clínico da terapia tumoral devido ao estresse do retículo endoplasmático (RE). Reduzir a tolerância térmica e a resistência a medicamentos dos tumores é um desafio urgente a ser resolvido. Neste trabalho, projetamos uma nanoplataforma de PBA-Dtxl@MIL-101 como um inibidor do RE. Nanopartículas de estrutura metal-orgânica de Fe funcionalizadas com amino grupos (MIL-101) são sintetizadas como sistema de entrega de medicamentos com dupla resposta a estímulos de pH e micro-ondas (MW). Em seguida, as chaperonas químicas de ácido 4-fenilbutírico (PBA) e o medicamento antineoplásico Docetaxel (Dtxl) foram carregados com sucesso nas nanopartículas de MIL-101 para formar nanopartículas de PBA-Dtxl@MIL-101. Além disso, as nanopartículas de PBA-Dtxl@MIL-101 exibem efeito inibidor do estresse do RE através da regulação positiva de proteínas caspase 9 e reduzem a tolerância térmica pela regulação negativa de HSP 90. Foi demonstrado que a terapia sensibilizada pelas nanopartículas de PBA-Dtxl@MIL-101 destruiu obviamente as células tumorais, mostrando simultaneamente termo-quimioterapia aprimorada. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Chemical chaperone delivered nanoscale metal–organic frameworks as inhibitor of endoplasmic reticulum for enhanced sensitization of thermo-chemo therapy: Thermotherapy and chemotherapy have received extensive attention to tumor treatment. However, thermal tolerance and drug resistance severely limit clinical effect of tumor therapy owing to endoplasmic reticulum (ER) stress. Reducing thermal tolerance and drug resistance of tumors is an urgent challenge to be solved. In this work, we design a nanoplatform of PBA-Dtxl@MIL-101 as an ER inhibitor. Amino functionalized Fe-metal organic framework (MIL-101) nanoparticles are synthesized as pH and microwave (MW) dual stimuli-responsive drug delivery system. Then, the chemical chaperones of 4-phenylbutyric acid (PBA) and antineoplastic drug Docetaxel (Dtxl) were successfully loaded into MIL-101 nanoparticles to form PBA-Dtxl@MIL-101 nanoparticles. Furthermore, PBA-Dtxl@MIL-101 nanoparticles exhibit inhibitor effect of ER stress through upregulating caspase 9 proteins and reduce thermal tolerance by downregulating HSP 90. It was demonstrated that the therapy sensitized by PBA-Dtxl@MIL-101 nanoparticles obviously destroyed tumor cells, showing simultaneously enhanced thermo-chemo therapy. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O cromo (Cr) é considerado o poluente ubíquo mais comum para animais aquáticos, incluindo peixes. Um experimento foi conduzido para determinar a toxicidade aguda e crônica do Cr, pH e alta temperatura em Anabas testudineus. A concentração letal (LC₅₀) do Cr sozinho foi determinada como 55,02 mg L⁻¹, Cr e pH baixo 48,19 mg L⁻¹ e Cr, pH baixo e alta temperatura 47,16 mg L⁻¹. A toxicidade crônica de baixa dose de Cr, pH e alta temperatura (1/10 e 1/20 da LC₅₀) foi projetada para executar o experimento por 72 dias. As enzimas de estresse e biomarcadores determinados foram: superóxido dismutase, catalase, glutationa peroxidase, glutationa-S-transferase, peróxido lipídico, acetilcolina esterase, cortisol, HSP-70, glicose sanguínea, aspartato aminotransferase, alanina aminotransferase e malato desidrogenase, lactato desidrogenase, ATPase e genotoxicidade neste estudo. Também estudamos a resposta integrada de biomarcadores (IBR), que revelou que a toxicidade do Cr aumentou com a exposição simultânea ao pH e alta temperatura. Todos os atributos bioquímicos foram significativamente alterados com a exposição ao Cr sozinho e com pH baixo e alta temperatura, exceto SOD branquial. Além disso, a tolerância térmica também foi determinada, e os resultados revelaram que a tolerância térmica foi significativamente reduzida com a exposição ao Cr sozinho e Cr e exposição a pH baixo em A. testudineus. O presente estudo concluiu que a toxicidade crônica do Cr é aumentada com pH baixo e alta temperatura e levou à compreensão da abordagem múltipla da toxicidade do Cr que afeta biomarcadores de estresse, estresse metabólico celular e tolerância térmica de A. testudineus. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Multi-biomarker approach to assess chromium, pH and temperature toxicity in fish: Chromium (Cr) is considered as the most common ubiquitous pollutant for aquatic animals including fish. An experiment was conducted to determine the acute and chronic toxicity of Cr, pH and high temperature in Anabas testudineus. Lethal concentration (LC<inf>50</inf>) of Cr alone was determined as 55.02 mg L−1, Cr and low pH 48.19 mg L−1 and Cr, low pH and high temperature 47.16 mg L−1. The chronic toxicity of low dose of Cr, pH and high temperature (1/10th and 1/20th of LC<inf>50</inf>) was designed to execute the experiment for 72 days. The stress enzymes and biomarkers were determined viz. superoxide dismutase, catalase, glutathione peroxidase, glutathione-s-transferase, lipid peroxide, acetylcholine esterase, cortisol, HSP-70, blood glucose, aspartate amino transferase, alanine amino transferase and malate dehydrogenase, lactate dehydrogenase, ATPase and genotoxicity in this study. We had also studied the integrated biomarker response (IBR), which revealed that Cr toxicity enhanced with concurrent exposure to pH and high temperature. All the biochemical attributes were significantly altered with exposure to Cr alone and with low pH and high temperature except gill SOD. Further, thermal tolerance was also determined, and results revealed that thermal tolerance was significantly reduced with exposure to Cr alone and Cr and low pH exposure in A. testudineus. The present study concluded that, the chronic toxicity of Cr is enhanced with low pH and high temperature and it has led to understanding the multi-approach of Cr toxicity which affect, stress biomarkers, cellular metabolic stress and thermal tolerance of A. testudineus. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tolerância à temperatura de Gracilariopsis lemaneiformis cultivada por quase 35 anos foi comparada com sua contraparte selvagem após exposição por 24 horas a diferentes temperaturas (variando de 9 a 29°C), através da análise de diferentes parâmetros de fotossíntese e respiração, fluorescência da clorofila a, sistema de dano/defesa por estresse oxidativo e resposta de proteínas de choque térmico. O índice de desempenho (PIABS) e a taxa de transporte de elétrons das cepas cultivadas foram significativamente menores do que os das cepas selvagens a 9°C e significativamente melhores a 29°C. Além disso, o rendimento quântico máximo do PSII (FV/FM), bem como as taxas de fotossíntese e respiração da cepa cultivada, também foram significativamente melhores do que os da cepa selvagem a 29°C. Os níveis de malondialdeído e H2O2 da cepa cultivada foram significativamente menores do que os da cepa selvagem a 29°C. As atividades de ascorbato peroxidase (APX) e glutationa peroxidase (GSH-PX), o nível de expressão de hsp70 e o conteúdo proteico de hsp70 da cepa cultivada foram maiores do que os da cepa selvagem a 29°C. Danos resultantes da peroxidação lipídica de membrana foram evidentes na cepa selvagem em alta temperatura, o que diminuiu a fotossíntese na cepa selvagem quando comparada à cepa cultivada. Com base nos resultados acima, concluímos que a G. lemaneiformis cultivada apresenta agora menor tolerância à baixa temperatura e maior tolerância à alta temperatura, o que pode estar relacionado à adaptação de longo prazo da planta ao método de cultivo. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Changes in the temperature tolerance profile of Gracilariopsis lemaneiformis from the perspective of photosynthesis, respiration, and biochemical markers after many years of vegetative propagation: The temperature tolerance of Gracilariopsis lemaneiformis cultivated for nearly 35 years was compared to its wild-type counterpart after exposing them for 24-h to different temperatures (ranging from 9 to 29°C), by surveying different parameters of photosynthesis and respiration, chlorophyll a fluorescence and oxidative stress damage/defense system, and the heat shock protein response. The performance index (PI<inf>ABS</inf>) and the electron transport rate of the cultivated strains were significantly lower than those of the wild strains at 9°C and significantly better at 29°C. Additionally, the maximum quantum yield of PSII (F<inf>V</inf>/F<inf>M</inf>), as well as photosynthesis and respiration rates of the cultivated strain, was also significantly better than those of the wild strain at 29°C. The malondialdehyde and H<inf>2</inf>O<inf>2</inf> level of the cultivated strain were significantly lower than the wild strain at 29°C. The ascorbate peroxidase (APX) and glutathione peroxidase (GSH-PX) activities, hsp70 expression level, and hsp70 protein content of the cultivated strain were higher than the wild strain at 29°C. Damage resulting from membrane lipid peroxidation was evident in the wild strain at the high temperature, which decreased photosynthesis in the wild strain when compared to the cultivated strain. Based on the above outcomes, we conclude that cultivated G. lemaneiformis now has a weaker low-temperature tolerance and a greater high-temperature tolerance which may be related to long-term plant adaptation to the cultivation method. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

As mudanças climáticas têm o potencial de afetar drasticamente a fisiologia térmica das espécies e podem alterar a ecologia e evolução das linhagens das espécies. Neste trabalho, investigamos a transição da dinâmica na resposta ao choque térmico quando o estresse térmico se aproxima dos limites térmicos superiores das espécies para entender como as mudanças climáticas podem afetar as respostas ao choque térmico em ectotérmicos e endotérmicos. A proteína de choque térmico 70, HSP70, previne a desnaturação ou dobramento incorreto de proteínas sob estresses térmicos. Quando o estresse térmico aumenta, o número de proteínas mal dobradas aumenta, o que leva a altos níveis da proteína HSP70. No entanto, quando as temperaturas se aproximam dos limites de tolerância térmica (ou seja, a temperatura crítica máxima, CTmax, para ectotérmicos e a temperatura crítica superior, SCT, para endotérmicos), os níveis de síntese da proteína HSP70 começam a diminuir. Assim, nossa hipótese é que a temperatura na primeira redução da abundância de HSP indica os limites térmicos da espécie. Neste trabalho, fornecemos um modelo matemático para investigar o comportamento das respostas ao choque térmico relacionadas à proteína HSP70. Este modelo captura a dinâmica da proteína HSP70 e do mRNA Hsp70, em células HeLa (ou seja, representativas para endotérmicos) e múltiplas espécies de peixes (ou seja, representativas para ectotérmicos) com diferentes históricos de aclimatação. Com base em nossa hipótese da relação entre o nível da proteína HSP70 e CTmax/SCT, nosso modelo fornece três métodos para prever o CTmax de peixes com temperatura de aclimatação variável e o SCT de células HeLa. O CTmax aumenta à medida que a temperatura de aclimatação aumenta em peixes, no entanto o CTmax estabiliza quando a temperatura de aclimatação é superior a 20°C no truta-de-riacho, um salmonídeo de água fria representativo. Nosso modelo também captura a situação de que a reação ao choque térmico em peixes é mais sensível à temperatura do choque térmico do que em células HeLa, quando a temperatura do choque térmico é inferior à tolerância térmica superior. No entanto, tanto peixes quanto células HeLa são sensíveis à temperatura do choque térmico quando a temperatura atinge os limites de tolerância térmica. Adicionalmente, nosso resultado de análise de sensibilidade indica que o status de alguns componentes na reação ao choque térmico muda quando a temperatura atinge a tolerância térmica, resultando em falha no redobramento de proteínas em peixes e acelerando o processo de redobramento em células HeLa. A análise matemática também é aplicada em um modelo matemático simplificado para investigar a dinâmica detalhada do modelo, como os estados estacionários do substrato, mRNA Hsp70 e proteína HSP70, em diferentes estresses térmicos. A comparação entre o modelo original e o modelo simplificado mostra que a inibição da transcrição da proteína HSP70 por estresses térmicos leva à redução na proteína HSP70 em temperaturas extremas. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Mathematical modeling and analysis of the heat shock protein response during thermal stress in fish and HeLa cells: The climate change has the potential to dramatically affect species’ thermal physiology and may change the ecology and evolution of species’ lineages. In this work, we investigated the transition of dynamics in the heat shock response when the thermal stress approaches the upper thermal limits of species to understand how the climate change may affect the heat shock responses in ectotherms and endotherms. The heat shock protein 70, HSP70, prevents protein denaturation or misfolding under thermal stresses. When thermal stress increases, the number of misfolded proteins increases, which leads to high levels of HSP70 protein. However, when temperatures approach limits of thermal tolerance (i.e., the critical thermal maximum, CTmax, for ectotherms and the superior critical temperature, SCT, for endotherms), levels of HSP70 protein synthesis start to decrease. Thus, we hypothesized that the temperature at the first reduction of HSP abundance indicates the thermal limits of the species. In this work, we provide a mathematical model to investigate the behavior of the heat shock responses related to HSP70 protein. This model captures the dynamics of HSP70 protein and Hsp70 mRNA, in HeLa cells (i.e., representative for endotherms) and multiple species of fishes (i.e., representative for ectotherms) with different acclimation histories. Based on our hypothesis of the relationship between the HSP70 protein level and CTmax/SCT, our model provides three methods to predict the CTmax of fishes with varying acclimation temperature and the SCT of HeLa cells. The CTmax increases as the acclimation temperature increases in fishes, however the CTmax plateaus when the acclimation temperature is higher than 20°C in brook trout, a representative cool water salmonid. Our model also captures the situation that the heat shock reaction in fish is more sensitive to the heat shock temperature than HeLa cells, when the heat shock temperature is lower than the upper thermal tolerance. However, both fish and HeLa cells are sensitive to the heat shock temperature when the temperature reaches the thermal tolerance limits. Additionally, our sensitive analysis result indicates that the status of some components in the heat shock reaction changes when the temperature reaches the thermal tolerance resulting in failure in protein refolding in fish and speeding up the refolding process in HeLa cells. Mathematical analysis is also applied on a simplified mathematical model to investigate the detailed dynamics of the model, such as the steady states of the substrate, Hsp70 mRNA, and HSP70 protein, at different thermal stresses. The comparison between the original model and simplified model shows that the inhibition on HSP70 protein transcription by thermal stresses leads to the reduction in HSP70 protein at extreme temperatures. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

As ondas de calor representam um desafio para os ectotérmicos aquáticos. No entanto, a tolerância térmica dos animais e sua plasticidade fenotípica individual para responder às ondas de calor podem ser influenciadas pelo histórico térmico. Testamos essas hipóteses comparando a tolerância térmica superior e as capacidades individuais de esgana-gatos de populações com diferentes históricos térmicos para responder às ondas de calor. Duas populações eram originárias de habitats termicamente poluídos de usinas nucleares, enquanto quatro locais representavam áreas de controle geograficamente adjacentes. Para separar a adaptação genética da resposta plástica fenotípica, medimos a tolerância térmica superior individual e as respostas em nível molecular em condições de jardim comum antes e depois de uma onda de calor simulada em laboratório. Descobrimos que os esgana-gatos exibem plasticidade fenotípica considerável na tolerância térmica, uma vez que a onda de calor aumentou significativamente a tolerância térmica superior dos peixes. A plasticidade individual para responder à onda de calor também foi negativamente correlacionada com a tolerância térmica inicial. Por outro lado, nem a tolerância térmica nem as respostas plásticas diferiram entre os locais de usinas nucleares e de controle, apesar da detecção de divergência genômica significativa, porém baixa, em 10 de 15 comparações pareadas. Nossos resultados sugerem que cinco décadas de atividade de usinas nucleares com água mais quente não resultaram em uma mudança evolutiva detectável na tolerância térmica superior ou em sua plasticidade nos esgana-gatos, potencialmente tornando-os sensíveis a ondas de calor frequentes. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Are you ready for the heat? Phenotypic plasticity versus adaptation of heat tolerance in three-spined stickleback: Heat waves constitute a challenge for aquatic ectotherms. However, the thermal tolerance of animals and their individual phenotypic plasticity to respond to heat waves may be influenced by thermal history. We tested these hypotheses by comparing the upper thermal tolerance and the individual capacities of three-spined sticklebacks from populations with different thermal histories to respond to heat waves. Two populations originated from thermally polluted nuclear power plant (NPP) habitats, while four locations represented geographically adjacent control areas. To disentangle the genetic adaptation from the phenotypic plastic response, we measured the individual upper thermal tolerance and the responses at molecular level in common-garden conditions before and after a laboratory-mimicked heat wave. We found that the sticklebacks exhibit considerable phenotypic plasticity in thermal tolerance since the heat wave increased fish upper thermal tolerance significantly. The individual plasticity to respond to the heat wave was also negatively correlated with initial thermal tolerance. On the other hand, neither the thermal tolerance nor the plastic responses differed between NPP and control sites despite detection of significant but low genome-wide divergence in 10 out of 15 pairwise comparisons. Our results suggest that five decades of NPP activity with warmer water have not resulted in a detectable evolutionary change in either the upper thermal tolerance or its plasticity in three-spined sticklebacks potentially rendering them sensitive to frequent heat waves. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os efeitos prejudiciais do estresse térmico agudo (ETA) na produção avícola têm sido amplamente relatados. Desvendar as respostas fisiológicas e metabólicas ao ETA poderia ajudar a fornecer base teórica para desenvolver estratégias para mitigar danos musculares induzidos por hipertermia. Aqui, investigamos os efeitos de diferentes durações de ETA (45 °C por 0,5, 1, 2 e 4 h) em miotubos aviários diferenciados. Os resultados indicaram que o ETA destruiu a morfologia dos miotubos diferenciados, e o grau de dano aumentou com a prolongação do ETA. O perfil transcricional dinâmico identificou 67, 467, 1355 e 2627 genes diferencialmente expressos (GDEs) após 0,5, 1, 2 e 4 h de estresse térmico, respectivamente. Apenas 50 GDEs foram regulados em todos os pontos temporais. Além disso, genes envolvidos no ciclo celular, processo metabólico e resposta imune foram regulados positivamente sob estresse térmico de curto prazo (0,5 e 1 h). No entanto, essas respostas de tolerância térmica foram suprimidas sob estresse térmico prolongado (2 e 4 h). Adicionalmente, a rápida resposta dos genes de chaperonas moleculares pode ser um alvo principal para aclimatação à hipertermia. No geral, as atuais análises de transcriptoma revelam as mudanças dinâmicas dos miotubos aviários ao ETA e promovem a compreensão dos mecanismos moleculares envolvidos na resposta ao estresse térmico em aves. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Comparative transcriptome analyses reveal the dynamic responses of avian myotubes to acute heat stress: The detrimental effects of acute heat stress (AHS) on poultry production have been widely reported. Unraveling the physiological and metabolic responses to AHS could help to provide theoretical basis for developing strategies to mitigate hyperthermia-induced muscle damage. Here, we investigated the effects of different durations of AHS (45 °C for 0.5, 1, 2 and 4 h) on differentiated avian myotubes. Results indicated that AHS destroyed the morphology of differentiated myotubes, and the degree of damage increased with the prolongation of AHS. Dynamic transcriptomic profiling identified 67, 467, 1355 and 2627 differentially expressed genes (DEGs) after 0.5, 1, 2, and 4 h of heat stress, respectively. Only 50 DEGs were regulated across all time points. In addition, genes involved in cell cycle, metabolic process and immune response were upregulated upon short-term heat stress (0.5 and 1 h). However, these thermal-tolerance responses were suppressed upon prolonged heat stress (2 and 4 h). Furthermore, the quick response of molecular chaperone genes might be major targets for acclimation to hyperthermia. Overall, the current transcriptome analyses reveal the dynamic changes of avian myotubes to AHS and promote an understanding of the molecular mechanisms involved in the heat stress response in poultry. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A ação climática foi um dos principais objetivos dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável das Nações Unidas (ou seja, ODS da ONU: 13), que é "tomar medidas urgentes para combater a mudança climática e seus impactos". A Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudança do Clima (UNFCCC) também concordou em melhorar as estratégias de mitigação e adaptação à mudança climática, juntamente com os objetivos dos ODS. A tolerância térmica foi proposta como uma das possíveis estratégias de adaptação para animais afetados por efeitos antropogênicos e calor excessivo da mudança climática. No entanto, nenhuma análise cienciométrica da pesquisa sobre tolerância térmica foi conduzida até o momento. Como resultado, o objetivo deste estudo foi reunir informações da literatura para determinar o estado atual da tolerância térmica, tendências de desenvolvimento e pesquisa atual. Os pesquisadores poderão entender melhor as tendências e o desenvolvimento da área temática de pesquisa da tolerância térmica usando a análise cienciométrica para gerar dados sobre tolerância térmica. Para análise de frequência, coocorrência, cocitação, agrupamento e explosão, foi utilizado o software CiteSpace. A revisão cienciométrica de estudos sobre tolerância térmica de 1970 a 2021 (5243 estudos) revela aumentos significativos no tamanho da literatura, na frequência de citações e nos hotspots investigados. Susan Lindquist e o Journal of Thermal Biology são os autores e periódicos mais influentes, respectivamente. Os agrupamentos mais comuns relacionados à área temática da tolerância térmica são consumo de oxigênio e proteína de choque térmico, com mudança climática e temperatura sendo uma das palavras-chave mais populares. Concluímos que, juntamente com o campo próspero e as questões de mudança climática, a tolerância térmica está se tornando um dos interesses de pesquisa futuros. Além disso, conhecer as tendências e desenvolvimentos atuais da tolerância térmica em espécies aquáticas é importante para várias partes interessadas. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Trends and developments in thermal tolerance: A scientometric research study: Climate action was among one of the main targets for the United Nation Sustainable Development Goals (i.e. UN SDG: 13), which is to "take urgent action to combat climate change and its impacts". The United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC) is also concurred to improve climate change's mitigation and adaptation strategies along with the SDG's goals. Thermal tolerance has been proposed as one of the possible adaptation strategies for animals affected by anthropogenic effects and excess heat from climate change. However, no scientometrics analysis of thermal tolerance research has been conducted to date. As a result, the goal of this study was to gather information from the literature to determine the current state of thermal tolerance, development trends, and current research. Researchers will be able to better understand the trends and development of the thematic research area of thermal tolerance by using scientometric analysis to generate data on thermal tolerance. For frequency, co-occurrence, co-citation, clustering, and burst analysis, CiteSpace software was used. The scientometric review of thermal tolerance studies from 1970 to 2021 (5243 studies) reveals significant increases in the size of the literature, the frequency of citations, and the hotspots investigated. Susan Lindquist and the Journal of Thermal Biology are the most influential authors and journals, respectively. The most common clusters related to the thematic area of thermal tolerance are oxygen consumption and heat shock protein, with climate change and temperature being one of the most popular keywords. We concluded that, along with the thriving field and climate change issues, thermal tolerance is becoming one of the future research interests. In addition, knowing the current trends and developments of thermal tolerance in aquatic species is important for various stakeholders. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aquecimento global tem levado comunidades científicas a considerar como aliviar o estresse térmico em humanos e animais. O presente estudo avaliou a suplementação com extrato de hsian-tsao (HTE) sobre o estresse térmico em Drosophila melanogaster e preliminarmente explicou seus possíveis mecanismos fisiológicos e moleculares. Nossos resultados indicaram que o tempo letal para 50% das moscas fêmeas alimentadas com HTE foi significativamente maior do que o das moscas machos na mesma temperatura de estresse térmico. Sob estresse térmico, o tempo de sobrevivência das fêmeas foi notavelmente aumentado nos grupos com adição de HTE comparado ao grupo sem adição. O endurecimento térmico por exposição aguda a 36°C por 30 min (9:00 às 9:30) todos os dias poderia prolongar significativamente a longevidade das fêmeas. Sem endurecimento térmico, o HTE aumentou a capacidade antioxidante das fêmeas sob estresse térmico, acompanhado por um incremento da atividade da catalase (CAT), e a inibição de radicais hidroxila (OH⋅) e ânions superóxido (⋅O₂–). A atividade da superóxido dismutase (SOD) e a inibição para ⋅O₂– foram significativamente afetadas pelo endurecimento térmico nos grupos sem adição de HTE, e diferenças significativas foram mostradas nas atividades de CAT e SOD, e na inibição para ⋅O₂– entre grupos com endurecimento térmico. Após exposição ao calor, a proteína de choque térmico 70 (Hsp70) foi apenas regulada positivamente no grupo com altos níveis de HTE adicionado comparado com o grupo sem, e isso foi similar no grupo com endurecimento térmico. Concluiu-se que a capacidade de alívio do estresse térmico do HTE pode ser parcialmente devido ao aumento das atividades enzimáticas de SOD e CAT, e à inibição de OH⋅ e ⋅O₂–. No entanto, os níveis de expressão de Hsp70 não foram bem relacionados com tolerância térmica ou sobrevivência ao calor. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Hsian-Tsao (Mesona chinensis Benth.) Extract Improves the Thermal Tolerance of Drosophila melanogaster: Global warming has prompted scientific communities to consider how to alleviate thermal stress in humans and animals. The present study assessed the supplementation of hsian-tsao extract (HTE) on thermal stress in Drosophila melanogaster and preliminarily explicated its possible physiological and molecular mechanisms. Our results indicated that the lethal time for 50% of female flies fed on HTE was significantly longer than that of male flies at the same heat stress temperature. Under thermal stress, the survival time of females was remarkably increased in the HTE addition groups compared to the non-addition group. Thermal hardening by acute exposure to 36°C for 30 min (9:00 to 9:30 a.m.) every day could significantly prolong the longevity of females. Without thermal hardening, HTE increased the antioxidant capacity of females under heat stress, accompanied by an increment of catalase (CAT) activity, and the inhibition for hydroxyl radicals (OH⋅) and superoxide anions (⋅O<inf>2</inf>–). Superoxide dismutase (SOD) activity and the inhibition for ⋅O<inf>2</inf>– was significantly affected by thermal hardening in the non-HTE addition groups, and significant differences were shown in CAT and SOD activities, and the inhibition for ⋅O<inf>2</inf>– among groups with thermal hardening. After heat exposure, heat shock protein 70 (Hsp70) was only up-regulated in the group with high levels of added HTE compared with the group without and this was similar in the thermal hardening group. It was concluded that the heat stress-relieving ability of HTE might be partly due to the enhancement of enzymatic activities of SOD and CAT, and the inhibition for OH⋅ and ⋅O<inf>2</inf>–. However, the expression levels of Hsp70 were not well related to thermal tolerance or heat survival. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Bemisia tabaci Mediterrâneo (MED) é um complexo de espécies crípticas altamente invasivo encontrado nas regiões tropicais, subtropicais e temperadas do mundo. É uma praga severa de várias culturas e um vetor de vírus fitopatogênicos, particularmente geminivírus. A aclimatação térmica de insetos é crítica para a sobrevivência em condições de temperatura desfavoráveis. Observamos uma alta taxa de sobrevivência de B. tabaci MED na estufa não controlada que apresentava condições de temperatura flutuante (CTF) de 10°C a 60°C nas estações de primavera e verão. Nosso estudo mostrou que enquanto B. tabaci MED foi criado sob CTF por 10 semanas de abril a junho, sua taxa de sobrevivência aumentou gradualmente quando o choque térmico foi tratado a 50°C por 0,5 h. Em contraste, o mesmo tratamento de choque térmico foi letal na colônia criada sob condição de temperatura constante (CTC) no insetário controlado. Após aclimatação, as temperaturas letais LT₅₀, LT₉₅ e LT₁₀₀ sob CTC foram 47,7°C, 50,1°C e 50,3°C, enquanto aquelas sob CTF foram 59,8°C, 62,7°C e 63,0°C, respectivamente. Além disso, observamos que os níveis de transcrição de três genes de proteínas de choque térmico (HSP) investigados (hsp20, hsp70 e hsp90) foram menores sob CTF do que sob CTC. Este estudo sugere que B. tabaci MED retém alta capacidade de aclimatação ao calor, tornando-o tolerante a condições térmicas extremas. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Developing extreme heat acclimation in Bemisia tabaci Mediterranean (Hemiptera: Aleyrodidae): Bemisia tabaci Mediterranean (MED) is a highly invasive cryptic species complex found in the world's tropical, subtropical, and temperate regions. It is a severe pest of various crops and a vector of plant pathogenic viruses, particularly geminiviruses. Thermal acclimation of insects is a critical for the survival in unfavorable temperature condition. We observed that great survival rate of B. tabaci MED at the uncontrolled greenhouse which had fluctuating temperature condition (FTC) from 10°C to 60°C in spring and summer season. Our study showed that while B. tabaci MED reared under FTC for 10 weeks from April to June, its survival rate was gradually increased when heat shock was treated 50°C for 0.5 h. In contrast, the same heat shock treatment was lethal in the colony reared under constant temperature condition (CTC) at the controlled insectary. After being acclimated, the lethal temperatures LT<inf>50</inf>, LT<inf>95</inf>, and LT<inf>100</inf> under CTC were 47.7°C, 50.1°C, and 50.3°C, whereas those under FTC were 59.8°C, 62.7°C, and 63.0°C, respectively. In addition, we observed that the transcript levels of three investigated heat shock protein (HSP) genes (hsp20, hsp70, and hsp90) were lower under FTC than under CTC. This study suggests that B. tabaci MED retains high heat acclimation ability, making it tolerant of extreme thermal conditions. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Numerosos estudos demonstraram que a tolerância térmica e a resistência intestinal ao calor estão fortemente associadas à aclimatação à temperatura. No entanto, poucos relatos conduziram com sucesso pesquisas semelhantes em peixes do Planalto do Qinghai-Tibet, uma área que enfrenta a ameaça do aquecimento climático. Portanto, o presente estudo determinou o crescimento, a tolerância térmica e as respostas ao estresse térmico intestinal (exposição a 30°C) em juvenis de um peixe tibetano, Oxygymnocypris stewarti, aclimatados a três níveis de temperatura (10°C, 15°C e 20°C, denominados T10, T15 e T20, respectivamente) por 30 dias. O crescimento mais rápido foi registrado no grupo T15. Na taxa de aquecimento de 1°C/30 min, a temperatura crítica máxima (CT<inf>Max</inf>) variou de 31,3°C a 32,3°C, e a temperatura letal máxima (LT<inf>Max</inf>) variou de 31,8°C a 32,6°C entre as três temperaturas de aclimatação. De acordo com os resultados dos testes de tolerância térmica, a temperatura de estresse térmico foi definida em 30°C. Quando a temperatura da água atingiu 30°C, a expressão do gene da proteína de choque térmico 70 (HSP70) intestinal, bem como o microbioma intestinal e a histologia dos peixes experimentais foram monitorados às 0, 2, 6 e 12 h. A expressão de HSP70 atingiu o nível mais alto às 2 h em todos os três tratamentos de temperatura. A análise histológica mostrou danos às células intestinais, incluindo infiltração difusa de linfócitos, inchaço das células epiteliais das vilosidades, diminuição do comprimento das vilosidades intestinais e coloração citoplasmática clara às 2 h em todos os três tratamentos de temperatura. Em termos do microbioma intestinal, os filos Proteobacteria e Firmicutes dominaram os tratamentos em cada tempo monitorado nos grupos T10 e T15 e às 0 h no grupo T20, enquanto os filos Fusobacteria, Proteobacteria e Cyanobacteria foram dominantes nos tratamentos às 2, 6 e 12 h no grupo T20. Os resultados gerais indicaram que a temperatura de aclimatação pode afetar o crescimento, a tolerância térmica e a resposta intestinal ao estresse térmico de juvenis de O. stewarti. Como o primeiro relato sobre a resposta intestinal ao estresse térmico associada à aclimatação à temperatura em um peixe tibetano, este estudo ajudará a compreender os efeitos potenciais das mudanças climáticas em peixes de planalto. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Temperature Acclimation Alters the Thermal Tolerance and Intestinal Heat Stress Response in a Tibetan Fish Oxygymnocypris stewarti: Numerous studies have shown that thermal tolerance and intestinal heat resistance are strongly associated with temperature acclimation. However, few reports have successfully conducted similar research on fishes from the Qinghai–Tibetan Plateau, an area that is facing the threat of climate warming. Therefore, the present study determined the growth, thermal tolerance, and intestinal heat stress (exposure to 30°C) responses in juveniles of a Tibetan fish, Oxygymnocypris stewarti, acclimated to three temperature levels (10°C, 15°C, and 20°C, named as T10, T15, and T20, respectively) for 30 days. The fastest growth was recorded in the T15 group. At 1°C/30 min heating rate, the critical thermal maximum (CT<inf>Max</inf>) ranged from 31.3°C to 32.3°C, and the lethal thermal maximum (LT<inf>Max</inf>) ranged from 31.8°C to 32.6°C among the three acclimation temperatures. According to the results of thermal tolerance tests, the heat stress temperature was set to 30°C. When the water temperature reached 30°C, the expression of the intestinal heat shock protein 70 (HSP70) gene as well as the intestinal microbiome and histology of experimental fish were monitored at 0, 2, 6, and 12 h. The expression of HSP70 reached the highest level at 2 h in all three temperature treatments. The histological analysis showed damage to intestinal cells, including diffuse infiltration of lymphocytes, villi epithelial cell swelling, decrease of intestinal villi length, and cytoplasmic light staining at 2 h in all three temperature treatments. In terms of the intestinal microbiome, phyla Proteobacteria and Firmicutes dominated the treatments at each monitored time in the T10 and T15 groups and at 0 h in T20 group, while phyla Fusobacteria, Proteobacteria, and Cyanobacteria were dominant in treatments at 2, 6, and 12 h in the T20 group. The overall results indicated that acclimation temperature could affect the growth, thermal tolerance, and intestinal heat stress response of O. stewarti juveniles. As the first report on intestinal heat stress response associated with temperature acclimation in a Tibetan fish, this study will help to understand the potential effects of climate change on highland fishes. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tolerância térmica de Bemisia tabaci MED, uma espécie de mosca-branca invasora com distribuição mundial, desempenha um papel importante em sua adaptação ecológica durante o processo de invasão. As proteínas de choque térmico (HSPs) estão intimamente relacionadas à resistência ao calor. Neste estudo, 33 Hsps (BtaHsps) foram identificados com base no genoma sequenciado de B. tabaci MED, pertencentes a seis famílias de HSPs, entre as quais 22 Hsps foram recentemente identificados. As estruturas secundárias de outros 22 BtaHsps também foram previstas. Os resultados de RT-qPCR mostraram que o choque térmico poderia afetar a expressão de 14 dos 22 Hsps recentemente identificados neste estudo. Entre eles, o nível de expressão de seis Hsps aumentou sob tratamento a 42 °C. Como gene não estudado, BtaHsp90A3 teve a maior taxa de aumento. Portanto, BtaHsp90A3 foi escolhido para o teste de RNAi, e o silenciamento de BtaHsp90A3 por RNAi diminuiu a taxa de sobrevivência de adultos de B. tabaci a 42 °C. Os resultados indicaram que apenas poucos Hsps estavam envolvidos na tolerância térmica da mosca-branca hospedeira, embora muitos Hsps respondessem sob estresse térmico. Este estudo conduziu uma identificação mais aprofundada e abrangente que demonstra a relação evolutiva dos BtaHsps e ilustra a resposta dos BtaHsps sob a influência do estresse térmico em B. tabaci MED. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Genome-Wide Identification and Analysis of the Heat-Shock Protein Gene Superfamily in Bemisia tabaci and Expression Pattern Analysis under Heat Shock: The thermal tolerance of Bemisia tabaci MED, an invasive whitefly species with worldwide distribution, plays an important role in its ecological adaptation during the invasion process. Heatshock proteins (HSPs) are closely related to heat resistance. In this study, 33 Hsps (BtaHsps) were identified based on sequenced genome of B. tabaci MED belonging to six HSP families, among which 22 Hsps were newly identified. The secondary structures of a further 22 BtaHsps were also predicted. The results of RT-qPCR showed that heat shock could affect the expression of 14 of the 22 Hsps newly identified in this study. Among them, the expression level of six Hsps increased under 42 °C treatment. As the unstudied gene, BtaHsp90A3 had the highest increase rate. Therefore, BtaHsp90A3 was chosen for the RNAi test, and silencing BtaHsp90A3 by RNAi decreased the survival rate of adult B. tabaci at 42 °C. The results indicated that only a few Hsps were involved in the thermal tolerance of host whitefly although many Hsps would response under heat stress. This study conducted a more in-depth and comprehensive identification that demonstrates the evolutionary relationship of BtaHsps and illustrates the response of BtaHsps under the influence of thermal stress in B. tabaci MED. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os ecossistemas marinhos estão atualmente submetidos a estresses duplos de poluição química e mudanças climáticas. Através de uma série de experimentos laboratoriais, este estudo investigou o impacto da exposição a contaminantes químicos como DDT ou cobre (Cu), em combinação com extremos de temperatura fria ou quente, no peixe marinho Oryzias melastigma. Os resultados mostraram que temperaturas extremas da água do mar (ou seja, 15 e 32 °C na subtropical Hong Kong) exacerbaram os impactos químicos adversos no desempenho de crescimento de O. melastigma, particularmente no extremo térmico alto. Isso provavelmente estava associado a uma interrupção do consumo de oxigênio e do escopo aeróbico. Mais importante ainda, os resultados dos experimentos de aclimatação, refletidos pelos polígonos de tolerância térmica, mostraram que a exposição química reduziu substancialmente a tolerância térmica do medaka, tornando-os mais vulneráveis a mudanças de temperatura e eventos térmicos extremos. Sob estresses duplos de extremos térmicos e exposição química, o medaka mudou sua via metabólica para respiração anaeróbica que pode esgotar sua reserva energética para desintoxicação química. Embora proteínas de estresse como as proteínas de choque térmico (HSP90) tenham sido reguladas positivamente para proteção celular no peixe, tal mecanismo defensivo foi reprimido com a intensificação dos estresses duplos em alta temperatura e alta concentração química. A bioconcentração de DDT ou Cu geralmente aumentou com o aumento da temperatura e sua concentração de exposição. No geral, essas interações complexas químico-temperatura exerceram concomitantemente um impacto adverso concertado em O. melastigma. A toxicidade dependente da temperatura do DDT ou Cu mostrada neste estudo demonstrou claramente o potencial desafio trazido pelo risco de poluição química sob o impacto das mudanças climáticas globais. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Extreme cold or warm events can potentially exacerbate chemical toxicity to the marine medaka fish Oryzias melastigma: Marine ecosystems are currently subjected to dual stresses of chemical pollution and climate change. Through a series of laboratory experiments, this study investigated the impact of exposure to chemical contaminant such as DDT or copper (Cu), in combination with cold or warm temperature extremes on the marine medaka fish Oryzias melastigma. The results showed that extreme seawater temperatures (i.e., 15 and 32 °C in sub-tropical Hong Kong) exacerbated adverse chemical impacts on the growth performance of O. melastigma, in particular at the high thermal extreme. This was likely associated with an interruption of oxygen consumption and aerobic scope. Most importantly, the results of acclimation experiments, as reflected by thermal tolerance polygons, showed that chemical exposure substantially narrowed the thermal tolerance of the medaka, making them more vulnerable to temperature changes and extreme thermal events. Under dual stresses of thermal extremes and chemical exposure, the medaka switched their metabolic pathway to anaerobic respiration that might deplete their energy reserve for chemical detoxification. Although stress proteins such as heat shock proteins (HSP90) were up-regulated for cellular protection in the fish, such a defensive mechanism was repressed with intensifying dual stresses at high temperature and high chemical concentration. Bioconcentration of DDT or Cu generally increased with increasing temperature and its exposure concentration. Overall, these complex chemical-temperature interactions concomitantly exerted a concerted adverse impact to O. melastigma. The temperature-dependent toxicity of DDT or Cu shown in this study clearly demonstrated the potential challenge brought by the risk of chemical pollution under the impact of global climate change. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A insolação pode causar lesão renal aguda (LRA), que, segundo relatos, progride para doença renal crônica. Macrófagos renais podem estar envolvidos nessa lesão. Embora a aclimatação ao calor (AC) proporcione resiliência térmica, seu efeito e mecanismo renoprotetor permanecem pouco claros. Para investigar lesões renais induzidas por estresse térmico em camundongos e o efeito mitigador da AC sobre elas, camundongos machos C57/BL6J foram expostos a estresse térmico (40°C, 1 h) com ou sem AC de 5 dias (38°C, 3 h/dia) antes do estresse térmico. O estresse térmico danificou os túbulos proximais renais com elevação da molécula-1 de injúria renal urinária. Fibrose renal foi observada no dia 7 e correlacionou-se com os níveis de molécula-1 de injúria renal urinária no dia 3. Macrófagos residentes renais diminuíram no dia 1, enquanto o número de macrófagos infiltrantes no rim não mudou. Ambos os subconjuntos de macrófagos polarizaram para o fenótipo pró-inflamatório M1 no dia 1; no entanto, polarizaram para o fenótipo anti-inflamatório M2 no dia 7. A AC amenizou significativamente o dano tubular proximal induzido por estresse térmico e a fibrose renal. A AC aumentou substancialmente a expressão da proteína de choque térmico 70 nos túbulos antes do estresse térmico e reduziu a elevação da expressão da caspase-3 clivada após o estresse térmico. A AC também induziu a expressão da proteína de choque térmico 70 de macrófagos residentes e preveniu alterações induzidas por estresse térmico em ambos os subconjuntos de macrófagos renais. Esses resultados fornecem dados fisiopatológicos que sustentam o efeito renoprotetor da AC. Mais estudos são necessários para confirmar que a AC pode prevenir danos renais devido ao estresse térmico em humanos. NOVO E NOTÁVEL O estresse térmico poderia induzir lesão renal aguda. Embora a aclimatação ao calor (AC) proporcione tolerância térmica, seu efeito sobre danos renais induzidos por estresse térmico permanece pouco claro. Este estudo mostrou que 5 dias de AC amenizam o dano tubular renal em camundongos e a subsequente fibrose causada pelo estresse térmico. Também demonstrou que a AC aumenta a expressão intracelular da proteína de choque térmico 70 em células tubulares e previne uma diminuição em macrófagos residentes renais, o que explica o efeito renoprotetor da AC. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Heat acclimation ameliorated heat stress-induced acute kidney injury and prevented changes in kidney macrophages and fibrosis: Heatstroke can cause acute kidney injury (AKI), which reportedly progresses to chronic kidney disease. Kidney macrophages may be involved in such injury. Although heat acclimation (HA) provides thermal resilience, its renoprotective effect and mechanism remain unclear. To investigate heat stress-induced kidney injuries in mice and the mitigating effect of HA on them, male C57/BL6J mice were exposed to heat stress (40_C, 1 h) with or without 5-day HA (38_C, 3 h/day) prior to heat stress. Heat stress damaged kidney proximal tubules with an elevation of urinary kidney injury molecule-1. Kidney fibrosis was observed on day 7 and correlated with urinary kidney injury molecule-1 levels on day 3. Kidney resident macrophages decreased on day 1, whereas the number of infiltrating macrophages in the kidney did not change. Both subsets of macrophages polarized to the proinflammatory M1 phenotype on day 1; however, they polarized to the anti-inflammatory M2 phenotype on day 7. HA significantly ameliorated heat stress-induced proximal tubular damage and kidney fibrosis. HA substantially increased heat shock protein 70 expression in the tubules before heat stress and reduced the elevation of cleaved caspase-3 expression after heat stress. HA also induced heat shock protein 70 expression of resident macrophages and prevented heat stress-induced changes in both subsets of kidney macrophages. These results provide pathophysiological data supporting the renoprotective effect of HA. Further studies are needed to confirm that HA can prevent kidney damage due to heat stress in humans. NEW & NOTEWORTHY Heat stress could induce acute kidney injury. Although heat acclimation (HA) reportedly provides thermal tolerance, its effect on heat stress-induced kidney damage remains unclear. This study showed that 5-day HA ameliorates mouse kidney tubular damage and subsequent fibrosis caused by heat stress. It also demonstrated that HA enhances intracellular heat shock protein 70 expression in tubular cells and prevents a decrease in kidney resident macrophages, which explains the renoprotective effect of HA. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

No artigo publicado, houve um erro nas Figuras 5A e 6 conforme publicadas. A Figura 5A não era a versão mais recente que carregamos, e a Figura 6 foi utilizada incorretamente. As Figuras 5A e 6 corrigidas e suas legendas aparecem abaixo. Os autores pedem desculpas por este erro e afirmam que isso não altera as conclusões científicas do artigo de forma alguma. O artigo original foi atualizado. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Corrigendum: Hsian-Tsao (Mesona chinensis Benth.) extract improves the thermal tolerance of Drosophila melanogaster(Front. Nutr., (2022), 9, (819319), 10.3389/fnut.2022.819319): In the published article, there was an error in Figures 5A, 6 as published. Figure 5A was not the latest version we uploaded, and Figure 6 was wrongly used. The corrected Figures 5A, 6 and their captions appear below. The authors apologize for this error and state that this does not change the scientific conclusions of the article in any way. The original article has been updated. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

As mudanças climáticas estão alterando drasticamente nosso planeta, mas nossa compreensão dos mecanismos de tolerância térmica é limitada em aves selvagens. Caracterizamos a variação natural na expressão de genes de proteínas de choque térmico (HSP) entre tecidos e populações de andorinhas-azuis (Tachycineta bicolor) de vida livre. Focamos nas HSPs porque elas previnem danos celulares e promovem a recuperação do estresse por calor. Utilizamos PCR quantitativo para medir a expressão gênica de 3 HSPs, incluindo aquelas das famílias HSP70 e HSP90 que possuem conexões experimentais robustas com o calor na literatura anterior. Primeiro, para avaliar como os tecidos e, por extensão, as funções que eles medeiam, podem variar em sua proteção térmica, comparamos a expressão de genes HSP entre tecidos neurais e periféricos. Nossa hipótese era que tecidos com funções particularmente vitais seriam mais protegidos do calor, conforme indicado por maior expressão de genes HSP. Descobrimos que os tecidos cerebrais apresentaram consistentemente maior expressão de genes HSP em comparação com o músculo peitoral. Em seguida, comparamos a expressão de genes HSP em 4 populações distintas que abrangem mais de 20° de latitude (>2.300 km). Nossa hipótese era que as populações mais ao sul teriam maior expressão de genes HSP, sugerindo maior tolerância ou experiência com condições locais mais quentes. Observamos expressão de genes HSP consideravelmente maior nas populações mais ao sul em comparação com as populações do norte, embora esse padrão tenha sido mais marcante nos extremos (sul de Indiana vs. Alasca), e tenha sido mais forte em algumas áreas cerebrais do que em outras (telencéfalo ventromedial vs. hipotálamo). Esses resultados esclarecem os possíveis mecanismos que podem fundamentar as diferenças de tolerância térmica entre populações ou entre tecidos. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Heat shock protein gene expression varies among tissues and populations in free-living birds: Climate change is dramatically altering our planet, yet our understanding of mechanisms of thermal tolerance is limited in wild birds. We characterized natural variation in heat shock protein (HSP) gene expression among tissues and populations of free-living Tree Swallows (Tachycineta bicolor). We focused on HSPs because they prevent cellular damage and promote recovery from heat stress. We used quantitative PCR to measure gene expression of 3 HSPs, including those in the HSP70 and HSP90 families that have robust experimental connections to heat in past literature. First, to evaluate how tissues and, by extension, the functions that they mediate, may vary in their thermal protection, we compared HSP gene expression among neural and peripheral tissues. We hypothesized that tissues with particularly vital functions would be more protected from heat as indicated by higher HSP gene expression. We found that brain tissues had consistently higher HSP gene expression compared to the pectoral muscle. Next, we compared HSP gene expression across 4 distinct populations that span over 20° of latitude (>2,300 km). We hypothesized that the more southern populations would have higher HSP gene expression, suggesting greater tolerance of, or experience with, warmer local conditions. We observed largely higher HSP gene expression in more southern populations than northern populations, although this pattern was more striking at the extremes (southern Indiana vs. Alaska), and it was stronger in some brain areas than others (ventromedial telencephalon vs. hypothalamus). These results shed light on the potential mechanisms that may underlie thermal tolerance differences among populations or among tissues. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O robalo-europeu é uma espécie de grande valor comercial para a pesca e aquicultura. O aumento das temperaturas pode comprometer o desempenho e a sobrevivência da espécie em toda sua distribuição e área de cultivo, tornando a investigação de suas respostas térmicas altamente relevante. Neste artigo, a capacidade metabólica, o desempenho e a tolerância de juvenis de robalo-europeu criados sob três altas temperaturas da água (24, 28, 33°C), por um período de três meses, foram avaliados por meio da análise de indicadores selecionados de desempenho de crescimento e fisiológicos. Efeitos sobre variáveis moleculares, hormonais e bioquímicas foram analisados juntamente com os efeitos da temperatura de aclimatação sobre a taxa metabólica e a Temperatura Crítica Máxima (CT<inf>máx</inf>). Apesar de sinais de estresse térmico a 28°C indicados por altos níveis de cortisol e lactato plasmáticos, bem como pela regulação positiva de genes codificadores de Proteínas de Choque Térmico (HSP), o robalo-europeu pode manter alto desempenho nessa temperatura, o que é encorajador para o cultivo da espécie no contexto de um oceano em aquecimento. Limiares críticos de sobrevivência parecem nitidamente próximos de 33°C, onde a capacidade aeróbica declina e o desempenho geral diminui. O robalo-europeu demonstra capacidade considerável de lidar com estresse térmico agudo, exibindo CT<inf>máx</inf> de até 40°C para peixes aclimatados em altas temperaturas, o que pode indicar resiliência a futuros eventos de ondas de calor. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Metabolic scope, performance and tolerance of juvenile European sea bass Dicentrarchus labrax upon acclimation to high temperatures: European sea bass is a species of great commercial value for fisheries and aquaculture. Rising temperatures may jeopardize the performance and survival of the species across its distribution and farming range, making the investigation of its thermal responses highly relevant. In this article, the metabolic scope, performance, and tolerance of juvenile E. sea bass reared under three high water temperatures (24, 28, 33°C), for a period of three months was evaluated via analysis of selected growth performance and physiological indicators. Effects on molecular, hormonal, and biochemical variables were analyzed along with effects of acclimation temperature on the metabolic rate and Critical Thermal maximum (CT<inf>max</inf>). Despite signs of thermal stress at 28°C indicated by high plasma cortisol and lactate levels as well as the upregulation of genes coding for Heat Shock Proteins (HSP), E. sea bass can maintain high performance at that temperature which is encouraging for the species culture in the context of a warming ocean. Critical survivability thresholds appear sharply close to 33°C, where the aerobic capacity declines and the overall performance diminishes. European sea bass demonstrates appreciable capacity to cope with acute thermal stress exhibiting CT<inf>max</inf> as high as 40°C for fish acclimated at high temperatures, which may indicate resilience to future heatwaves events. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Pedobacter cryoconitis BG5 é uma bactéria psicrofílica obrigatória que foi inicialmente isolada na Ilha Rei George, Antártida. Nos últimos 50 anos, a Antártida Ocidental, incluindo a Ilha Rei George, tem sido um dos lugares que mais aquecem rapidamente na Terra, tornando-a assim uma área excelente para medir a resiliência de espécies vivas em áreas aquecidas expostas ao ambiente em constante mudança devido às alterações climáticas. Esta bactéria codifica um genoma de aproximadamente 5694 genes codificadores de proteínas. No entanto, 35% dos modelos genéticos para esta espécie são encontrados como proteínas hipotéticas (HP). Neste estudo, três genes HP conservados de P. cryoconitis, designados pcbg5hp1, pcbg5hp2 e pcbg5hp12, foram clonados e as proteínas foram expressas, purificadas e suas funções e estruturas foram avaliadas. A análise de PCR quantitativo em tempo real revelou que estes genes foram expressos constitutivamente, sugerindo um papel potencialmente importante onde a expressão destes genes sob uma demanda quase constante pode ter algumas funções regulatórias na tolerância ao estresse térmico. A análise funcional mostrou que estas proteínas mantiveram suas atividades em temperaturas baixas e moderadas. Entretanto, uma baixa agregação de citrato sintase a 43 °C na presença de PCBG5HP1 sugeriu as características de atividade de chaperona. Além disso, nossa análise estrutural comparativa demonstrou que as HPs exibiram traços adaptados ao frio, mais notavelmente o aumento da flexibilidade em suas estruturas 3D em comparação com suas contrapartes. Simultaneamente, a presença de uma ponte dissulfeto e clusters aromáticos foi atribuída à estabilidade proteica incomum e atividade de chaperona da PCBG5HP1. Assim, isto sugeriu que as HPs examinadas neste estudo adquiriram estratégias para manter um equilíbrio entre estabilidade molecular e flexibilidade estrutural. Conclusivamente, este estudo estabeleceu as relações estrutura-função das HPs produzidas por P. cryoconitis e forneceu evidência experimental crucial indicando sua importância na resposta ao estresse térmico. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Functional Analysis of Conserved Hypothetical Proteins from the Antarctic Bacterium, Pedobacter cryoconitis Strain BG5 Reveals Protein Cold Adaptation and Thermal Tolerance Strategies: Pedobacter cryoconitis BG5 is an obligate psychrophilic bacterium that was first isolated on King George Island, Antarctica. Over the last 50 years, the West Antarctic, including King George Island, has been one of the most rapidly warming places on Earth, hence making it an excellent area to measure the resilience of living species in warmed areas exposed to the constantly changing environment due to climate change. This bacterium encodes a genome of approximately 5694 protein-coding genes. However, 35% of the gene models for this species are found to be hypothetical proteins (HP). In this study, three conserved HP genes of P. cryoconitis, designated pcbg5hp1, pcbg5hp2 and pcbg5hp12, were cloned and the proteins were expressed, purified and their functions and structures were evaluated. Real-time quantitative PCR analysis revealed that these genes were expressed constitutively, suggesting a potentially important role where the expression of these genes under an almost constant demand might have some regulatory functions in thermal stress tolerance. Functional analysis showed that these proteins maintained their activities at low and moderate temperatures. Meanwhile, a low citrate synthase aggregation at 43 °C in the presence of PCBG5HP1 suggested the characteristics of chaperone activity. Furthermore, our comparative structural analysis demonstrated that the HPs exhibited cold-adapted traits, most notably increased flexibility in their 3D structures compared to their counterparts. Concurrently, the presence of a disulphide bridge and aromatic clusters was attributed to PCBG5HP1’s unusual protein stability and chaperone activity. Thus, this suggested that the HPs examined in this study acquired strategies to maintain a balance between molecular stability and structural flexibility. Conclusively, this study has established the structure–function relationships of the HPs produced by P. cryoconitis and provided crucial experimental evidence indicating their importance in thermal stress response. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A capacidade de aclimatação das espécies e sua habilidade de manter a homeostase molecular fora das faixas ideais de temperatura irão prever parcialmente seu sucesso após as mudanças nos regimes térmicos induzidas pelas alterações climáticas. A teoria prevê que organismos ectotérmicos de ambientes termicamente estáveis possuem plasticidade reduzida, e que essas espécies podem ser particularmente vulneráveis a aumentos de temperatura. Se tais espécies mantiveram ou perderam a capacidade de aclimatação permanece amplamente desconhecido. Estudamos as mudanças no proteoma da planária Crenobia alpina, um membro proeminente de habitats alpinos frios e estáveis que é considerado um estenotermo adaptado ao frio. Descobrimos que a temperatura crítica máxima (CTmax) da espécie está acima das temperaturas do habitat que experimenta e que diferentes populações exibem capacidade diferencial de aclimatação da CTmax, onde uma população alpina mostrou plasticidade reduzida. Em um experimento separado, aclimatamos indivíduos de C. alpina da população alpina a 8, 11, 14 ou 17°C ao longo de 168 horas e comparamos seus proteomas compreensivamente anotados. Análises de rede de 3399 proteínas e enriquecimento de conjuntos proteicos mostraram que, embora o proteoma da espécie seja geralmente estável nessas temperaturas, conjuntos de proteínas que atuam na resposta ao estresse oxidativo, mitocôndrias, síntese proteica e renovação estão em menor abundância após a aclimatação ao calor. Proteínas associadas a uma resposta a proteínas desdobradas, ciliogênese, reparo de danos teciduais, desenvolvimento e o sistema imunológico inato estavam em maior abundância após a aclimatação ao calor. Nossos achados sugerem que esta espécie não sofreu deterioração do DNA (ex.: perda de proteínas de choque térmico) durante a evolução em um ambiente frio e estável e manteve plasticidade em resposta a temperaturas elevadas, desafiando a noção de que ambientes estáveis necessariamente resultam em plasticidade reduzida. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of thermal acclimation on the proteome of the planarian Crenobia alpina from an alpine freshwater spring: Species' acclimation capacity and their ability to maintain molecular homeostasis outside ideal temperature ranges will partly predict their success following climate change-induced thermal regime shifts. Theory predicts that ectothermic organisms from thermally stable environments have muted plasticity, and that these species may be particularly vulnerable to temperature increases. Whether such species retained or lost acclimation capacity remains largely unknown. We studied proteome changes in the planarian Crenobia alpina, a prominent member of cold-stable alpine habitats that is considered to be a cold-adapted stenotherm. We found that the species' critical thermal maximum (CTmax) is above its experienced habitat temperatures and that different populations exhibit differential CTmax acclimation capacity, whereby an alpine population showed reduced plasticity. In a separate experiment, we acclimated C. alpina individuals from the alpine population to 8, 11, 14 or 17°C over the course of 168 h and compared their comprehensively annotated proteomes. Network analyses of 3399 proteins and protein set enrichment showed that while the species' proteome is overall stable across these temperatures, protein sets functioning in oxidative stress response, mitochondria, protein synthesis and turnover are lower in abundance following warm acclimation. Proteins associated with an unfolded protein response, ciliogenesis, tissue damage repair, development and the innate immune system were higher in abundance following warm acclimation. Our findings suggest that this species has not suffered DNA decay (e.g. loss of heat-shock proteins) during evolution in a cold-stable environment and has retained plasticity in response to elevated temperatures, challenging the notion that stable environments necessarily result in muted plasticity. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Vários sinais ativados por estresse são altamente responsáveis pela tolerância térmica e contribuem para o resultado terapêutico insatisfatório da terapia fototérmica (PTT). Neste estudo, nanopartículas derivadas naturalmente de cabelo humano (Hair NPs) com eficácia significativa de conversão fototérmica são exploradas em combinação com inibidores de sinais ativados por estresse para maximizar a eficiência da PTT. Durante a PTT baseada em Hair NPs, dois sinais distintos são encontrados significativamente super-regulados. Um é a superexpressão induzida pelo calor da HSP90, e o outro é a ativação da via de sinalização da proteína quinase ativada por mitógeno (MAPK). Através da integração de inibidores específicos (17-alilamino-17-demoxigeldanamicina (17AAG) ligando-se especificamente à HSP90 ou LY2228820 direcionado à p38 MAPK) e subsequente modificação com ácido hialurônico (HA), o resultante Hair NPs-HA@inibidor pode entregar especificamente o inibidor em células tumorais com efeitos colaterais mínimos em tecidos normais, o que pode bloquear especificamente os sinais ativados por estresse, bem como inibir a expressão de seus efetores downstream (por exemplo, MMPs, VEGF) que estão intimamente relacionados com a sobrevivência e invasão tumoral. Sem esses elementos para proteger as células tumorais ou promover a progressão do tumor, o efeito de PTT induzido pelas Hair NPs pode ser bastante elevado, resultando em uma eficácia antitumoral superior. Essas descobertas representam uma abordagem eficaz para maximizar o efeito da PTT no combate ao tumor. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Inhibiting Stress-Activated Signals to Reverse Heat Resistance for Augmented Photothermal Therapy Based on Biologically Derived Nanotherapeutics: Several stress-activated signals are highly responsible for the thermal tolerance and attribute to the poor therapeutic outcome of photothermal therapy (PTT). In this study, the naturally human hair-derived nanoparticles (Hair NPs) with significant photothermal conversion efficacy are explored to combine with stress-activated signal inhibitors for maximizing the PTT efficiency. During the Hair NPs-based PTT, two distinct signals are found to be remarkably upregulated. One is the heat-induced overexpression of HSP90, and the other one is the activation of mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway. Through the integration of particular inhibitors (17-allylamino-17-demethoxygeldanamycin (17AAG) specifically binding to HSP90 or LY2228820 targeting to p38 MAPK) and the subsequent modification of hyaluronic acid (HA), the resultant Hair NPs-HA@inhibitor can specifically deliver the inhibitor into tumor cells with minimal side effects on normal tissues, which can specifically block the stressfully activated signals as well as inhibit the expression of their downstream effectors (e.g., MMPs, VEGF) that are closely related with tumor survival and invasion. Without these elements to protect tumor cells or promote tumor progression, the Hair NPs-induced PTT effect can be much elevated, resulting in a superior antitumor efficacy. These findings represent an effective approach in maximizing PTT effect for fighting against tumor. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Cotesia chilonis (Munakata) é a vespa parasitóide predominante de Chilo suppressalis Walker (Lepidoptera: Pyralidea), uma importante praga do arroz na China. À medida que as mudanças climáticas continuam a se intensificar, C. chilonis e C. suppressalis devem se adaptar ao aumento da frequência de temperaturas adversas. Neste estudo, o novo Cchsp90-2 foi isolado e caracterizado em C. chilonis. O cDNA de comprimento total de Cchsp90-2 tinha 2689 pb e codificava 728 aminoácidos com um ponto isoelétrico de 4,93. Cchsp90-2 codifica três assinaturas da família da proteína de choque térmico 90 (HSP90), e o alinhamento das sequências genômicas e de cDNA revelou que Cchsp90-2 não contém íntrons. PCR quantitativo em tempo real revelou que Cchsp90-2 foi induzido em ovos e adultos; entretanto, larvas e pupas não mostraram diferenças significativas nos níveis de expressão de Cchsp90-2. Cchsp90-2 foi induzido tanto em temperaturas altas quanto baixas, com níveis de expressão muito altos após 2 horas de exposição a 33°C ou -13°C. Este estudo fornece informações sobre a base mecanicista da tolerância térmica em C. chilonis e tem implicações para o uso desta vespa no controle de C. suppressalis. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Development and Temperature-induced Expression of a HSP90 Gene Lacking Introns in Cotesia chilonis (Hymenoptera: Braconidae): Cotesia chilonis (Munakata) is the predominant parasitic wasp of Chilo suppressalis Walker (Lepidoptera: Pyralidea), a major rice pest in China. As climate change continues to intensify, C. chilonis and C. suppressalis must adapt to the increased frequency of adverse temperatures. In this study, the novel Cchsp90-2 was isolated and characterized from C. chilonis. The full-length Cchsp90-2 cDNA was 2689 bp and encoded 728 amino acids with an isoelectric point of 4.93. Cchsp90-2 encodes three heat shock protein 90 (HSP90) family signatures, and the alignment of genomic and cDNA sequences revealed that Cchsp90-2 does not contain introns. Real-time quantitative PCR revealed that Cchsp90-2 was induced in eggs and adults; however, larvae and pupae showed no significant differences in Cchsp90-2 expression levels. Cchsp90-2 was induced at both high and low temperatures, with very high expression levels after a 2-h exposure to 33°C or -13°C. This study provides insight into the mechanistic basis of thermal tolerance in C. chilonis and has implications for deploying this wasp to control C. suppressalis. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A aclimatação ao estresse abiótico desempenha um papel crítico na adaptação e evolução de insetos, particularmente durante eventos climáticos extremos. As proteínas de choque térmico (HSPs) são chaperonas moleculares evolutivamente conservadas induzidas por estressores abióticos e bióticos. Compreender a relação entre a aclimatação térmica e a expressão de HSPs específicas é essencial para abordar as funções das famílias de HSPs. Este estudo investigou essa questão usando a broca asiática do milho Ostrinia furnacalis, uma das pragas mais importantes do milho na China. A transcrição dos genes HSP foi induzida em larvas expostas a 33°C. Posteriormente, as larvas foram expostas a 43°C por 2 h e depois permitida a recuperação a 27°C por 0, 0,5, 1, 2, 4, 6 e 8 h. Nos tempos de recuperação de 0,5-4 h, a maioria da população tolera menos por volta de 1-3 h do que sem recuperação (a 0 h) sofrendo estresse térmico contínuo (43°C). Não há diferença na tolerância ao calor com 6 h de recuperação, com níveis transcricionais de HSPs semelhantes ao controle. No entanto, uma tolerância térmica significativa foi observada após 8 h do tempo de recuperação, com um nível mais elevado de HSP70. Além disso, a transcrição dos genes HSP60 e HSC70 (proteína de choque térmico cognata 70) não mostrou um efeito significativo. HSP70 ou HSP90 foram significativamente reguladas positivamente dentro de 1-2 h de estresse térmico sustentado (43°C), mas diminuíram em 6 h. Nossos achados revelaram que o estresse térmico extremo induziu o início rápido da transcrição de HSP70 ou HSP90. Isso pode ser interpretado como uma adaptação à variação drástica e rápida da temperatura. A tolerância térmica das larvas é significativamente aumentada após 6 h de recuperação e possivelmente regulada por HSP70. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Transcription dynamics of heat shock proteins in response to thermal acclimation in Ostrinia furnacalis: Acclimation to abiotic stress plays a critical role in insect adaption and evolution, particularly during extreme climate events. Heat shock proteins (HSPs) are evolutionarily conserved molecular chaperones caused by abiotic and biotic stressors. Understanding the relationship between thermal acclimation and the expression of specific HSPs is essential for addressing the functions of HSP families. This study investigated this issue using the Asian corn borer Ostrinia furnacalis, one of the most important corn pests in China. The transcription of HSP genes was induced in larvae exposed to 33°C. Thereafter, the larvae were exposed to 43°C, for 2 h, and then allowed to recover at 27 C for 0, 0.5, 1, 2, 4, 6, and 8 h. At the recovery times 0.5–4 h, most population tolerates less around 1–3 h than without recovery (at 0 h) suffering continuous heat stress (43 C). There is no difference in the heat tolerance at 6 h recovery, with similar transcriptional levels of HSPs as the control. However, a significant thermal tolerance was observed after 8 h of the recovery time, with a higher level of HSP70. In addition, the transcription of HSP60 and HSC70 (heat shock cognate protein 70) genes did not show a significant effect. HSP70 or HSP90 significantly upregulated within 1–2 h sustained heat stress (43 C) but declined at 6 h. Our findings revealed extreme thermal stress induced quick onset of HSP70 or HSP90 transcription. It could be interpreted as an adaptation to the drastic and rapid temperature variation. The thermal tolerance of larvae is significantly enhanced after 6 h of recovery and possibly regulated by HSP70. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Mensagem-chave: Uma espécie selvagem de arroz da savana australiana foi comparada com o arroz cultivado, revelando termotolerância no crescimento e processos fotossintéticos e uma economia de carbono mais robusta em calor extremo. Resumo: Acima de ~32°C, o comprometimento da fotossíntese afeta a produtividade do arroz. Comparamos tecidos foliares do arroz selvagem termotolerante (Oryza australiensis) com O. sativa adaptado a climas temperados após exposição sustentada ao calor, bem como choque térmico diurno. O alongamento foliar e a biomassa da parte aérea em O. australiensis não foram prejudicados a 45°C, e as concentrações de açúcares solúveis triplicaram durante 10 h de tratamento de choque a 45°C. Em contraste, 45°C reduziu fortemente o crescimento em O. sativa. As concentrações de CO₂ no cloroplasto eliminaram o suprimento de CO₂ aos cloroplastos como base da diferença na tolerância ao calor. Isso direcionou nossa atenção para a carboxilação e a abundância da chaperona termossensível Rubisco ativase (Rca) em cada espécie. Surpreendentemente, folhas de O. australiensis a 45°C tinham 50% menos Rca por unidade de Rubisco, embora a assimilação de CO₂ fosse mais rápida do que a 30°C. Em contraste, a Rca por unidade de Rubisco dobrou em O. sativa a 45°C enquanto a assimilação de CO₂ era mais lenta, refletindo sua inferior termoestabilidade da Rca. Plantas cultivadas a 45°C foram simultaneamente expostas a 700 ppm de CO₂ para aumentar o suprimento de CO₂ para a Rubisco. O crescimento a 45°C respondeu ao enriquecimento com CO₂ em O. australiensis, mas não em O. sativa, refletindo uma capacidade de carboxilação mais robusta e tolerância térmica no parente selvagem do arroz. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Photosynthetic traits of Australian wild rice (Oryza australiensis) confer tolerance to extreme daytime temperatures: Key message: A wild relative of rice from the Australian savannah was compared with cultivated rice, revealing thermotolerance in growth and photosynthetic processes and a more robust carbon economy in extreme heat. Abstract: Above ~ 32 °C, impaired photosynthesis compromises the productivity of rice. We compared leaf tissues from heat-tolerant wild rice (Oryza australiensis) with temperate-adapted O. sativa after sustained exposure to heat, as well as diurnal heat shock. Leaf elongation and shoot biomass in O. australiensis were unimpaired at 45 °C, and soluble sugar concentrations trebled during 10 h of a 45 °C shock treatment. By contrast, 45 °C slowed growth strongly in O. sativa. Chloroplastic CO<inf>2</inf> concentrations eliminated CO<inf>2</inf> supply to chloroplasts as the basis of differential heat tolerance. This directed our attention to carboxylation and the abundance of the heat-sensitive chaperone Rubisco activase (Rca) in each species. Surprisingly, O. australiensis leaves at 45 °C had 50% less Rca per unit Rubisco, even though CO<inf>2</inf> assimilation was faster than at 30 °C. By contrast, Rca per unit Rubisco doubled in O. sativa at 45 °C while CO<inf>2</inf> assimilation was slower, reflecting its inferior Rca thermostability. Plants grown at 45 °C were simultaneously exposed to 700 ppm CO<inf>2</inf> to enhance the CO<inf>2</inf> supply to Rubisco. Growth at 45 °C responded to CO<inf>2</inf> enrichment in O. australiensis but not O. sativa, reflecting more robust carboxylation capacity and thermal tolerance in the wild rice relative. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

As ondas de calor tornaram-se mais frequentes e intensas nas últimas duas décadas, resultando em efeitos prejudiciais sobre bivalves marinhos e os ecossistemas que eles sustentam. As amêijoas do intertidal habitam os habitats fisiológicamente mais desafiadores em áreas costeiras e vivem já próximas dos seus limites de tolerância térmica. No entanto, se e em que medida as ondas de calor atmosféricas afetam os bivalves do intertidal permanece pouco compreendido. Aqui, investigamos as respostas fisiológicas da amêijoa-manila, Ruditapes philippinarum, a ondas de calor em regimes de temperatura do ar de 40 °C e 50 °C ocorrendo frequentemente e ocasionalmente atualmente no Golfo de Beibu, Mar da China Meridional. Com o aumento da intensidade das ondas de calor e após apenas dois dias de exposição aérea, as amêijoas-manila sofreram 100% de mortalidade a 50 °C, indicando que elas sucumbem a ondas de calor do futuro próximo, embora tenham sobrevivido sob vários cenários de ondas de calor moderadas. Este último é expresso em termos energéticos através de níveis de organização biológica. Especificamente, amêijoas-manila expostas agudamente a ondas de calor aumentaram sua taxa metabólica padrão para sustentar a manutenção fisiológica essencial, como o aumento das atividades de SOD, CAT, MDA e AKP, e expressão de HSP70. Essas estratégias ocorrem provavelmente à custa de funções relacionadas à aptidão, como melhor exemplificado por depressões significativas nas atividades de enzimas (NKA, CMA e T-ATP) e níveis de expressão de genes (PT, KHK, CA, CAS, TYR, TNF-BP e OSER). Quando as ondas de calor ocorreram novamente, as amêijoas-manila conseguiram responder e aclimatar ao estresse térmico implementando um conjunto de mecanismos compensatórios mais eficientes em ATP e menos custosos energeticamente em vários níveis de organização biológica. Consequentemente, torna-se imperativo descobrir os mecanismos subjacentes responsáveis por tal resposta positiva e rápida aclimatação a ondas de calor recorrentes. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Assessing the impact of atmospheric heatwaves on intertidal clams: Heatwaves have become more frequent and intense in the last two decades, resulting in detrimental effects on marine bivalves and ecosystems they sustain. Intertidal clams inhabit the most physiologically challenging habitats in coastal areas and live already near their thermal tolerance limits. However, whether and to what extent atmospheric heatwaves affect intertidal bivalves remain poorly understood. Here, we investigated physiological responses of the Manila clam, Ruditapes philippinarum, to heatwaves at air temperature regimes of 40 °C and 50 °C occurring frequently and occasionally at the present day in the Beibu Gulf, South China Sea. With the increasing intensity of heatwaves and following only two days of aerial exposure, Manila clams suffered 100 % mortality at 50 °C, indicating that they succumb to near future heatwaves, although they survived under various scenarios of moderate heatwaves. The latter is couched in energetic terms across levels of biological organization. Specifically, Manila clams acutely exposed to heatwaves enhanced their standard metabolic rate to fuel essential physiological maintenance, such as increasing activities of SOD, CAT, MDA, and AKP, and expression of HSP70. These strategies occur likely at the expense of fitness-related functions, as best exemplified by significant depressions in activities of enzymes (NKA, CMA, and T-ATP) and expression levels of genes (PT, KHK, CA, CAS, TYR, TNF-BP, and OSER). When heatwaves occurred again, Manila clams can respond and acclimate to thermal stress by implementing a suite of more ATP-efficient and less energy-costly compensatory mechanisms at various levels of biological organization. It is consequently becoming imperative to uncover underlying mechanisms responsible for such positive response and rapid acclimation to recurrent heatwaves. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os Hippocampus erectus que habitam as águas costeiras rasas do sul do Golfo do México estão naturalmente expostos a marcadas variações de temperatura que ocorrem em diferentes escalas temporais. Sob tais condições heterogêneas, uma série de ajustes fisiológicos e bioquímicos ocorrem para restaurar e manter a homeostase. Este estudo investigou os mecanismos moleculares envolvidos na resposta do H. erectus ao aumento de temperatura usando análise de transcriptoma baseada na tecnologia RNA-Seq. Os dados foram obtidos de cavalos-marinhos após 0,5 h de exposição a combinações de diferentes temperaturas-alvo (26 °C: controle, e aumentadas para 30 e 33 °C) e taxas de aumento térmico (abrupta: < 5 min; gradual: 1–1,5 °C a cada 3 h). O transcriptoma dos cavalos-marinhos foi montado de novo usando o software Trinity para obter 29.211 genes e 30.479 transcritos compreendendo 27.520.965 bases montadas. A exposição dos cavalos-marinhos a 30 °C e 33 °C desencadeou processos característicos da resposta ao estresse celular, independentemente da taxa de mudança térmica. Os perfis transcriptômicos do H. erectus sugerem uma parada dos processos de desenvolvimento muscular, a ativação de proteínas de choque térmico e uma mudança para o metabolismo anaeróbico dentro das primeiras 0,5 h de exposição às temperaturas-alvo para garantir o suprimento de energia. Curiosamente, processos apoptóticos envolvendo caspase foram ativados principalmente nos tratamentos graduais, sugerindo que a exposição prolongada mesmo a temperaturas subletais resulta no acúmulo de efeitos deletérios que podem eventualmente terminar em morte celular. Os resultados aqui apresentados validam 30 °C e 33 °C como limites superiores potenciais de tolerância térmica para H. erectus no limite mais ao sul de sua distribuição geográfica. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Transcriptomic response in thermally challenged seahorses Hippocampus erectus: The effect of magnitude and rate of temperature change: Hippocampus erectus inhabiting the shallow coastal waters of the southern Gulf of Mexico are naturally exposed to marked temperature variations occurring in different temporal scales. Under such heterogeneous conditions, a series of physiological and biochemical adjustments take place to restore and maintain homeostasis. This study investigated the molecular mechanisms involved in the response of H. erectus to increased temperature using transcriptome analysis based on RNA-Seq technology. Data was obtained from seahorses after 0.5-h exposure to combinations of different target temperatures (26 °C: control, and increased to 30 and 33 °C) and rates of thermal increase (abrupt: < 5 min; gradual: 1–1.5 °C every 3 h). The transcriptome of seahorses was assembled de novo using Trinity software to obtain 29,211 genes and 30,479 transcripts comprising 27,520,965 assembled bases. Seahorse exposure to both 30 and 33 °C triggered characteristic processes of the cellular stress response, regardless of the rate of thermal change. The transcriptomic profiles of H. erectus suggest an arrest of muscle development processes, the activation of heat shock proteins, and a switch to anaerobic metabolism within the first 0.5 h of exposure to target temperatures to ensure energy supply. Interestingly, apoptotic processes involving caspase were activated principally in gradual treatments, suggesting that prolonged exposure to even sublethal temperatures results in the accumulation of deleterious effects that may eventually terminate in cellular death. Results herein validate 30 °C and 33 °C as potential upper limits of thermal tolerance for H. erectus at the southernmost boundary of its geographic distribution. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Anteriormente, demonstramos que a Cas2 codificada no lócus CRISPR-Cas da cepa 130b de Legionella pneumophila promove a capacidade do patógeno Legionella de infectar hospedeiros amebianos. Dado que a Cas2 de L. pneumophila tem atividade de RNase, postulamos que a proteína citoplasmática está regulando a expressão de outro(s) gene(s) da Legionella que favorece(m) a infecção intracelular. A proteômica revelou 10 proteínas em níveis diminuídos no mutante cas2, e a transcrição reversa quantitativa (qRT-PCR) confirmou a expressão reduzida de um gene que codifica a putativa pequena proteína de choque térmico C2 (HspC2), entre vários outros. Como previsto, o gene foi expresso mais intensamente a 37°C a 50°C do que a 30°C, e um mutante hspC2, mas não sua derivada complementada, exibiu redução de ~100 vezes em UFC após choque térmico a 55°C. Compatível com o efeito da Cas2 na expressão de hspC2, cepas sem Cas2 também tiveram tolerância térmica prejudicada. O mutante hspC2, assim como o mutante cas2 anteriormente, foi gravemente prejudicado na infecção de Acanthamoeba castellanii, um hospedeiro frequente de legionelas em águas. HspC2 e Cas2 não foram necessárias para a entrada nessas células hospedeiras, mas promoveram a fase replicativa da infecção intracelular. Finalmente, o mutante hspC2 exibiu um defeito adicional durante a infecção de macrófagos, que são o hospedeiro primário das legionelas durante a infecção pulmonar. Em resumo, hspC2 é regulada positivamente pela presença de Cas2, e HspC2 promove exclusivamente tanto a sobrevivência extracelular de L. pneumophila em altas temperaturas quanto a infecção de células hospedeiras amebianas e humanas. Até onde sabemos, estes achados também representam a primeira prova genética ligando Cas2 à termotolerância, expandindo o repertório de funções não canônicas associadas às proteínas CRISPR-Cas. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Legionella pneumophila Cas2 Promotes the Expression of Small Heat Shock Protein C2 That Is Required for Thermal Tolerance and Optimal Intracellular Infection: Previously, we demonstrated that Cas2 encoded within the CRISPR-Cas locus of Legionella pneumophila strain 130b promotes the ability of the Legionella pathogen to infect amoebal hosts. Given that L. pneumophila Cas2 has RNase activity, we posited that the cytoplasmic protein is regulating the expression of another Legionella gene(s) that fosters intracellular infection. Proteomics revealed 10 proteins at diminished levels in the cas2 mutant, and reverse transcription-quantitative (qRT-PCR) confirmed the reduced expression of a gene encoding putative small heat shock protein C2 (HspC2), among several others. As predicted, the gene was expressed more highly at 37°C to 50°C than that at 30°C, and an hspC2 mutant, but not its complemented derivative, displayed ;100-fold reduced CFU following heat shock at 55°C. Compatible with the effect of Cas2 on hspC2 expression, strains lacking Cas2 also had impaired thermal tolerance. The hspC2 mutant, like the cas2 mutant before it, was greatly impaired for infection of Acanthamoeba castellanii, a frequent host for legionellae in waters. HspC2 and Cas2 were not required for entry into these host cells but promoted the replicative phase of intracellular infection. Finally, the hspC2 mutant exhibited an additional defect during the infection of macrophages, which are the primary host for legionellae during lung infection. In summary, hspC2 is upregulated by the presence of Cas2, and HspC2 uniquely promotes both L. pneumophila extracellular survival at high temperatures and infection of amoebal and human host cells. To our knowledge, these findings also represent the first genetic proof linking Cas2 to thermotolerance, expanding the repertoire of noncanonical functions associated with CRISPR-Cas proteins. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O generalismo deve ser favorecido evolutivamente quando não há restrição genética ou perda de aptidão através de ambientes alternativos. No entanto, a evolução do generalismo pode exigir mudanças evolutivas substanciais, que podem conferir uma resposta generalizada ao estresse a outros aspectos do ambiente. Criamos linhagens generalistas a partir de uma população laboratorial ancestral e especializada em recursos de besouros-do-feijão (Callosobruchus maculatus), criando linhagens ao longo de 60 gerações em uma mistura de espécies hospedeiras ancestrais e novas, para testar custos associados à evolução do generalismo envolvendo mudanças evolutivas na expressão gênica e respostas fenotípicas correlacionadas durante uma transição para o generalismo. As linhagens evoluídas apresentaram maior aptidão no novo recurso, sem perda de aptidão no recurso ancestral, indicando que superaram os trade-offs iniciais de aptidão. Isso envolveu a regulação positiva de genes principais de resposta ao estresse (proteínas de choque térmico) e genes codificadores de enzimas metabólicas, sugerindo um custo metabólico e fisiológico subjacente. Populações generalistas em recursos também evoluíram maior amplitude de tolerância térmica, destacando que a evolução do generalismo de recursos pode pré-adaptar espécies para responder favoravelmente a outros estressores ambientais, após seleção para regulação positiva generalizada de genes de resposta ao estresse. O rápido ganho de novos hospedeiros durante uma invasão de praga também pode conferir maior resiliência térmica às mudanças climáticas em curso. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Evolution of resource generalism via generalized stress response confers increased reproductive thermal tolerance in a pest beetle: Generalism should be favoured evolutionarily when there is no genetic constraint or loss of fitness across alternative environments. However, evolution of generalism can require substantial evolutionary change, which can confer a general stress response to other aspects of the environment. We created generalist lineages from an ancestral, resource-specialized laboratory population of seed beetles (Callosobruchus maculatus) by rearing lines over 60 generations on a mixture of both ancestral and novel host species to test for costs associated with the evolution of generalism involving evolutionary changes in gene expression and correlated phenotypic responses during a shift to generalism. Evolved lines had higher fitness on the novel resource, with no loss of fitness on the ancestral resource, indicating that they overcame initial fitness trade-offs. This involved upregulation of major stress response (heat shock protein) genes and genes coding for metabolic enzymes, suggesting an underpinning metabolic and physiological cost. Resource generalist populations also evolved greater thermal tolerance breadth, highlighting that the evolution of resource generalism might pre-adapt species to respond favourably to other environmental stressors, following selection for generalized stress response gene upregulation. The rapid gain of novel hosts during a pest invasion might also confer greater thermal resilience to ongoing climate change. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

As proteínas de choque térmico (HSPs) são codificadas por genes Hsp e são importantes na tolerância de insetos ao estresse térmico. O pulgão-verde, Myzus persicae, é uma praga agrícola importante. As funções dos genes Hsp na tolerância térmica de M. persicae são desconhecidas. Este estudo identificou um gene Hsp70 (MpHsp70a) e analisou seu papel na proteção contra o estresse por alta temperatura. MpHsp70a codificou uma proteína consistindo de 659 resíduos de aminoácidos. A proteína tinha três motivos de assinatura da família HSP70 e foi prevista para estar localizada no citoplasma. O maior nível de expressão de MpHsp70a foi em adultos, e as diferenças nos níveis de mRNA entre adultos ápteros e alados não foram significativas. A exposição a altas temperaturas (30, 35 e 40 °C) por uma hora e o tratamento com 40 °C por diferentes tempos (0,5, 1 e 2 h) resultaram em um nível de expressão muito elevado de MpHsp70a, sugerindo que o gene é induzido por calor. O nível transcricional de MpHsp70a foi suprimido pela injeção com RNA de fita dupla (dsRNA), e o knockdown de MpHsp70a aumentou significativamente a suscetibilidade de adultos ápteros a 40 °C. Estes resultados indicam que MpHsp70a é necessário para a tolerância ao estresse por alta temperatura em M. persicae. Nossos achados destacam o mecanismo molecular subjacente à adaptação térmica mediada por Hsp70 em M. persicae. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

A heat shock protein 70 protects the green peach aphid (Myzus persicae) against high-temperature stress: Heat shock proteins (HSPs) are encoded by Hsp genes and are important in insect tolerance to heat stress. The green peach aphid, Myzus persicae, is an important agricultural pest. The functions of Hsp genes in the thermal tolerance of M. persicae are unknown. This study identified an Hsp70 gene (MpHsp70a) and analyzed its role in protection against high-temperature stress. MpHsp70a encoded a protein consisting of 659 amino acid residues. The protein had three signature motifs of the HSP70 family and was predicted to be localized in the cytoplasm. The highest expression level of MpHsp70a was in adults, and differences in the mRNA levels between apterous and alate adults were not significant. Exposure to high temperatures (30, 35 and 40 °C) for one hour and treatment with 40 °C for different times (0.5, 1 and 2 h) all resulted in a greatly elevated expression level of MpHsp70a, suggesting that the gene is heat-inducible. The transcriptional level of MpHsp70a was suppressed by injection with double-stranded RNA (dsRNA), and knockdown of MpHsp70a significantly increased the susceptibility of apterous adults to 40 °C. These results indicate that MpHsp70a is required for tolerance to high-temperature stress in M. persicae. Our findings highlight the molecular mechanism underlying Hsp70-mediated thermal adaptation in M. persicae. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

As ostras são espécies intertidais comercialmente importantes que se alimentam por filtração. Eventos de mortalidade em massa de ostras frequentemente ocorrem devido a estresses ambientais, como exposição a temperaturas flutuantes, salinidade e ar, bem como à poluição por metais e infecção por patógenos. Aqui, dados de RNA-seq foram utilizados para identificar genes responsivos compartilhados e específicos por meio de análise de expressão gênica diferencial e análise de rede de co-expressão gênica ponderada. Um total de 18 genes responsivos compartilhados regulados positivamente e 10 regulados negativamente foram identificados correspondendo a cinco diferentes estressores. Foram identificados 27 genes específicos para estresse por temperatura, 11 para salinidade, 80 para exposição ao ar, 51 para poluição por metais e 636 para estresse por patógeno Vibrio mediterranei em ostras. Elongina-β foi identificada como um gene crucial para resposta ao estresse térmico. Algumas HSP70s foram determinadas como genes responsivos compartilhados enquanto outras foram específicas para tolerância térmica. As proteínas codificadas por esses genes relacionados ao estresse devem ser investigadas para caracterizar suas funções fisiológicas. Além disso, as proteínas não caracterizadas e ncRNAs identificados podem estar envolvidos em mecanismos de resposta ao estresse e regulatórios específicos da espécie. Este estudo identificou genes específicos relacionados a estressores relevantes para o cultivo de ostras. Esses achados fornecem informações úteis para novas estratégias de seleção genética usando um método baseado em dados. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Transcriptomic identification of key genes in Pacific oysters Crassostrea gigas responding to major abiotic and biotic stressors: Oysters are commercially important intertidal filter-feeding species. Mass mortality events of oysters often occur due to environmental stresses, such as exposure to fluctuating temperatures, salinity, and air, as well as to metal pollution and pathogen infection. Here, RNA-seq data were used to identify shared and specific responsive genes by differential gene expression analysis and weighted gene co-expression network analysis. A total of 18 up-regulated and 10 down-regulated shared responsive genes were identified corresponding to five different stressors. Total 27 stressor-specific genes for temperature, 11 for salinity, 80 for air exposure, 51 for metal pollution, and 636 for Vibrio mediterranei pathogen stress were identified in oysters. Elongin-β was identified as a crucial gene for thermal stress response. Some HSP70s were determined to be shared responsive genes while others were specific to thermal tolerance. The proteins encoded by these stress-related genes should be further investigated to characterize their physiological functions. In addition, the uncharacterized proteins and ncRNAs that were identified may be involved in species-specific stress-response and regulatory mechanisms. This study identified specific genes related to stressors relevant to oyster cultivation. These findings provide useful information for new selective breeding strategies using a data driven method. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O ecossistema aquático é propenso às mudanças climáticas globais e à poluição que afetam os animais aquáticos, incluindo peixes. Diante do exposto, realizamos um experimento para delinear o papel do ácido eicosapentaenoico (EPA) e do ácido docosahexaenoico (DHA) com nanopartículas de selênio (Se-NPs) para aumentar a tolerância térmica em Pangasianodon hypophthalmus criados sob condições controle ou expostos simultaneamente a alta temperatura e arsênio (As + T) por 112 dias. As Se-NPs foram sintetizadas utilizando a abordagem verde. Quatro dietas experimentais, ou seja, EPA + DHA a 0,2, 0,4 e 0,6% juntamente com Se-NPs a 0,2 mg kg−1 de dieta, foram formuladas e preparadas. Ao final do experimento (112 dias), a tolerância térmica, ou seja, CTmin (mínima térmica crítica), CTmax (máxima térmica crítica), LTmin (mínima térmica letal) e LTmax (máxima térmica letal) foram determinadas. A suplementação de EPA + DHA juntamente com Se-NPs melhorou notavelmente a tolerância térmica dos peixes criados sob estresse (As + T) e condição controle. A superóxido dismutase, glutationa-S-transferase, catalase, peróxidos de glutationa e LPO foram aumentadas por As + T, enquanto EPA + DHA a 0,4% e Se-NPs reduziram o estresse oxidativo. Além disso, a acetilcolina esterase foi inibida pelo arsênio sozinho e em conjunto com a temperatura, mas a suplementação alimentar aumentou significativamente a atividade da AChE cerebral. A exposição ao arsênio e em conjunto com a temperatura reduziu significativamente a ATPase. Enquanto a suplementação de EPA + DHA a 0,4% e Se-NPs aumentou a ATPase nos tecidos do fígado e brânquias. A bioacumulação de arsênio também foi reduzida com EPA + DHA a 0,4% e Se-NPs. A presente investigação concluiu que EPA + DHA a 0,4% e Se-NPs a 0,2 mg kg−1 de dieta protegem o P. hypophthalmus contra a poluição por arsênio e o estresse térmico. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Selenium nanoparticles and omega-3 fatty acid enhanced thermal tolerance in fish against arsenic and high temperature: The aquatic ecosystem is prone to global climate change and pollution affecting aquatic animals, including fish. In light of the above, we experimented with delineate the role of eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA) with selenium nanoparticles (Se-NPs) to enhance the thermal tolerance in Pangasianodon hypophthalmus reared under control or concurrent exposure to high temperature and arsenic (As + T) for 112 days. Se-NPs were synthesized using the green approach. Four experimental diets viz. EPA + DHA at 0.2, 0.4 and 0.6 % along with Se-NPs at 0.2 mg kg−1 diet were formulated and prepared. End of the experiment (112 days), the thermal tolerance viz. CTmin (critical thermal minima) CTmax (critical thermal maxima), LTmin (lethal thermal minima) and LTmax (lethal thermal maxima) were determined. Supplementation of EPA + DHA along with Se-NPs noticeably improved the thermal tolerance of the fish reared under stress (As + T) and control condition. Superoxide dismutase, glutathione-s-transferase, catalase, glutathione peroxides and LPO were enhanced by As + T, whereas EPA + DHA at 0.4 % and Se-NPs reduced the oxidative stress. Further, acetylcholine esterase was inhibited by arsenic alone and concurrent with temperature but dietary supplementation significantly enhanced the brain AChE activity. Exposure to arsenic and concurrent with a temperature significantly reduced the ATPase. Whereas supplementation of EPA + DHA at 0.4 % and Se-NPs enhanced the ATPase in liver and gill tissues. Arsenic bioaccumulation was also reduced with EPA + DHA at 0.4 % and Se-NPs. The present investigation concluded that EPA + DHA at 0.4 % and Se-NPs at 0.2 mg kg−1 diet protects the P. hypophthalmus against arsenic pollution and thermal stress. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Arma chinensis é um importante inimigo predador de muitas pragas agrícolas e florestais. A proteína de choque térmico 70 (Hsp70) desempenha um papel essencial na adaptação de insetos a vários fatores de estresse. Para explorar as funções das Hsp70s em relação à tolerância térmica de A. chinensis, os cDNAs de comprimento total de seis genes Hsp70 (AcHsp70Ba, AcHsp70-4, AcHsp68a, AcHsp68b, AcHsp70-2 e AcHsc70-4) foram clonados. Suas molduras abertas de leitura (ORFs) foram de 1902, 2454, 1884, 1905, 1872 e 1947 pb, respectivamente. Os perfis de expressão desenvolvimental mostraram que AcHsp70Ba, AcHsp70-4 e AcHsc70-4 foram extremamente altamente expressos nos estágios adultos. AcHsp68a e AcHsp70-2 mostraram o maior nível de expressão nos estágios ninfais, e AcHsp68b foi principalmente expresso em adultos machos. A análise de distribuição tecidual demonstrou que as AcHsp70s foram expressas ubiquamente, mas mostrando padrões de expressão específicos do gene e dirigidos pelo sexo. A alta temperatura induziu a expressão das seis AcHsp70s. Entre elas, AcHsp70Ba, AcHsp70-4, AcHsp68a e AcHsc70-4 foram significativamente induzidas a 38 °C por 6 h, enquanto todas as seis AcHsp70s foram significativamente induzidas a 38 °C por 24 h. Houve diferenças nas respostas das seis AcHsp70s ao estresse por baixa temperatura. As expressões de AcHsp70-4, AcHsp68a e AcHsp68b em adultos machos foram significativamente reprimidas a 4 °C por 6 h, enquanto AcHsp70Ba e AcHsp70-2 foram significativamente induzidas. Os níveis de AcHsp70Ba, AcHsp68b e AcHsp70-2 em adultos fêmeas foram significativamente reprimidos a 4 °C por 24 h, enquanto AcHsc70-4 foi significativamente induzida. Estes resultados sugeriram que as AcHsp70s desempenham papéis importantes em vários estágios desenvolvimentais e funções teciduais, e contribuem para a tolerância de A. chinensis a temperaturas extremas. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Molecular characterization of six heat shock protein 70 genes from Arma chinensis and their expression patterns in response to temperature stress: Arma chinensis is an important predatory enemy of many agricultural and forest pests. Heat shock protein 70 (Hsp70) plays an essential role in insect adaptation to various stress factors. To explore the functions of Hsp70s in relation to thermal tolerance of A. chinensis, full-length cDNAs of six Hsp70 genes (AcHsp70Ba, AcHsp70-4, AcHsp68a, AcHsp68b, AcHsp70-2, and AcHsc70-4) were cloned. Their open reading frames (ORFs) were 1902, 2454, 1884, 1905, 1872, and 1947 bp, respectively. Developmental expression profiles showed that AcHsp70Ba, AcHsp70-4, and AcHsc70-4 were extremely highly expressed in adult stages. AcHsp68a and AcHsp70-2 showed the highest level of expression in nymph stages, and AcHsp68b was mainly expressed in male adults. Tissue distribution analysis demonstrated that the AcHsp70s were ubiquitously expressed but showing gene-specific and sex-driven patterns of expression. High temperature induced the expression of the six AcHsp70s. Among them, AcHsp70Ba, AcHsp70-4, AcHsp68a, and AcHsc70-4 were significantly induced at 38 °C for 6 h, while all six AcHsp70s were significantly induced at 38 °C for 24 h. There were differences in responses of the six AcHsp70s to low-temperature stress. The expressions of AcHsp70-4, AcHsp68a, and AcHsp68b in male adults were significantly repressed at 4 °C for 6 h, whereas AcHsp70Ba and AcHsp70-2 were significantly induced. The levels of AcHsp70Ba, AcHsp68b, and AcHsp70-2 in female adults were significantly repressed at 4 °C for 24 h, whereas AcHsc70-4 was significantly induced. These results suggested that AcHsp70s play important roles in various developmental stages and tissue function, and contribute to the tolerance of A. chinensis to extreme temperatures. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os gastrópodes exibem notável variação na cor da concha dentro e entre populações, mas a função da cor da concha frequentemente não é clara. No presente estudo, a temperatura corporal em campo e as respostas fisiológicas e transcriptômicas ao estresse térmico foram investigadas em diferentes morfotipos de cor da concha do caramujo de lodaçal Batillaria attramentaria. Usando modelos biomiméticos, descobrimos que a temperatura corporal de caramujos com concha escura sem bandas (morfotipo D) era ligeiramente maior que a de caramujos com uma linha branca na parte superior de cada volta (morfotipo UL) quando expostos à luz solar. Apesar de não haver diferenças na temperatura letal superior entre os morfotipos de cor da concha, sua temperatura de ponto de ruptura de Arrhenius (ABT) para desempenho térmico cardíaco diferiu significativamente, e a ABT de caramujos com morfotipo D foi maior que a de caramujos com morfotipo UL. A análise transcriptômica mostrou que caramujos tipo D exibem níveis mais elevados de quatro proteínas de choque térmico (HSPs) que caramujos tipo UL na temperatura controle. A resposta a proteínas desdobradas foi ativada em caramujos tipo UL, mas não em caramujos tipo D sob estresse térmico moderado. E 11 HSPs mostraram aumento em caramujos tipo UL em contraste com 1 HSP em caramujos tipo D, sugerindo uma estratégia de "defesa preparatória" da resposta ao choque térmico em caramujos tipo D sob estresse térmico moderado. Quando expostos à temperatura subletal, oito chaperonas moleculares foram exclusivamente reguladas positivamente em caramujos tipo D, sugerindo que estes genes podem permitir que caramujos tipo D melhorem sua tolerância térmica cardíaca. Nossos resultados sugerem que as estratégias de defesa preparatória e maior ABT para desempenho térmico cardíaco podem permitir que os caramujos de concha escura se adaptem a estresses térmicos rápidos e mais fortes no campo. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Cardiac performance and heat shock response variation related to shell colour morphs in the mudflat snail Batillaria attramentaria: Gastropods exhibit remarkable variation in shell colour within and among populations, but the function of shell colour is often not clear. In the present study, body temperature in the field and physiological and transcriptomic responses to thermal stress were investigated in different shell colour morphs of the mudflat snail Batillaria attramentaria. Using biomimetic models, we found that the body temperature of snails with a dark unbanded shell (D-type morph) was slightly higher than that of snails with a white line on the upper side of each whorl (UL-type morph) when exposed to sunlight. Despite no differences in upper lethal temperature among shell colour morphs, their Arrhenius breakpoint temperature (ABT) for cardiac thermal performance differed significantly, and the ABT of snails with the D-type morph was higher than that of snails with the UL-type morph. Transcriptomic analysis showed that D-type snails exhibit higher levels of four heat shock proteins (HSPs) than UL-type snails at control temperature. The unfolded protein response was activated in UL-type snails but not in D-type snails under moderate thermal stress. And 11 HSPs showed an increase in UL-type snails in contrast to 1 HSP in D-type snails, suggesting a 'preparative defence' strategy of the heat shock response in D-type snails under moderate thermal stress. When exposed to sublethal temperature, eight molecular chaperones were uniquely upregulated in D-type snails, suggesting these genes may allow D-type snails to improve their cardiac thermal tolerance. Our results suggest that the preparative defence strategies and higher ABT for cardiac thermal performance may allow the dark shell snails to adapt to rapid and stronger thermal stress in the field. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tolerância térmica e os mecanismos associados são frequentemente testados através da temperatura crítica máxima (CTMax). A temperatura de agitação é um limite térmico recentemente descrito em peixes que recebeu pouca avaliação mecanicista. O presente estudo utilizou um peixe elasmobrânquio temperado para testar a hipótese de que essa característica de tolerância térmica é parcialmente determinada pelo início do declínio do desempenho cardiorrespiratório e da resposta ao estresse celular. Tubarões-cação-de-espinho-do-Pacífico (Squalus suckleyi) foram avaliados quanto aos limites térmicos cardiorrespiratórios e de organismo inteiro para testar associações entre desempenho térmico e tolerância. Em seguida, marcadores bioquímicos de estresse secundário, atividades enzimáticas aeróbias e anaeróbias, e marcadores moleculares de estresse celular foram determinados para vários tecidos na temperatura de agitação, e marcadores de estresse secundário foram determinados na CTMax. Nos tubarões-cação, a temperatura de agitação foi caracterizada pelo aumento da atividade de giro dentro das câmaras experimentais e foi igual à temperatura onde os tubarões-cação exibiram frequência cardíaca máxima. A atividade da citrato sintase aumentou na temperatura de agitação no músculo branco em relação aos tubarões-cação não manipulados. Além disso, a atividade da lactato desidrogenase e o lactato acumulado no plasma e músculo não foram afetados pelo aquecimento agudo. O estresse celular foi aparente no hipotálamo, filamento branquial e ventrículo, denotado pela abundância elevada de transcritos de hsp70, mas não de hif1α. Por outro lado, a CTMax foi caracterizada por acidose metabólica impulsionada pela produção anaeróbica de lactato, significando uma dependência aumentada do metabolismo anaeróbico entre a temperatura de agitação e a CTMax. Juntos, esses dados fornecem suporte parcial para nossa hipótese, pois o estresse celular, mas não o declínio do desempenho térmico, ocorreu na temperatura de agitação. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Physiological responses to acute warming at the agitation temperature in a temperate shark: Thermal tolerance and associated mechanisms are often tested via the critical thermal maximum (CT<inf>Max</inf>). The agitation temperature is a recently described thermal limit in fishes that has received little mechanistic evaluation. The present study used a temperate elasmobranch fish to test the hypothesis that this thermal tolerance trait is partially set by the onset of declining cardiorespiratory performance and the cellular stress response. Pacific spiny dogfish (Squalus suckleyi) were screened for cardiorespiratory and whole-organism thermal limits to test for associations between thermal performance and tolerance. Then, biochemical markers of secondary stress, aerobic and anaerobic enzyme activities, and molecular markers of cellular stress were determined for various tissues at the agitation temperature, and secondary stress markers were determined at CT<inf>Max</inf>. In dogfish, the agitation temperature was characterised by increased turning activity within experimental chambers and was equal to the temperature where dogfish exhibited maximum heart rate. Citrate synthase activity increased at the agitation temperature in white muscle relative to unmanipulated dogfish. Further, lactate dehydrogenase activity and accumulated lactate in the plasma and muscle were not affected by acute warming. Cellular stress was apparent in hypothalamus, gill filament, and ventricle, denoted by elevated transcript abundance of hsp70, but not hif1α. Conversely, CT<inf>Max</inf> was characterised by metabolic acidosis driven by anaerobic lactate production, signifying an increased reliance on anaerobic metabolism between the agitation temperature and CT<inf>Max</inf>. Together, these data provide partial support for our hypothesis, in that cellular stress, but not declining thermal performance, occurred at the agitation temperature. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

As pequenas proteínas de choque térmico (sHSPs) desempenham papéis importantes no desenvolvimento e resistência ao estresse em insetos. No entanto, as funções in vivo e os mecanismos de ação permanecem amplamente desconhecidos ou pouco claros para a maioria dos membros das sHSPs em insetos. Este estudo investigou a expressão de CfHSP20.2 na lagarta-do-broto-do-abeto, Choristoneura fumiferana (Clem.) sob condições normais e de estresse térmico. Sob condições normais, o transcrito e a proteína CfHSP20.2 foram altamente e constantemente expressos nos testículos de larvas macho, pupas e adultos jovens e nos ovários de pupas em estágio tardio e adultos fêmeas. Após a eclosão do adulto, CfHSP20.2 permaneceu altamente e quase constantemente expresso nos ovários, mas em contraste, foi reprimido nos testículos. Sob estresse térmico, CfHSP20.2 foi regulado positivamente nas gônadas e tecidos não gonadais em ambos os sexos. Estes resultados indicam que a expressão de CfHSP20.2 é específica da gônada e induzida por calor. Isto fornece evidências de que a proteína CfHSP20.2 desempenha papéis importantes durante o desenvolvimento reprodutivo sob condições ambientais normais, enquanto sob condições de estresse térmico, também pode aumentar a tolerância térmica das gônadas e tecidos não gonadais. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Expression of the gonad-specific small heat shock protein, CfHSP20.2, in the spruce budworm, Choristoneura fumiferana (Clem.): Small heat shock proteins (sHSPs) play important roles in insect development and stress resistance. However, the in vivo functions and mechanisms of action remain largely unknown or unclear for most members of the sHSPs in insects. This study investigated the expression of CfHSP20.2 in the spruce budworm, Choristoneura fumiferana (Clem.) under normal and heat-stress conditions. Under normal conditions, CfHSP20.2 transcript and protein were highly and constantly expressed in the testes of male larvae, pupae and young adults and in the ovaries of female late-stage pupae and adults. After adult eclosion, CfHSP20.2 remained highly and almost constantly expressed in the ovaries, but in contrast, was downregulated in the testes. Upon heat stress, CfHSP20.2 was upregulated in the gonads and non-gonadal tissues in both sexes. These results indicate that CfHSP20.2 expression is gonad-specific and heat-inducible. This provides evidence that the CfHSP20.2 protein plays important roles during reproductive development under normal environmental conditions, while under heat-stress conditions, it may also enhance the thermal tolerance of the gonads and non-gonadal tissues. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Mudanças climáticas e poluição são os principais contribuintes para a degradação dos sistemas aquáticos. Esses fatores também afetam a existência e a adequação dos animais aquáticos. Esses fatores abióticos afetam a tolerância térmica do Pangasianodon hypophthalmus. Nesse contexto, um experimento foi conduzido para delinear o papel do nano-cobre (Cu-NPs) no aumento da eficiência térmica, expressão de genes antioxidantes e imunidade do P. hypophthalmus criado sob estresse por arsênio (As), alta temperatura (34 °C) e pH baixo (6,5) por 110 dias. Quatro dietas isocalóricas e isonitrogenadas contendo Cu-NPs a 0, 1,0, 1,5 e 2,0 mg kg−1 foram formuladas e preparadas. O estudo de eficiência térmica foi conduzido ao final de 110 dias de ensaio alimentar e determinou o mínimo térmico crítico (CTmin), máximo térmico letal (LTmax), mínimo térmico letal (LTmin) e máximo térmico crítico (CTmax). O cortisol, a proteína de choque térmico (HSP 70) e as enzimas neurotransmissoras foram notavelmente afetados por As, As+T e As+pH+T, enquanto foram melhorados pelo Cu-NPs dietético durante LTmin e LTmax. Os genes relacionados ao índice imunológico, a saber, fator de necrose tumoral (TNFα), interleucina (IL1b), óxido nítrico sintase induzível (iNOS), imunoglobulina (Ig) e receptor tipo toll (TLR) no fígado foram notavelmente alterados com os estressores. Enquanto o Cu-NPs dietético a 1,5 mg kg−1 na dieta melhorou os sistemas imunológicos ao melhorar a expressão gênica durante LTmin e LTmax. A expressão gênica relacionada à antioxidante SOD, CAT e GPx foi significativamente aumentada com As, As+T e As+pH+T, enquanto o Cu-NPs reduziu notavelmente o estresse oxidativo. A bioacumulação e concentração de arsênio no músculo e na água do P. hypophthalmus foram significativamente reduzidas usando Cu-NPs dietético. Também protegeu os tecidos contra danos ao DNA durante LTmax. A presente investigação revelou que a suplementação de Cu-NPs a 1,5 mg kg-1 na dieta melhora a eficiência térmica e a regulação gênica relacionada à antioxidante e imunidade do P. hypophthalmus. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Nano‑copper enhances thermal efficiency and stimulates gene expression in response to multiple stresses in Pangasianodon hypophthalmus (Striped catfish): Climate change and pollution are the major contributors to the aquatic system degradation. These factors also affect the existence and suitability of the aquatic animals. These abiotic factors affect the thermal tolerance of the Pangasianodon hypophthalmus. In the above backdrop, an experiment was conducted to delineate the role of nano‑copper (Cu-NPs) in the enhancement of thermal efficiency, anti-oxidative gene expression, and immunity of the P. hypophthalmus reared under arsenic (As), high temperature (34 °C) and low pH (6.5) stress for 110 days. Four isocaloric and isonitrogenous diets containing Cu-NPs at 0, 1.0, 1.5, and 2.0 mg kg−1 were formulated and prepared. The thermal efficiency study was conducted at the end of 110 days feeding trial and determined the critical thermal minima (CTmin), lethal thermal maxima (LTmax) and lethal thermal minima (LTmin), and critical thermal maxima (CTmax). The cortisol, heat shock protein (HSP 70) gene, and neurotransmitter enzymes were noticeably affected by As, As+T and As+pH+T, whereas it improved by dietary Cu-NPs during LTmin and LTmax. The genes related to immunological index viz. tumor necrosis factor (TNFα), interleukin (IL1b), inducible nitric oxide synthase (iNOS), immunoglobulin (Ig) and toll like receptor (TLR) in liver were noticeably altered with stressors. Whereas dietary Cu-NPs at 1.5 mg kg−1 diet improved the immune systems by improving gene expression during LTmin and LTmax. The anti-oxidative related gene expression SOD, CAT, and GPx were significantly enhanced with As, As+T, and As+pH+T, whereas Cu-NPs remarkably reduced the oxidative stress. The bioaccumulation and concentration of arsenic in P. hypophthalmus muscle and water were significantly reduced using dietary Cu-NPs. It also protects the tissues against DNA damage during LTmax. The present investigation revealed that supplementation of Cu-NPs at 1.5 mg kg-1 diet improves thermal efficiency and gene regulation related to anti-oxidative and immunity of the P. hypophthalmus. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O estresse térmico prejudica significativamente o desempenho de crescimento de frangos de corte, causando sérias perdas à indústria avícola anualmente. Assim, compreender o desempenho de raças de galinhas indígenas sob tal ambiente é crucial para abordar o problema do estresse térmico. O propósito deste estudo foi investigar os efeitos do estresse térmico (HS) no desempenho produtivo, histologia tecidual, resposta de choque térmico (HSP70, HSP90) e genes relacionados ao crescimento muscular (GHR, IGF-1 e IGF-1R) da Galinha amarela normal (NYC) e Galinha amarela anã (DYC). Setenta e duas aves fêmeas de cada linhagem foram criadas sob condições ambientais normais até 84 dias, com aves de cada linhagem sendo divididas em dois grupos (HS e controle). No grupo HS, as aves foram submetidas a alta temperatura de 35 ± 1 °C por 8 h diariamente durante uma semana, enquanto no grupo controle, as aves foram criadas a 28 ± 1 °C. Aos 91 dias de idade, tecidos do fígado, hipotálamo e músculo peitoral das aves foram coletados para avaliar a expressão gênica, alterações histológicas e o desempenho produtivo. O consumo de ração, taxa de ganho de peso, ingestão total de proteína e taxa de eficiência proteica mostraram redução significativa nos tratamentos (P < 0,01) e interação tratamento × linhagem (P < 0,05), com taxa de músculo peitoral reduzindo significativamente entre os tratamentos (P < 0,01) após 7 dias de HS. Correspondentemente, a gordura abdominal total mostrou mudança significativa entre tratamento e linhagem (P < 0,01, P < 0,05), respectivamente. Além disso, HS aumentou marcadamente a expressão de mRNA de HSP70 e HSP90 no peitoral maior de ambas as linhagens de galinhas, mas nenhum aumento significativo (P < 0,05) foi encontrado na expressão de mRNA de HSP90 em tecidos hepáticos e hipotalâmicos de ambas as linhagens de galinhas. Ademais, HS aumentou significativamente (P < 0,05) a expressão de genes lipogênicos (FASN, ACC) em tecidos hepáticos de NYC, enquanto a expressão de mRNA desses genes não mostrou variação em DYC. Similarmente, HS reduziu a expressão de mRNA de genes relacionados ao crescimento muscular (GHR, IGF-1 e IGF-1R). Consequentemente, a análise histopatológica mostrou que alterações histológicas foram acompanhadas por infiltração de células inflamatórias em tecidos hepáticos de ambas as linhagens de galinhas; entretanto, alterações histopatológicas foram mais severas em NYC do que na linhagem de galinha anã. Conclusivamente, este estudo demonstrou que o desempenho produtivo e taxa de crescimento variaram significativamente entre grupo tratamento e controle de NYC. Contudo, o tratamento térmico em DYC não mostrou consequências danificantes significativas comparado ao grupo controle, o que sinaliza o papel vital da característica anã na tolerância térmica. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Investigating the heat tolerance and production performance in local chicken breed having normal and dwarf size: Heat stress significantly impairs the growth performance of broilers, which causes serious losses to the poultry industry every year. Thus, understanding the performance of indigenous chicken breeds under such environment is crucial to address heat stress problem. The purpose of this study was to investigate the effects of heat stress (HS) on production performance, tissue histology, heat shock response (HSP70, HSP90), and muscle growth-related genes (GHR, IGF-1, and IGF-1R) of Normal yellow chicken (NYC) and Dwarf yellow chicken (DYC). Seventy-two female birds from each strain were raised under normal environmental conditions up to 84 days, with birds from each strain being divided into two groups (HS and control). In the HS group, birds were subjected to high temperature at 35 ± 1 °C for 8 h daily and lasted for a week, while in the control group, birds were raised at 28 ± 1 °C. At 91 days old, bird's liver, hypothalamus, and breast muscle tissues were collected to evaluate the gene expression, histological changes, and the production performance. The Feed intake, weight gain ratio, total protein intake and protein efficiency ratio showed a significant reduction in the treatments (P < 0.01) and treatment × strain interaction (P < 0.05) with breast muscle rate significantly reducing among the treatments (P < 0.01) after 7 days of HS. Correspondingly, total abdominal fat showed significant change among treatment and strain (P < 0.01, P < 0.05), respectively. Besides, HS markedly upregulated the mRNA expression of HSP70 and HSP90 in the pectoralis major of both chicken strains, but no significant increase (P < 0.05) was found in mRNA expression of HSP90 in liver and hypothalamus tissues of both chicken strains. Moreover, HS significantly upregulated (P < 0.05) the expression of lipogenic genes (FASN, ACC) in liver tissues of NYC, while mRNA expression of these genes showed no variation in DYC. Similarly, HS downregulated the mRNA expression of muscle growth-related genes (GHR, IGF-1, and IGF-1R). Consequently, the histopathological analysis showed that histological changes were accompanied by inflammatory cell infiltration in liver tissues of both chicken strains; however, histopathological changes were more severe in NYC than dwarf chicken strain. Conclusively, this study depicted that the production performance and growth rate varied significantly between treatment and control group of NYC. However, heat treatment in DYC has not shown significant damaging consequences as compared to the control group that signifies the vital role of the dwarf trait in thermal tolerance. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

O fenômeno do aumento do estresse térmico (HS) entre os animais é de particular importância quando observado em indústrias economicamente significativas, como a avicultura. Devido à identificação das raízes fisiológicas, moleculares e genéticas das respostas ao HS em frangos, um número substancial de estudos tem se concentrado em reduzir os efeitos do HS na avicultura por meio de manejo ambiental, manipulação dietética e alterações genéticas. Alega-se que a manipulação de temperatura (TM) durante a embriogênese aumenta a tolerância térmica e o bem-estar dos frangos sem afetar sua capacidade de crescimento futuro. Houve pouca investigação sobre a vulnerabilidade do epigenoma envolvendo TM durante a embriogênese, embora as vias celulares ativadas pelo HS tenham sido exploradas em frangos. Alterações epigenéticas causadas por TM pré-natal melhoram a adaptação pós-natal à temperatura e produzem memória fisiológica. Este trabalho oferece uma análise minuciosa que explica o impacto cumulativo dos genes de resposta ao HS, como genes relacionados a proteínas de choque térmico, antioxidantes e genes imunológicos, que podem auxiliar na adaptabilidade aprimorada de frangos que foram submetidos à manipulação térmica durante seus estágios embrionários. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of Thermal Manipulation on mRNA Regulation of Response Genes Regarding Improvement of Thermotolerance Adaptation in Chickens during Embryogenesis: The phenomenon of increasing heat stress (HS) among animals is of particular significance when it is seen in economically significant industries, such as poultry. Due to the identification of the physiological, molecular, and genetic roots of HS responses in chickens, a substantial number of studies have focused on reducing the effects of HS in poultry through environmental management, dietary manipulation, and genetic alterations. Temperature manipulation (TM) during embryogenesis has been claimed to increase the thermal tolerance and well-being of chickens without affecting their capacity for future growth. There has been little investigation into the vulnerability of the epigenome involving TM during embryogenesis, although the cellular pathways activated by HS have been explored in chickens. Epigenetic changes caused by prenatal TM enhance postnatal temperature adaption and produce physiological memory. This work offers a thorough analysis that explains the cumulative impact of HS response genes, such as genes related to heat shock proteins, antioxidants, and immunological genes, which may aid in the enhanced adaptability of chickens that have undergone thermal manipulation during their embryonic stages. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

As altas temperaturas no verão representam uma ameaça para a truta arco-íris Oncorhynchus mykiss em tanques-rede, causando estresse térmico ou até mesmo morte. Para investigar os efeitos do estresse térmico na resposta antioxidante do fígado da truta arco-íris e genes imunes relacionados, selecionamos trutas arco-íris juvenis [(24,8±10,0) g] como sujeitos experimentais e selecionamos os grupos sensível e tolerante por aumentos graduais de temperatura até um ponto de estresse térmico. Fragmentação de DNA polimórfico (RAPD) foi estudada de forma comparativa. Os resultados mostram que os níveis de atividades de superóxido dismutase (SOD) e catalase (CAT) no grupo sensível não mostraram diferença significativa daqueles no grupo tolerante (P>0,05) mas diferiram do grupo controle (P<0,05). Os níveis de fator induzível por hipóxia 1α (hif-1α), interleucina-1β (il-1β) e proteínas de choque térmico 10 (hsp10) no grupo sensível não tiveram diferença significativa daqueles no grupo tolerante (P<0,05). A expressão relativa de hif-1α, il-1β e hsp10 foi 1,8, 1,28 e 16,5 vezes maior no grupo sensível do que no grupo tolerante (P<0,05), respectivamente. A expressão de proteínas de choque térmico 70 (hsp70) no grupo tolerante foi 1,37 vezes maior que a do grupo sensível (P<0,05). A expressão de il-8 e hsp10 no grupo sensível foi significativamente maior que no grupo tolerante, indicando que a alta temperatura levou a uma resposta inflamatória no fígado de trutas arco-íris juvenis, e o fígado do grupo sensível foi mais severamente danificado, o que é consistente com o perfil RAPD refletindo que o dano ao DNA no grupo sensível foi mais severo que no grupo tolerante. A expressão de hsp70 no grupo tolerante foi significativamente maior que no grupo sensível porque hsp70 desempenha um papel na proteção de tecidos e células em truta arco-íris em resposta ao estresse térmico. Sugere-se que a diferença na expressão de hsp70 e hsp10 é uma das razões para a diferença na tolerância térmica e a capacidade de tolerar hipóxia é um fator importante na tolerância térmica para truta arco-íris. Enquanto isso, o RAPD é uma ferramenta eficaz para identificar indivíduos com tolerância térmica. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

EFFECT OF THERMAL STRESS ON ACTIVITY OF ANTIOXIDANT ENZYMES AND EXPRESSION OF IMMUNE-RELATED GENES IN LIVER OF RAINBOW TROUT (ONCORHYNCHUS MYKISS): High summer temperatures poses a threat to rainbow trout Oncorhynchus mykiss in net pens, causing thermal stress or even death. To investigate the effects of thermal stress on the antioxidant response of rainbow trout liver and related immune genes, we selected juvenile rainbow trout [(24.8±10.0) g] as the experimental subjects and screened the sensitive and tolerant groups by gradual temperature increases to a thermal stress point. Polymorphic DNA (RAPD) fragmentation was studied in a comparative manner. Results show that the levels of superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) activities in the sensitive group showed no significant difference from those in the tolerant group (P>0.05) but the control group (P<0.05). The levels of hypoxia inducible factor 1α (hif-1α), interleukin-1β (il-1β), and heat shock proteins10 (hsp10) in the sensitive group had no significant difference from those in the tolerant group (P<0.05). The relative expression of hif-1α, il-1β, and hsp10 were 1.8, 1.28, and 16.5 times higher in the sensitive group than in the tolerant group (P<0.05), respectively. The expression of heat shock proteins 70 (hsp70) in the tolerant group was 1.37 times higher of that in the sensitive group (P<0.05). The expression of il-8 and hsp10 in the sensitive group was significantly higher than that in the tolerant group, indicating that the high temperature led to an inflammatory response in the liver of juvenile rainbow trout, and the liver of the sensitive group was more severely damaged, which is consistent with the RAPD profile reflecting that the DNA damage in the sensitive group was more severe than that in the tolerant group. The expression of hsp70 in the tolerant group was significantly higher than that in the sensitive group because hsp70 plays a role in protecting tissues and cells in rainbow trout in response to the heat stress. It is suggested that the difference in hsp70 and hsp10 expression is one of the reasons for the difference in thermal tolerance and the ability to tolerate hypoxia is an important factor in thermal tolerance for rainbow trout. Meanwhile, the RAPD is an effective tool for identifying individuals with thermal tolerance. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Em comparação com a maioria dos peixes teleósteos modernos, os esturjões geralmente apresentam respostas ao estresse atenuadas. Embora uma resposta atenuada ao estresse pareça ser ubíqua entre as espécies de esturjão, os mecanismos subjacentes a esta resposta atenuada não foram totalmente descritos. O objetivo deste estudo foi determinar os padrões de alteração hematológica e transcriptômica no tecido muscular após um estresse térmico agudo de alta temperatura (máxima térmica crítica; CT<inf>max</inf>) em duas espécies de esturjão localmente co-ocorrentes mas evolutivamente distantes (esturjão do Atlântico e esturjão-de-focinho-curto). O padrão mais marcante encontrado foi que o esturjão do Atlântico desencadeou uma vigorosa resposta transcriptômica no CT<inf>max</inf>, enquanto o esturjão-de-focinho-curto não o fez. Em contraste, o esturjão-de-focinho-curto apresenta cortisol significativamente mais elevado que o esturjão do Atlântico no CT<inf>max</inf>, reafirmando que o esturjão-de-focinho-curto tem uma resposta ao estresse de cortisol menos atenuada. O esturjão do Atlântico reprimiu vários processos, incluindo criação/processamento de RNA, metilação e processos imunológicos. Além disso, vários genes relacionados a proteínas de choque térmico foram diferencialmente expressos no CT<inf>max</inf> no esturjão do Atlântico, mas nenhum desses genes foi significativamente alterado no esturjão-de-focinho-curto. Também observamos que a maioria dos genes diferencialmente expressos de ambas as espécies não é descrita e não possui ortólogos conhecidos. Estes resultados sugerem que, embora os esturjões como um todo possam mostrar respostas atenuadas ao estresse, espécies individuais de esturjão provavelmente usam estratégias indutivas diferentes para lidar com o estresse térmico agudo de alta temperatura. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Atlantic sturgeon and shortnose sturgeon exhibit highly divergent transcriptomic responses to acute heat stress: In comparison to most modern teleost fishes, sturgeons generally display muted stress responses. While a muted stress response appears to be ubiquitous across sturgeon species, the mechanisms unpinning this muted response have not been fully described. The objective of this study was to determine the patterns of hematological and transcriptomic change in muscle tissue following an acute high temperature stress (critical thermal maxima; CT<inf>max</inf>) in two locally co-occurring but evolutionarily distant sturgeon species (Atlantic and shortnose sturgeon). The most striking pattern found was that Atlantic sturgeon launched a vigorous transcriptomic response at CT<inf>max</inf>, whereas shortnose sturgeon did not. In contrast, shortnose sturgeon have significantly higher cortisol than Atlantics at CT<inf>max</inf>, reconfirming that shortnose have a less muted cortisol stress response. Atlantic sturgeon downregulated a number of processes, included RNA creation/processing, methylation and immune processes. Furthermore, a number of genes related to heat shock proteins were differentially expressed at CT<inf>max</inf> in Atlantic sturgeon but none of these genes were significantly changed in shortnose sturgeon. We also note that the majority of differentially expressed genes of both species are undescribed and have no known orthologues. These results suggest that, while sturgeons as a whole may show muted stress responses, individual sturgeon species likely use different inducible strategies to cope with acute high temperature stress. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Em resposta a estressores ambientais, os pais podem moldar os resultados do desenvolvimento de sua prole ao contribuir com fatores não genéticos, mas hereditários. A transmissão de tais fatores pode potencialmente permitir que a prole, desde o início de suas vidas, expresse fenótipos que correspondam aos seus ambientes antecipados. Neste estudo, pergunto se o crescimento aprimorado em larvas de Onthophagus taurus (o besouro rola-bosta de cabeça grande) é modificado pela exposição parental ao calor ou pela exposição da prole ao calor durante o início da vida. Descubro que, independentemente do ambiente inicial da prole, indivíduos produzidos por pais expostos ao calor crescem mais. Além disso, adotando uma abordagem transcriptômica, descubro que a sinalização da ecdisona pode mediar o efeito transgeracional e que o aumento da sinalização da insulina ou a redução da produção de proteínas de choque térmico podem ser responsáveis pelo crescimento aprimorado em larvas derivadas de pais expostos ao calor. Juntos, meus resultados fornecem evidências de um efeito transgeracional induzido termicamente e uma base para testes funcionais de mecanismos candidatos que medeiam o efeito. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

A transcriptomic investigation of heat-induced transgenerational plasticity in beetles: In response to environmental stressors, parents can shape the developmental outcomes of their offspring by contributing non-genetic but heritable factors. The transmission of such factors can potentially allow offspring, from the beginning of their lives, to express phenotypes that match their anticipated environments. In this study, I ask whether enhanced growth in larvae of Onthophagus taurus (the bull-headed dung beetle) is modified by parental exposure to heat or by exposure of the offspring to heat during early life. I find that, irrespective of the early environment of the offspring, individuals produced by parents exposed to heat grow larger. Furthermore, taking a transcriptomic approach, I find that ecdysone signalling might mediate the transgenerational effect and that increased insulin signalling or reduced production of heat shock proteins might be responsible for the enhanced growth in larvae derived from parents exposed to heat. Together, my results provide evidence for a thermally induced transgenerational effect and a foundation for functional testing of candidate mechanisms mediating the effect. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

A distribuição geográfica do mosquito vetor de muitos vírus causadores de doenças humanas, Aedes aegypti, está se expandindo, em parte devido às mudanças climáticas. A capacidade desta espécie de se adaptar ao estresse térmico afetará suas distribuições futuras. Não está claro quanto a variação genética hereditária pode afetar os limites térmicos superiores das populações de mosquitos a longo prazo. Nem as vias genéticas que conferem tolerância térmica são totalmente compreendidas. A curto prazo, as células induzem uma resposta plástica e protetora conhecida como 'choque térmico'. Usando um ensaio fisiológico de 'knockdown', investigamos a tolerância térmica do mosquito para caracterizar a arquitetura genética da característica. Embora as famílias representando os extremos da distribuição para o tempo de knockdown diferissem entre si, a característica exibiu herdabilidade de sentido amplo baixa, mas não nula. Em seguida, exploramos se famílias representando extremos de desempenho térmico diferiam em sua resposta ao choque térmico medindo a expressão gênica dos genes codificadores de proteínas de choque térmico Hsp26, Hsp83 e Hsp70. Contrariamente à previsão, as famílias com maior tolerância térmica demonstraram menor expressão de Hsp. Este padrão pode indicar que outros mecanismos de tolerância ao calor, em vez do choque térmico, podem sustentar a resposta ao estresse, e a produção custosa de HSPs pode, em vez disso, sinalizar má adaptação. Este artigo é parte da edição temática 'Ecologia e evolução de doenças infecciosas em um mundo em mudança'. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Assessing the role of family level variation and heat shock gene expression in the thermal stress response of the mosquito Aedes aegypti: The geographical range of the mosquito vector for many human disease-causing viruses, Aedes aegypti, is expanding, in part owing to changing climate. The capacity of this species to adapt to thermal stress will affect its future distributions. It is unclear how much heritable genetic variation may affect the upper thermal limits of mosquito populations over the long term. Nor are the genetic pathways that confer thermal tolerance fully understood. In the short term, cells induce a plastic, protective response known as 'heat shock'. Using a physiological 'knockdown' assay, we investigated mosquito thermal tolerance to characterize the genetic architecture of the trait. While families representing the extreme ends of the distribution for knockdown time differed from one another, the trait exhibited low but non-zero broad-sense heritability. We then explored whether families representing thermal performance extremes differed in their heat shock response by measuring gene expression of heat shock protein-encoding genes Hsp26, Hsp83 and Hsp70. Contrary to prediction, the families with higher thermal tolerance demonstrated less Hsp expression. This pattern may indicate that other mechanisms of heat tolerance, rather than heat shock, may underpin the stress response, and the costly production of HSPs may instead signal poor adaptation. This article is part of the theme issue 'Infectious disease ecology and evolution in a changing world'. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Este estudo investigou o efeito de temperaturas de aclimatação e ablação do pedúnculo ocular (EA) na tolerância térmica de juvenis de Penaeus vannamei. Em cada caso, foi avaliada a expressão relativa de genes envolvidos na proteção celular (hsp70 e hsp90), estresse oxidativo (cMnSOD e GPx) e metabolismo anaeróbico (hif1a). Para este propósito, os camarões foram aclimatados a 20, 26 e 32°C por 21 dias. Após a aclimatação, o máximo térmico crítico (CTmax) foi determinado em organismos não ablacionados, ablacionados unilateralmente e bilateralmente. Foi observado um efeito das temperaturas de aclimatação nos valores de CTmax, com camarões aclimatados a 32°C apresentando as maiores taxas. Da mesma forma, a EA resultou em menor tolerância térmica ao CTmax em organismos aclimatados a 20 e 26°C. As respostas protetoras e de reparo celular dos camarões foram evidenciadas pelo aumento da expressão dos genes hsp70 e hsp90 após o CTmax e foram intensificadas pela EA. Em contraste, os resultados mostraram que cMnSOD foi muito sensível ao CTmax, e sua expressão foi intensificada com a EA, enquanto para a GPx, houve um aumento na expressão gênica relativa, principalmente em camarões aclimatados a 20°C. No caso de hif1a, foi observada superexpressão na temperatura de aclimatação de 26°C, mostrando a ativação de mecanismos compensatórios como o metabolismo anaeróbico. A EA causou uma resposta molecular significativa durante o CTmax de biomarcadores moleculares envolvidos na resposta ao estresse térmico, estresse oxidativo e mecanismos compensatórios. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Eyestalk ablation and acclimation temperatures affect juveniles Penaeus vannamei thermo-tolerance: molecular biomarkers of cell protection oxidative stress, and compensatory mechanisms: This study investigated the effect of acclimation temperatures and eyestalk ablation (EA) on the thermal tolerance of juvenile Penaeus vannamei. In each case, the relative expression of genes involved in cell protection (hsp70 and hsp90), oxidative stress (cMnSOD and GPx), and anaerobic metabolism (hif1a) was assessed. For this purpose, shrimp were acclimated to 20, 26, and 32°C for 21 days. After acclimation, the critical thermal maxima (CTmax) was determined in non-eyestalk ablated, unilaterally, and bilaterally eyestalk ablated organisms. An effect of acclimation temperatures on CTmax values was observed, with shrimp acclimated at 32°C having the highest rates. Likewise, EA resulted in lower thermal tolerance to CTmax in organisms acclimated at 20 and 26°C. The shrimp's protective and cellular repair responses were evidenced by increased hsp70 and hsp90 gene expression after CTmax and were intensified by the EA. In contrast, the results showed that cMnSOD was very sensitive to CTmax, and its expression was intensified with EA, while for GPx, there was an increase in the relative gene expression, mainly in shrimp acclimated at 20°C. In the case of hif1a, overexpression was observed at the acclimation temperature of 26°C, showing the activation of compensatory mechanisms such as anaerobic metabolism. EA caused a significant molecular response during CTmax of molecular biomarkers involved in heat stress response, oxidative stress, and compensatory mechanisms. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

INTRODUÇÃO: Temperaturas elevadas podem afetar diretamente a dinâmica populacional de insetos-praga. Muitos estudos experimentais indicaram que altas temperaturas afetam as características biológicas e ecológicas da amplamente distribuída praga agrícola Aphis gossypii, mas os mecanismos moleculares subjacentes à sua resposta ao estresse térmico permanecem não estudados. Aqui, utilizamos análise transcriptômica para explorar os genes-chave e vias metabólicas envolvidas na regulação da termotolerância em A. gossypii a 29 °C, 32 °C e 35 °C. RESULTADOS: Os resultados da análise de bioinformática mostram que poucos genes foram consistentemente diferencialmente expressos entre os tratamentos de temperatura mais alta em comparação com 29 °C, e um aumento moderado de temperatura de 3 °C pode eliciar mudanças na expressão gênica que ajudam A. gossypii a se adaptar a temperaturas mais quentes. Com base na análise de enriquecimento de vias KEGG, descobrimos que genes codificando quatro proteínas de choque térmico 70 (Hsp70s) e nove proteínas catepsina B (CathB) foram significativamente regulados positivamente a 35 °C em comparação com 32 °C. Genes relacionados à produção de glutationa também foram altamente enriquecidos entre 32 °C e 29 °C. O silenciamento de duas Hsp70s (ApHsp70A1–1 e ApHsp68) e duas CathBs (ApCathB01 e ApCathB02) com interferência de RNA usando um sistema de entrega transdérmica de dsRNA baseado em nanocarreador aumentou significativamente a sensibilidade de A. gossypii a altas temperaturas. CONCLUSÃO: A. gossypii é capaz de ajustar finamente sua resposta através de uma faixa de temperaturas, e os genes Hsp70 e CathB são essenciais para a adaptação de A. gossypii a temperaturas mais quentes. © 2023 Society of Chemical Industry. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Heat shock protein 70 and Cathepsin B genes are involved in the thermal tolerance of Aphis gossypii: BACKGROUND: Elevated temperature can directly affect the insect pest population dynamics. Many experimental studies have indicated that high temperatures affect the biological and ecological characteristics of the widely distributed crop pest Aphis gossypii, but the molecular mechanisms underlying its response to heat stress remain unstudied. Here, we used transcriptomic analysis to explore the key genes and metabolic pathways involved in the regulation of thermotolerance in A. gossypii at 29 °C, 32 °C, and 35 °C. RESULTS: The results of bioinformatics analysis show that few genes were consistently differentially expressed among the higher temperature treatments compared to 29 °C, and a moderate temperature increase of 3 °C can elicit gene expression changes that help A. gossypii adapt to warmer temperatures. Based on KEGG pathway enrichment analysis, we found that genes encoding four heat shock protein 70 s (Hsp70s) and nine cathepsin B (CathB) proteins were significantly upregulated at 35 °C compared with 32 °C. Genes related to glutathione production were also highly enriched between 32 °C and 29 °C. Silencing of two Hsp70s (ApHsp70A1–1 and ApHsp68) and two CathBs (ApCathB01 and ApCathB02) with RNA interference using a nanocarrier-based transdermal dsRNA delivery system significantly increased sensitivity of A. gossypii to high temperatures. CONCLUSION: A. gossypii is able to fine-tune its response across a range of temperatures, and Hsp70 and CathB genes are essential for adaption of A. gossypii to warmer temperatures. © 2023 Society of Chemical Industry. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Frangos saudáveis são necessários para atender à demanda crescente por carne avícola. As aves são submetidas a numerosas condições estressantes sob sistemas de criação comerciais, incluindo variações na temperatura ambiental. No entanto, é difícil combater os efeitos do aquecimento global na indústria pecuária. A alta temperatura ambiental é uma condição estressante que tem efeitos prejudiciais no crescimento e desempenho produtivo, resultando em diminuição do consumo de ração, crescimento retardado, saúde intestinal comprometida, estresse oxidativo aumentado e respostas imunes alteradas. Abordagens tradicionais incluem modificação nutricional e manejo de alojamento para mitigar os efeitos nocivos de ambientes quentes. Atualmente, frangos de corte são mais suscetíveis ao estresse térmico (HS) do que galinhas poedeiras devido à sua alta massa muscular e taxa metabólica. Nesta revisão, exploramos a possibilidade de manipulação in ovo para combater o HS em frangos de corte. Dada sua curta vida útil desde a eclosão até a idade de mercado, a vida embrionária é considerada um dos períodos críticos para alcançar esses objetivos. Embriões de frango podem ser modulados através de tratamento térmico ou nutrição para melhorar a tolerância térmica durante a fase de criação. Primeiro, fornecemos uma breve visão geral dos efeitos prejudiciais do HS na avicultura. Em seguida, foi apresentada uma avaliação aprofundada da alimentação in ovo e manipulação térmica como estratégias emergentes para combater os efeitos negativos do HS. Finalmente, avaliamos uma combinação dos dois métodos usando os dados disponíveis. Em conjunto, essas investigações sugerem que a manipulação embrionária tem potencial para conferir resistência ao calor em frangos. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Embryonic modulation through thermal manipulation and in ovo feeding to develop heat tolerance in chickens: Healthy chickens are necessary to meet the ever-increasing demand for poultry meat. Birds are subjected to numerous stressful conditions under commercial rearing systems, including variations in the environmental temperature. However, it is difficult to counter the effects of global warming on the livestock industry. High environmental temperature is a stressful condition that has detrimental effects on growth and production performance, resulting in decreased feed intake, retarded growth, compromised gut health, enhanced oxidative stress, and altered immune responses. Traditional approaches include nutritional modification and housing management to mitigate the harmful effects of hot environments. Currently, broiler chickens are more susceptible to heat stress (HS) than layer chickens because of their high muscle mass and metabolic rate. In this review, we explored the possibility of in ovo manipulation to combat HS in broiler chickens. Given their short lifespan from hatching to market age, embryonic life is thought to be one of the critical periods for achieving these objectives. Chicken embryos can be modulated through either temperature treatment or nourishment to improve thermal tolerance during the rearing phase. We first provided a brief overview of the harmful effects of HS on poultry. An in-depth evaluation was then presented for in ovo feeding and thermal manipulation as emerging strategies to combat the negative effects of HS. Finally, we evaluated a combination of the two methods using the available data. Taken together, these investigations suggest that embryonic manipulation has the potential to confer heat resistance in chickens. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Atualmente, os insetos estão submetidos a estresse térmico sem precedentes devido aos recentes aumentos na frequência e amplitude de extremos de temperatura. Compreender as respostas moleculares ao estresse térmico é criticamente importante para avaliar como as espécies reagem ao estresse térmico. Três espécies cosmopolitas coexistentes são encontradas dentro da guilda de pulgões dos cereais: Sitobion avenae, Ropalosiphum padi e Metopolophium dirhodum. Relatórios anteriores mostraram que o aumento da frequência de extremos de temperatura causa uma mudança nas espécies dominantes dentro das guildas de pulgões dos cereais, alterando diferentemente o crescimento populacional. Nossa hipótese é que uma resposta molecular diferencial ao estresse entre as espécies pode explicar parcialmente essas mudanças. As proteínas de choque térmico (HSPs) são chaperonas moleculares bem conhecidas por desempenharem um papel importante na proteção contra os efeitos adversos do estresse térmico. No entanto, poucos estudos sobre chaperonas moleculares foram conduzidos em pulgões dos cereais. Neste estudo, comparamos a tolerância ao calor e ao frio entre três espécies de pulgões medindo o tempo letal mediano (Lt₅₀) e examinamos os perfis de expressão de sete genes hsp após exposições a níveis comparáveis de lesão térmica e também após as mesmas durações de exposição. Os resultados mostraram que R. padi sobreviveu comparativamente melhor em altas temperaturas do que as outras duas espécies, mas foi mais sensível ao frio. Os genes hsp foram induzidos mais fortemente pelo estresse térmico do que pelo estresse de frio. Hsp70A foi o gene mais fortemente regulado positivamente em resposta ao estresse térmico e de frio. R. padi apresentou mais genes induzíveis pelo calor e níveis significativamente mais altos de mRNA de hsp70A, hsp10, hsp60 e hsp90 do que as outras duas espécies. As Hsps deixaram de ser expressas a 37 °C em M. dirhodum e S. avenae, enquanto a expressão foi mantida em R. padi. Em contraste, M. dirhodum foi mais tolerante ao frio e apresentou mais genes induzíveis pelo frio do que os outros. Esses resultados confirmam diferenças espécie-específicas nas respostas moleculares ao estresse e sugerem que diferenças na expressão induzida de hsps podem estar relacionadas à tolerância térmica das espécies, causando assim as mudanças na abundância relativa. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The interspecific variations in molecular responses to various doses of heat and cold stress: The case of cereal aphids: Insects are currently subjected to unprecedented thermal stress due to recent increases in the frequency and amplitude of temperature extremes. Understanding molecular responses to thermal stress is critically important to appreciate how species react to thermal stress. Three co-occurring cosmopolitan species are found within the guild of cereal aphids: Sitobion avenae, Ropalosiphum padi and Metopolophium dirhodum. Earlier reports have shown that increasing frequency of temperature extremes causes a shift in dominant species within guilds of cereal aphids by differently altering the population's growth. We hypothesize that a differential molecular response to stress among species may partially explain these changes. Heat shock proteins (HSPs) are molecular chaperones well known to play an important role in protecting against the adverse effects of thermal stress. However, few studies on molecular chaperones have been conducted in cereal aphids. In this study, we compared the heat and cold tolerance between three aphid species by measuring the median lethal time (Lt<inf>50</inf>) and examined the expression profiles of seven hsp genes after exposures to comparable thermal injury levels and also after same exposure durations. Results showed that R. padi survived comparatively better at high temperatures than the two other species but was more cold-sensitive. Hsp genes were induced more strongly by heat than cold stress. Hsp70A was the most strongly up-regulated gene in response to both heat and cold stress. R. padi had more heat inducible genes and significantly higher mRNA levels of hsp70A, hsp10, hsp60 and hsp90 than the other two species. Hsps ceased to be expressed at 37 °C in M. dirhodum and S. avenae while expression was maintained in R. padi. In contrast, M. dirhodum was more cold tolerant and had more cold inducible genes than the others. These results confirm species-specific differences in molecular stress responses and suggest that differences in induced expression of hsps may be related to species’ thermal tolerance, thus causing the changes in the relative abundance. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A mosca do gelo Diamesa steinboecki Goetghebuer, 1933 (Diptera: Chironomidae: Diamesinae) é exclusiva de riachos alimentados por geleiras na região do Leste Paleártico e está ameaçada de extinção devido ao aquecimento global e ao recuo das geleiras. Até o momento, não há dados disponíveis sobre sua tolerância térmica ou capacidade de desenvolver uma resposta ao choque térmico (HSR) ou envolver outros biomarcadores quando exposta a temperaturas superiores às naturais (ou seja, >4–6 °C). Nosso estudo teve como objetivo investigar a resistência ao calor de larvas de IV ínstar de D. steinboecki em termos de (1) capacidade de sobreviver ao choque térmico e (2) expressão gênica de quatro genes conhecidos por estarem envolvidos na resposta de destoxificação/estresse (citocromo p450 (Cyp450), proteína de choque térmico 70 (hsp70), hsp70 com íntron e proteína de choque térmico cognata 70 (hsc70)). As larvas foram expostas a choques de curta duração por 1 h em temperaturas crescentes (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38 e 40 °C) para estimar a temperatura letal, obtendo valores elevados (LT10 = 38,1 °C, LT50 = 39,2 °C, LT99 = 40,3 °C), sugerindo uma forte resistência ao calor até 38 °C e um declínio muito rápido na sobrevivência a partir de então. Além disso, a análise da expressão gênica por PCR em tempo real foi realizada em larvas do controle (a 2 °C) e larvas encontradas vivas após o tratamento anterior a 26, 28, 30, 32, 34, 36 e 38 °C. A modulação da expressão foi observada apenas para os genes hsc70 e hsp70. Especificamente, hsc70 resultou em superexpressão constitutiva, mesmo a 26 °C quando todas as larvas foram encontradas vivas sem evidências de sofrimento. Em contraste, hsp70 mostrou regulação positiva e negativa de acordo com a temperatura específica, sugerindo a ativação de um HSR a 28 °C, quando algumas larvas foram encontradas vivas, mas sofrendo (quase paralisadas). Os resultados sugerem que, com base nas LTs, D. steinboecki é mais termotolerante do que outras espécies de Diamesa (por exemplo, D. tonsa) de águas doces frias, mas, como nestas, hsp70 e hsc70 estão envolvidos na sobrevivência ao choque térmico de curta duração. Isso torna a mosca do gelo dos Alpes diferente de Belgica antarctica e outros organismos adaptados ao frio que vivem em habitats extremamente frios que, constantemente expostos ao frio, perderam a capacidade de desenvolver um HSR. Mais pesquisas são necessárias para investigar a resposta à exposição prolongada a temperaturas superiores à natural, fornecendo novos insights sobre a resposta biológica às mudanças climáticas de espécies alpinas ameaçadas de extinção. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Impact of Global Warming on Kryal Fauna: Thermal Tolerance Response of Diamesa steinboecki (Goetghebuer, 1933; Chironomidae): The ice fly Diamesa steinboecki Goetghebuer, 1933 (Diptera: Chironomidae: Diamesinae) is exclusive to glacier-fed streams in the East Palaearctic region and is threatened by extinction due to global warming and glacier retreat. To date, no data are available on its thermal tolerance or ability to develop a heat shock response (HSR) or involve other biomarkers when exposed to higher-than-natural temperatures (i.e., >4–6 °C). Our study aimed to investigate the warmth resistance of IV-instar larvae of D. steinboecki in terms of (1) ability to survive heat shock and (2) gene expression of four genes known to be involved in the detoxification/stress response (cytochrome p450 (Cyp450), heat shock protein 70 (hsp70), hsp70 with intron and heat shock protein cognate 70 (hsc70)). Larvae were exposed to short-term shocks for 1 h at increasing temperatures (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, and 40 °C) to estimate the lethal temperature, obtaining high values (LT10 = 38.1 °C, LT50 = 39.2 °C, LT99 = 40.3 °C), suggesting a strong heat resistance up to 38 °C and a very rapid decline in survival thereafter. Moreover, gene expression analysis by real-time PCR was performed on larvae from the control (at 2 °C) and larvae found alive after the previous treatment at 26, 28, 30, 32, 34, 36, and 38 °C. Modulation of the expression was observed only for hsc70 and hsp70 genes. Specifically, hsc70 resulted in constitutive overexpression, even at 26 °C when all larvae were found alive without evidence of suffering. By contrast, hsp70 showed up and downregulation according to the specific temperature, suggesting the activation of an HSR at 28 °C, when some larvae were found alive but suffering (almost paralyzed). The results suggest that, based on LTs, D. steinboecki is more thermally tolerant than other Diamesa species (e.g., D. tonsa) from cold freshwaters, but, as in these, hsp70 and hsc70 are involved in surviving short-term heat shock. This makes the ice fly from the Alps different from Belgica antarctica and other cold-adapted organisms living in extremely cold habitats that, constantly exposed to cold, have lost the ability to develop an HSR. Further research is needed to investigate the response to prolonged exposure to temperatures higher that the natural one, giving new insights into the biological response to climate change of alpine species threatened by extinction. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Devido às altas taxas de incidência e mortalidade do câncer, é necessário buscar métodos de tratamento mais direcionados e eficazes. Os métodos tradicionais de tratamento do câncer apresentam problemas como tratamento incompleto e efeitos colaterais significativos. Nos últimos anos, a terapia fototérmica (PTT) tem sido considerada um dos métodos de tratamento mais promissores na área biomédica. O princípio de tratamento da PTT é usar materiais com alta eficiência de conversão fototérmica para absorver luz infravermelha próxima (NIR) e gerar calor para ablacionar tumores. A PTT tem as vantagens de baixa toxicidade, não invasividade, alta especificidade e elevada controlabilidade. Entretanto, o mecanismo de autoproteção relacionado às proteínas de choque térmico (HSPs) confere tolerância térmica às células cancerígenas. Para minimizar a tolerância térmica das células cancerígenas e melhorar a eficácia da PTT, foi desenvolvida uma nanoestrutura composta por Pluronic F-127 encapsulando o inibidor de HSP APO e o fotossensibilizador de alta eficiência de conversão fototérmica Cy7-TCF. A nanoestrutura pode se acumular no local do tumor e gerar calor sob irradiação de luz infravermelha próxima. Ao mesmo tempo, inibe a expressão de proteínas de choque térmico, alcançando o efeito de terapia fototérmica suave e reduzindo o dano térmico aos tecidos circundantes. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Construction of nano-assembly for mild photothermal therapy of tumors: Due to the high incidence and mortality rates of cancer, it is necessary to seek more targeted and effective treatment methods. Traditional cancer treatment methods have problems such as incomplete treatment and significant side effects. In recent years, photothermal therapy (PTT) has been considered one of the most promising treatment methods in the biomedical field. The treatment principle of PTT is to use materials with high photothermal conversion efficiency to absorb near-infrared light (NIR) and generate heat to ablate tumors. PTT has the advantages of low toxicity, non-invasiveness, strong specificity, and high controllability. However, the self-protective mechanism related to heat shock proteins (HSPs) gives cancer cells thermal tolerance. To minimize the thermal tolerance of cancer cells and improve the efficacy of PTT, a nano-assembly composed of Pluronic F-127 encapsulating the HSP inhibitor APO and the high photothermal conversion efficiency photosensitizer Cy7-TCF has been developed. The nano-assembly can accumulate at the tumor site and generate heat under near-infrared light irradiation. At the same time, it inhibits the expression of heat shock proteins, achieving the effect of mild photothermal therapy and reducing thermal damage to surrounding tissues. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A venlafaxina (VFX), um antidepressivo comumente prescrito frequentemente detectado em efluentes de águas residuais, e os aumentos agudos de temperatura decorrentes das mudanças climáticas e da urbanização crescente, são dois estressores ambientais que atualmente colocam os ecossistemas de água doce em risco. Este estudo focou em compreender se a exposição à VFX impacta a temperatura de agitação (T<inf>ag</inf>) e o máximo térmico crítico (CT<inf>max</inf>) de zebrafish (Danio rerio). Adicionalmente, examinamos os efeitos interativos da VFX e do estresse térmico agudo nas respostas de choque térmico e imunológicas inflamatórias em zebrafish. Foi conduzido um experimento de exposição de 96 h a 1,0 μg/L de VFX, seguido da avaliação da tolerância térmica via desafio de CT<inf>max</inf>. Proteínas de choque térmico e citocinas imunes pró-inflamatórias foram quantificadas através de análise de expressão gênica por PCR quantitativo (qPCR) em hsp 70, hsp 90, hsp 47, il-8, tnfα e il-1β nos tecidos branquial e hepático. Não foram observadas mudanças significativas na temperatura de agitação entre peixes controle e expostos, nem houve diferenças no CT<inf>max</inf> baseadas no tratamento. Como esperado, hsp 47, 70 e 90 foram todas reguladas positivamente em grupos expostos apenas ao CT<inf>max</inf>, enquanto apenas hsp 47 no tecido branquial mostrou sinais de efeitos interativos, que foi significativamente diminuída em peixes expostos tanto à VFX quanto ao CT<inf>max</inf>. Não ocorreu indução de uma resposta inflamatória. Este estudo demonstrou que concentrações ambientalmente relevantes de VFX não têm impacto no desempenho da tolerância térmica em zebrafish. No entanto, a VFX pode causar diminuição da função dos mecanismos protetores de choque térmico, o que poderia ser prejudicial para populações de peixes de água doce e ecossistemas aquáticos à medida que os picos de temperatura se tornam mais frequentes devido às mudanças climáticas e à urbanização próxima a bacias hidrográficas. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Interactive effects of venlafaxine and thermal stress on zebrafish (Danio rerio) inflammatory and heat shock responses: Venlafaxine (VFX), a commonly prescribed antidepressant often detected in wastewater effluent, and acute temperature elevations from climate change and increased urbanization, are two environmental stressors currently placing freshwater ecosystems at risk. This study focused on understanding if exposure to VFX impacts the agitation temperature (T<inf>ag</inf>) and critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>) of zebrafish (Danio rerio). Additionally, we examined the interactive effects of VFX and acute thermal stress on zebrafish heat shock and inflammatory immune responses. A 96 h 1.0 μg/L VFX exposure experiment was conducted, followed by assessment of thermal tolerance via CT<inf>max</inf> challenge. Heat shock proteins and pro-inflammatory immune cytokines were quantified through gene expression analysis by quantitative PCR (qPCR) on hsp 70, hsp 90, hsp 47, il-8, tnfα, and il-1β within gill and liver tissue. No significant changes in agitation temperature between control and exposed fish were observed, nor were there any differences in CT<inf>max</inf> based on treatment. Unsurprisingly, hsp 47, 70, and 90 were all upregulated in groups exposed solely to CT<inf>max</inf>, while only hsp 47 within gill tissue showed signs of interactive effects, which was significantly decreased in fish exposed to both VFX and CT<inf>max</inf>. No induction of an inflammatory response occurred. This study demonstrated that environmentally relevant concentrations of VFX have no impact on thermal tolerance performance in zebrafish. However, VFX can cause diminished function of protective heat shock mechanisms, which could be detrimental to freshwater fish populations and aquatic ecosystems as temperature spikes become more frequent from climate change and urbanization near watersheds. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A recente descoberta de espécies de Nitrospira capazes de oxidação completa de amônia (comammox) em ecossistemas naturais não marinhos e sistemas projetados sob condições mesotérmicas mudou nossa compreensão da nitrificação microbiana. No entanto, pouco se sabe sobre a ocorrência de bactérias comammox ou sua capacidade de sobreviver em habitats moderadamente térmicos e/ou hipertérmicos. Aqui, relatamos a ampla distribuição de Nitrospira comammox em cinco fontes termais terrestres em temperaturas variando de 36 a 80°C e fornecemos genomas montados a partir de metagenomas de 11 novas linhagens comammox. Curiosamente, a identificação de redução dissimilatória de nitrato a amônio (DNRA) em linhagens termofílicas de Nitrospira comammox sugere que elas possuem funções ecológicas versáteis como tanto sumidouros quanto fontes de amônia, em contraste com as linhagens mesofílicas de comammox descritas, que carecem da via DNRA. Além disso, a expressão in situ de genes-chave associados ao metabolismo do nitrogênio, adaptação térmica e estresse oxidativo confirmou sua capacidade de sobreviver nas fontes termais estudadas e sua contribuição para a nitrificação nesses ambientes. Adicionalmente, o menor tamanho do genoma e maior conteúdo de GC, aminoácidos menos polares e mais carregados nos perfis de uso, e a expressão de um grande número de proteínas de choque térmico em comparação com linhagens mesofílicas de comammox presumivelmente conferem tolerância ao estresse térmico. Essas novas percepções sobre a ocorrência, atividade metabólica e adaptação de Nitrospira comammox em habitats térmicos expandem ainda mais nossa compreensão da distribuição global de Nitrospira comammox e têm implicações significativas para como esses microrganismos únicos evoluíram estratégias de tolerância térmica. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Hot spring distribution and survival mechanisms of thermophilic comammox Nitrospira: The recent discovery of Nitrospira species capable of complete ammonia oxidation (comammox) in non-marine natural and engineered ecosystems under mesothermal conditions has changed our understanding of microbial nitrification. However, little is known about the occurrence of comammox bacteria or their ability to survive in moderately thermal and/or hyperthermal habitats. Here, we report the wide distribution of comammox Nitrospira in five terrestrial hot springs at temperatures ranging from 36 to 80°C and provide metagenome-assembled genomes of 11 new comammox strains. Interestingly, the identification of dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) in thermophilic comammox Nitrospira lineages suggests that they have versatile ecological functions as both sinks and sources of ammonia, in contrast to the described mesophilic comammox lineages, which lack the DNRA pathway. Furthermore, the in situ expression of key genes associated with nitrogen metabolism, thermal adaptation, and oxidative stress confirmed their ability to survive in the studied hot springs and their contribution to nitrification in these environments. Additionally, the smaller genome size and higher GC content, less polar and more charged amino acids in usage profiles, and the expression of a large number of heat shock proteins compared to mesophilic comammox strains presumably confer tolerance to thermal stress. These novel insights into the occurrence, metabolic activity, and adaptation of comammox Nitrospira in thermal habitats further expand our understanding of the global distribution of comammox Nitrospira and have significant implications for how these unique microorganisms have evolved thermal tolerance strategies. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Temperaturas da água mais elevadas e patógenos são ambos fatores significativos que afetam negativamente o bem-estar de peixes teleósteos. Na aquicultura, comparado a populações naturais, esses problemas são especialmente exacerbados, pois os animais têm mobilidade relativamente limitada e a maior densidade promove disseminação mais rápida de doenças infecciosas. Devido ao dano potencial que esses estressores podem infligir, métodos que possam limitar os danos desses estressores são particularmente valiosos. Como método de interesse, o pré-condicionamento térmico precoce de animais demonstrou algum potencial para melhorias efetivas na termotolerância. Entretanto, os efeitos potenciais do método no sistema imunológico via o modelo de estresse térmico não foram explorados. Neste experimento, trutas arco-íris (Oncorhynchus mykiss) pré-condicionadas termicamente na fase juvenil foram submetidas a um segundo desafio térmico, os animais foram coletados e amostrados no momento da perda de equilíbrio. Os efeitos do pré-condicionamento na resposta geral ao estresse foram avaliados medindo os níveis de cortisol plasmático. Além disso, também examinamos os níveis de mRNA de hsp70 e hsc70 nos tecidos do baço e brânquias, bem como os transcritos de IL-1β, IL-6, TNF-α, IFN-1, β2m e classe MH I via qRT-PCR. Nenhuma alteração na CTmax foi observada entre as coortes pré-condicionadas e controle durante o segundo desafio. Os transcritos de IL-1β e IL-6 foram geralmente regulados para cima com o aumento da temperatura do segundo desafio térmico, enquanto os transcritos de IFN-1 foram regulados para cima no baço, mas regulados para baixo nas brânquias, juntamente com a classe MH I. O pré-condicionamento térmico juvenil produziu uma série de mudanças nos níveis de transcritos para IL-1β, TNF-α, IFN-1 e hsp70, mas a dinâmica dessas diferenças foi inconsistente. Finalmente, a análise dos níveis de cortisol plasmático apresentou níveis significativamente mais baixos de cortisol nos animais pré-condicionados em comparação com a coorte controle não pré-condicionada. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of juvenile thermal preconditioning on the heat-shock, immune, and stress responses of rainbow trout upon a secondary thermal challenge: Higher water temperatures and pathogens are both significant factors that negatively affect the welfare of teleost fish. In aquaculture, compared to natural populations, these problems are especially exacerbated, as the animals have relatively limited mobility, and the higher density promotes faster spread of infectious diseases. Because of the potential harm these stressors can inflict, methods that can limit the damage of these stressors are particularly valuable. As a method of interest, early-life thermal preconditioning of animals demonstrated some potential for effective improvements in thermotolerance. However, the potential effects of the method on the immune system via the heat-stress model have not been explored. In this experiment, juvenile-stage thermal preconditioned rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) were subjected to a secondary thermal challenge, animals were collected and sampled at the time of lost equilibrium. The effects of preconditioning on the general stress response was assessed by measuring the plasma cortisol levels. In addition, we also examined hsp70 and hsc70 mRNA levels in the spleen and gill tissues, as well as IL-1β, IL-6, TNF-α, IFN-1, β2m, and MH class I transcripts via qRT-PCR. No changes in CTmax were observed between the preconditioned and control cohorts upon the second challenge. IL-1β and IL-6 transcripts were generally upregulated with increased temperature of the secondary thermal challenge, whereas IFN-1 transcripts were upregulated in the spleen, but downregulated in the gills, along with MH class I. The juvenile thermal preconditioning produced a series of changes in transcript levels for IL-1β, TNF-α, IFN-1, and hsp70 but the dynamics of these differences were inconsistent. Finally, analysis of plasma cortisol levels presented significantly lower cortisol levels in the pre-conditioned animals compared to the non-pre-conditioned control cohort. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os artrópodes terrestres no Ártico são expostos a temperaturas altamente variáveis que frequentemente atingem extremos frios e quentes. No entanto, os estudos ecofisiológicos sobre insetos árticos normalmente se concentram na capacidade das espécies de tolerar baixas temperaturas, enquanto estudos que investigam adaptações fisiológicas das espécies a temperaturas periodicamente quentes e variáveis são escassos. Neste estudo, investigamos mudanças temporais nas tolerâncias térmicas e no transcriptoma do percevejo-da-Groenlândia Nysius groenlandicus, coletado no campo em diferentes momentos e temperaturas no sul da Groenlândia. Descobrimos que mudanças plásticas nas tolerâncias ao calor e ao frio ocorreram rapidamente (dentro de horas) e em escala diária no campo, e que essas mudanças estão correlacionadas com a variação térmica diurna. Usando sequenciamento de RNA, fornecemos bases moleculares dos ajustes rápidos na tolerância térmica através de temperaturas ambientes do campo e em laboratório. Mostramos que as respostas transcricionais são sensíveis a mudanças diárias de temperatura, e dias caracterizados por alta variação de temperatura induziram padrões de expressão marcadamente diferentes dos dias termicamente estáveis. Além disso, genes associados com respostas ao calor induzidas em laboratório, incluindo expressão de proteínas de choque térmico e vitelogeninas, foram compartilhados entre experimentos de laboratório e campo, mas induzidos em momentos associados com temperaturas mais baixas no campo. Respostas ao estresse por frio não se manifestaram no nível transcriptômico. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Temporal regulation of temperature tolerances and gene expression in an arctic insect: Terrestrial arthropods in the Arctic are exposed to highly variable temperatures that frequently reach cold and warm extremes. Yet, ecophysiological studies on arctic insects typically focus on the ability of species to tolerate low temperatures, whereas studies investigating physiological adaptations of species to periodically warm and variable temperatures are few. In this study, we investigated temporal changes in thermal tolerances and the transcriptome in the Greenlandic seed bug Nysius groenlandicus, collected in the field across different times and temperatures in Southern Greenland. We found that plastic changes in heat and cold tolerances occurred rapidly (within hours) and at a daily scale in the field, and that these changes are correlated with diurnal temperature variation. Using RNA sequencing, we provide molecular underpinnings of the rapid adjustments in thermal tolerance across ambient field temperatures and in the laboratory. We show that transcriptional responses are sensitive to daily temperature changes, and days characterized by high temperature variation induced markedly different expression patterns than thermally stable days. Further, genes associated with laboratory-induced heat responses, including expression of heat shock proteins and vitellogenins, were shared across laboratory and field experiments, but induced at time points associated with lower temperatures in the field. Cold stress responses were not manifested at the transcriptomic level. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Peixes de água doce como o esturjão branco (Acipenser transmontanus) são particularmente vulneráveis aos efeitos do aquecimento global induzido antropogenicamente. Testes de máximo térmico crítico (CTmax) são frequentemente conduzidos para fornecer insights sobre os impactos das temperaturas em mudança; no entanto, pouco se sabe sobre como a taxa de aumento de temperatura nestes ensaios afeta a tolerância térmica. Para avaliar o efeito da taxa de aquecimento (0,3 °C/min, 0,03 °C/min, 0,003 °C/min) medimos a tolerância térmica, índices somáticos e expressão de mRNA de Hsp nas brânquias. Contrariamente ao que foi observado na maioria das outras espécies de peixes, a tolerância térmica do esturjão branco foi maior na taxa de aquecimento mais lenta de 0,003 °C/min (34,2 °C, e CTmax de 31,3 e 29,2 °C, para as taxas de 0,03 e 0,3 °C/min, respectivamente) sugerindo uma capacidade de aclimatação rápida a temperaturas que aumentam lentamente. O índice hepatossomático diminuiu em todas as taxas de aquecimento em relação aos peixes controle, indicativo dos custos metabólicos do estresse térmico. No nível transcricional, taxas de aquecimento mais lentas resultaram em maior expressão de mRNA de Hsp90a, Hsp90b e Hsp70 nas brânquias. A expressão de mRNA de Hsp70 aumentou em todas as taxas de aquecimento em relação aos controles, enquanto a expressão de mRNA de Hsp90a e Hsp90b aumentou apenas nos dois ensaios mais lentos. Juntos, estes dados indicam que o esturjão branco tem uma resposta térmica muito plástica, que provavelmente é energeticamente custosa para induzir. Mudanças agudas de temperatura podem ser mais prejudiciais para o esturjão, pois eles lutam para se aclimatar a mudanças rápidas em seu ambiente, no entanto, sob taxas de aquecimento mais lentas, eles demonstram forte plasticidade térmica ao aquecimento. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Slow heating rates increase thermal tolerance and alter mRNA HSP expression in juvenile white sturgeon (Acipenser transmontanus): Freshwater fish such as white sturgeon (Acipenser transmontanus) are particularly vulnerable to the effects of anthropogenically induced global warming. Critical thermal maximum tests (CT<inf>max</inf>) are often conducted to provide insight into the impacts of changing temperatures; however, little is known about how the rate of temperature increase in these assays affects thermal tolerance. To assess the effect of heating rate (0.3 °C/min, 0.03 °C/min, 0.003 °C/min) we measured thermal tolerance, somatic indices, and gill Hsp mRNA expression. Contrary to what has been observed in most other fish species, white sturgeon thermal tolerance was highest at the slowest heating rate of 0.003 °C/min (34.2 °C, and CTmax of 31.3 and 29.2 °C, for rates 0.03 and 0.3 °C/min, respectively) suggesting an ability to rapidly acclimate to slowly increasing temperatures. Hepatosomatic index decreased in all heating rates relative to control fish, indicative of the metabolic costs of thermal stress. At the transcriptional level, slower heating rates resulted in higher gill mRNA expression of Hsp90a, Hsp90b, and Hsp70. Hsp70 mRNA expression was increased in all heating rates relative to controls, whereas expression of Hsp90a and Hsp90b mRNA only increased in the two slower trials. Together these data indicate that white sturgeon have a very plastic thermal response, which is likely energetically costly to induce. Acute temperature changes may be more detrimental to sturgeon as they struggle to acclimate to rapid changes in their environment, however under slower warming rates they demonstrate strong thermal plasticity to warming. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Introdução: O golpe de calor por exercício (GCE) é uma emergência com alta taxa de mortalidade, caracterizada por disfunções do sistema nervoso central. Este estudo visa estabelecer um modelo de aclimatação/aclimatização ao calor (AC) em ratos em locomoção para recapitular o estado físico de humanos em ambiente severo de alta temperatura e umidade, e investigar o mecanismo de proteção do organismo na AC. (2) Métodos: Ratos Wistar foram expostos a 36 °C e correram 2 h/dia por 21 dias, teste de tolerância térmica adquirida foi conduzido para avaliar a termotolerância e capacidade de exercício. Temperatura central e consumo de água e alimento foram observados. Expressão de HSP70 e HSP90 de diferentes tecidos foi determinada por WB. Estrutura patológica do tecido cerebral foi detectada com coloração HE. Proteômica foi usada para identificar as proteínas diferencialmente expressas no córtex cerebral de diferentes grupos. E moléculas-chave foram identificadas por RT-PCR e WB. (3) Resultados: Ratos AC exibiram maior termotolerância e capacidade de exercício no teste de tolerância térmica adquirida. Conteúdo de água cerebral do grupo AC + GCE reduziu comparado com o grupo GCE. Coloração HE revelou lesões cerebrais mais leves do grupo AC + GCE do que do GCE. Proteômica focou em vias relacionadas à morte celular e molécula-chave Aquaporina 4 (AQP4) relacionada ao edema celular. Resultados de identificação mostraram que AC aumentou AQP4, Bcl-xl, razão de p-Akt/AKT e Bcl-xl/Bax, regulou negativamente Caspase-3 clivada. (4) Conclusões: Este modelo de AC pode amenizar lesão cerebral do GCE reduzindo edema cerebral e apoptose celular, oferecendo evidência experimental para profilaxia do GCE. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Acquired heat acclimation in rats subjected to physical exercise under environmental heat stress alleviates brain injury caused by exertional heat stroke: Background: Exertional heatstroke (EHS) is an emergency with a high mortality rate, characterized by central nervous system dysfunctions. This study aims to establish a Heat acclimation/acclimatization (HA) rat model in locomotion to recapitulate the physical state of human in severe environment of high temperature and humidity, and investigate the mechanism of organism protection in HA. (2) Methods: Wistar rats were exposed to 36 °C and ran 2 h/d for 21 days, acquired thermal tolerance test was conducted to assess the thermotolerance and exercise ability. Core temperature and consumption of water and food were observed. Expression of HSP70 and HSP90 of different tissues were determined by WB. Pathological structure of brain tissue was detected with HE staining. Proteomics was used to identify the differently expressed proteins in cerebral cortex of different groups. And key molecules were identified by RT-PCR and WB. (3) Results: HA rats displayed stronger thermotolerance and exercised ability on acquired thermal tolerance test. Brain water content of HA + EHS group reduced compared with EHS group. HE staining revealed slighter brain injuries of HA + EHS group than that of EHS. Proteomics focused on cell death-related pathways and key molecules Aquaporin 4 (AQP4) related to cell edema. Identification results showed HA increased AQP4, Bcl-xl, ratio of p-Akt/AKT and Bcl-xl/Bax, down-regulated Cleaved Caspase-3. (4) Conclusions: This HA model can ameliorate brain injury of EHS by reducing cerebral edema and cell apoptosis, offering experimental evidence for EHS prophylaxis. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

O principal objetivo do presente estudo foi avaliar a influência da exposição térmica na população de Vibrio e na expressão de genes HSP (HSP90, HSP70 e HSP20) na ostra-pérola radiada (P. radiata). Para este fim, as ostras foram cultivadas por 30 dias nas temperaturas de 22 °C (controle), 25 °C, 27 °C e 29 °C. Os resultados mostraram que cinco cepas dominantes de Vibrio foram identificadas, incluindo Vibrio hepatarius, V. harveyi, V. alginolyticus, V. parahaemolyticus e V. rotiferianus. A maior população de V. parahaemolyticus, V. alginolyticus e V. harveyi foi encontrada no grupo de 29 °C. De acordo com PCR em tempo real, o manto exibiu os maiores níveis de expressão dos genes HSP20, HSP70 e HSP90. Um nível mais alto de expressão de HSP20 foi observado em altas temperaturas (25 °C, 27 °C e 29 °C) na gônada e no manto em comparação com o grupo controle (22 °C), enquanto uma diminuição no nível de expressão de HSP90 foi registrada nos grupos de 25 °C, 27 °C e 29 °C. O nível de expressão de HSP20 no músculo adutor foi notavelmente reduzido nos grupos de 27 °C e 29 °C. Neste tecido, HSP70 foi detectado em níveis mais altos no grupo de 29 °C. No manto, a expressão do gene HSP90 foi mais baixa na temperatura da água de 22 °C. Várias cepas de Vibrio foram identificadas na ostra do Golfo Pérsico que não haviam sido relatadas anteriormente. A identificação de espécies dominantes de Vibrio é essencial para estratégias de manejo epidemiológico para controlar e prevenir surtos de Vibrio em fazendas de ostras-pérola. O padrão de expressão dos genes HSP difere nos tecidos da ostra-pérola radiada devido às diferenças em sua capacidade de tolerância térmica e características fisiológicas e biológicas. O presente estudo fornece informações moleculares úteis para a adaptação ecológica de ostras-pérola radiadas após exposição a diferentes níveis de temperatura. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The first reporting of prevalence Vibrio species and expression of HSP genes in rayed pearl oyster (Pinctada radiata) under thermal conditions: The main goal of the present study was to evaluate the influence of thermal exposure on Vibrio population and HSP genes expression (HSP 90, HSP70, and HSP20) in rayed pearl oyster (P. radiata). To this end, the oysters were reared for 30 days at temperatures of 22 °C (control), 25 °C, 27 °C, and 29 °C. The results showed that five dominate Vibrio strains including Vibrio hepatarius, V. harveyi, V. alginolyticus, V. parahaemolyticus, and V. rotiferianus were identified. The highest population of V. parahaemolyticus, V. alginolyticus, and V. harveyi, was found in 29οC group. According to real-time PCR, mantle exhibited the highest expression levels of HSP20, HSP70, and HSP90 genes. A higher level of HSP20 expression was observed at high temperatures (25 °C, 27 °C, and 29 °C) in the gonad and mantle compared to the control group (22 °C) while decrease in HSP90 expression level was recorded in 25 °C, 27 °C, and 29 °C groups. HSP20 expression level in adductor muscle was remarkably down-regulated in 27 °C and 29 °C groups. In this tissue, HSP70 was detected at highest levels in the 29οC group. In mantle, HSP90 gene expression was lowest at 22 °C water temperature. Several Vibrio strains have been identified from pearl Gulf oyster that haven't been previously reported. The identification of dominant Vibrio species is essential for epidemiological management strategies to control and prevent Vibrio outbreaks in pearl oyster farms. The expression pattern of HSP genes differs in rayed pearl oyster tissues due to differences in their thermal tolerance capability and physiological and biological characteristics. The present study provides useful molecular information for the ecological adaptation of rayed pearl oysters after exposure to different temperature levels. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

O Planalto do Tibete está passando por uma transição úmida e quente, o que poderia afetar a sobrevivência dos peixes nativos. No entanto, a tolerância e resposta fisiológica ao estresse térmico é raramente estudada em Gymnocypris przewalskii, um peixe nativo raro no planalto tibetano. Neste estudo, primeiro detectamos a tolerância térmica de cinco grupos de G. przewalskii de seis meses aclimatados a 8, 12, 16, 20 e 24 °C por duas semanas, respectivamente, pela metodologia térmica crítica. Então, através do desafio térmico, detectamos os metabólitos, atividades de enzimas-chave e expressões gênicas envolvidas no metabolismo e antioxidantes no hepatopâncreas quando as temperaturas aumentaram de 16 °C para 18, 20, 22, 24, 26 e 28 °C por 12 h, respectivamente. Os resultados mostraram que embora os peixes sejam sensíveis a altas temperaturas, a aclimatação rápida em temperaturas moderadamente altas poderia melhorar significativamente a tolerância ao estresse térmico agudo em juvenis de G. przewalskii. Durante o estudo do desafio térmico, a glicose sanguínea aumentou significativamente no estresse térmico (P < 0,05). Ao mesmo tempo, colesterol total (TC), triglicerídeos (TG) e ácidos graxos livres (FFA) diminuíram significativamente quando a temperatura subiu continuamente para 20 °C. As atividades das enzimas metabólicas carnitina palmitoil transferase I (CPT-Ⅰ), acetil-CoA carboxilase (ACC) e sintase de ácidos graxos (FAS) diminuíram significativamente a 20 °C (P < 0,05). Superóxido dismutase (SOD) e capacidade antioxidante (T-AOC) aumentaram significativamente a 20 °C (P < 0,05). Os níveis transcricionais relativos de genes envolvidos na antioxidante e glicólise/gliconeogênese foram marcadamente maiores que o controle a 20–26 °C (P < 0,05). Os genes envolvidos na biossíntese ou metabolismo de ácidos graxos mostraram diferentes padrões de expressão sob estresse térmico. Proteína de choque térmico 70 (Hsp70) e Hsp90 foram significativamente maiores que o controle a 18 °C e 26 °C, respectivamente. Estes resultados confirmaram a previsão de que G. przewalskii é sensível a altas temperaturas, portanto esforços de conservação devem prestar mais atenção aos danos do aquecimento. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Fatty acid metabolism and antioxidant capacity in Gymnocypris przewalskii (Kessler, 1876) response to thermal stress: The Qinghai-Tibet Plateau is undergoing a wet-warming transition, which could affect the survival of the native fish. However, the tolerance and physiological response to thermal stress is rarely studied in Gymnocypris przewalskii, a rare native fish in the Tibetan plateau. In this study, first, we detected the thermal tolerance of five groups of six-month G. przewalskii which acclimated at 8, 12, 16, 20, and 24 °C for two weeks, respectively, by critical thermal methodology. Then, through heat challenge, we detected the metabolites, key enzyme activities, and gene expressions involved in metabolism and antioxidant in the hepatopancreas when the temperatures increased from 16 °C to 18, 20, 22, 24, 26, and 28 °C for 12 h, respectively. The results showed that although the fish are sensitive to high temperatures, the quick acclimation at mild high temperatures could significantly improve the tolerance to acute high-temperature stress in juvenile G. przewalskii. During the heat challenge study, blood glucose significantly increased at heat stress (P < 0.05). At the same time, total cholesterol (TC), triglyceride (TG), and free fatty acid (FFA) significantly decreased when the temperature rose continuously to 20 °C. Metabolic enzyme activities of carnitine palmityl transferase I (CPT-Ⅰ), acetyl-CoA carboxylase (ACC), and fatty acid synthase (FAS) significantly decreased at 20 °C (P < 0.05). Superoxide dismutase (SOD) and antioxidant capacity (T-AOC) significantly increased at 20 °C (P < 0.05). The relative transcript levels of genes involved in antioxidant and glycolysis/gluconeogenesis were markedly higher than the control at 20–26 °C (P < 0.05). The genes involved in fatty acid biosynthesis or metabolism showed different expression patterns under heat stress. Heat shock protein 70 (Hsp70) and Hsp90 were significantly higher than the control at 18 °C and 26 °C, respectively. These results confirmed the prediction that G. przewalskii is sensitive to high temperatures, so conservation efforts should pay more attention to the warming damage. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

O Robalo Listrado é um peixe migratório de importância econômica, que ocorre em uma ampla faixa de latitudes. Dada sua natureza de ampla distribuição, o Robalo Listrado pode lidar com uma vasta gama de temperaturas ambientais, porém os mecanismos subjacentes a essa capacidade não foram completamente descritos. As proteínas de choque térmico (HSPs) são chaperonas moleculares induzíveis, que ajudam a mitigar danos proteicos resultantes do aumento de temperatura. A importância das HSPs foi demonstrada em várias espécies de peixes, mas seu papel no Robalo Listrado é pouco compreendido. Este estudo caracteriza mudanças na expressão gênica em Robalos Listrados juvenis, após mudanças de temperatura agudas e crônicas. Os peixes foram aclimatados a uma de três temperaturas (15, 25 ou 30°C) e amostrados em um de dois tratamentos (controle ou após CT<inf>max</inf>), após o que avaliamos a expressão gênica diferencial e a ontologia gênica no músculo. Está claro a partir de nossas análises de expressão diferencial que a aclimatação a temperaturas quentes elicia mudanças mais robustas na expressão gênica, comparado a aumentos agudos de temperatura. Nossas análises de expressão diferencial também revelaram a indução de várias proteínas de choque térmico diferentes, incluindo hsp70, hsp90, hsp40 e outras HSPs pequenas, após aumento de temperatura tanto agudo quanto crônico no músculo branco. Além disso, o padrão de ontologia gênica mais consistente que emergiu após tanto a aclimatação quanto o CT<inf>max</inf> foi a regulação positiva de transcritos envolvidos em "dobramento proteico", que também inclui proteínas de choque térmico. Análises de ontologia gênica também sugerem mudanças em outros processos após aclimatação, incluindo diminuição de vias de crescimento e mudanças na metilação do DNA. No geral, estes dados sugerem que as HSPs provavelmente desempenham um papel importante na capacidade do Robalo Listrado de tolerar águas quentes. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Transcriptomic analyses of juvenile Striped Bass (Morone saxatilis) exposed to chronic and acute temperature change: Striped Bass are economically important, migratory fishes, which occur across a wide range of latitudes. Given their wide-ranging nature, Striped Bass can cope with a broad range of environmental temperatures, yet the mechanisms underlying this ability have not been thoroughly described. Heat shock proteins (HSPs) are inducible molecular chaperones, which help mitigate protein damage resulting from increased temperatures. The importance of HSPs has been demonstrated in a number of fish species, but their role in Striped Bass is poorly understood. This study characterizes changes in gene expression in juvenile Striped Bass, following acute and chronic temperature change. Fish were acclimated to one of three temperatures (15, 25 or 30◦C) and sampled at one of two treatments (control or after CT<inf>max</inf>), following which we assessed differential gene expression and gene ontology in muscle. It is clear from our differential expression analyses that acclimation to warm temperatures elicits more robust changes to gene expression, compared to acute temperature increases. Our differential expression analyses also revealed induction of many different heat shock proteins, including hsp70, hsp90, hsp40 and other small HSPs, after both acute and chronic temperature increase in white muscle. Furthermore, the most consistent gene ontology pattern that emerged following both acclimation and CT<inf>max</inf> was upregulation of transcripts involved in “protein folding”, which also include heat shock proteins. Gene ontology analyses also suggest changes to other processes after acclimation, including decreased growth pathways and changes to DNA methylation. Overall, these data suggest that HSPs likely play a major role in the Striped Bass’s ability to tolerate warm waters. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

As lapas ajudam a manter espaços descobertos e atuam como espécies sentinelas do estresse térmico em ecossistemas recifais do entremarés. No entanto, pouco se sabe sobre as respostas fisiológicas das lapas Cellana spp. amplamente distribuídas na Nova Zelândia ao estresse térmico. Testamos se havia diferenças na tolerância térmica no verão e inverno e nas concentrações de proteínas de choque térmico entre quatro espécies de Cellana que ocupam diferentes elevações costeiras. Para uma espécie altamente abundante (C. denticulata), testamos se a tolerância térmica foi afetada pelo tamanho da lapa no verão e inverno e se a tolerância térmica e o consumo de oxigênio no ar e na água foram afetados pelo estresse térmico repetido. As espécies de lapas de elevações costeiras mais altas nem sempre apresentaram temperaturas de ponto de ruptura mais altas do que aquelas de elevações mais baixas, potencialmente devido a diferenças no comportamento de retorno ao local. Similarmente, não houve efeito do tamanho, estação ou estresse térmico repetido na tolerância térmica. As concentrações de HSP70 foram mais altas em C. denticulata, mas não foram afetadas pela temperatura (19–34 °C), indicando que as lapas mantêm altas concentrações de HSP70 constitutiva. Lapas expostas ao estresse térmico repetido no ar apresentaram frequências cardíacas e consumo de oxigênio mais altos do que aquelas mantidas em temperatura ambiente (19 °C). No entanto, quando ambos os tratamentos foram inundados com água do mar a 18 °C, as frequências cardíacas foram similares, mas o consumo de oxigênio foi maior no tratamento ambiente, indicando que lapas não estressadas podem incorrer em uma dívida de oxigênio durante a exposição aérea. Este estudo fornece nova compreensão sobre o efeito do estresse térmico agudo e repetido na fisiologia desses invertebrados pastadores conspícuos e abundantes, o que ajudará a prever melhor suas distribuições em resposta às mudanças climáticas. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Physiological responses of cooccurring intertidal limpets (Cellana spp.) to acute and repeated heat stress: Limpets help maintain bare space and act as sentinel species of thermal stress in intertidal reef ecosystems. However, little is known about the physiological responses of New Zealand's widely distributed Cellana spp. limpets to thermal stress. We tested if there were differences in thermal tolerance in summer and winter and heat shock protein concentrations among four Cellana species that occupy different shore elevations. For one highly abundant species (C. denticulata), we tested whether thermal tolerance was affected by limpet size in summer and winter and whether thermal tolerance and oxygen consumption in air and water were affected by repeated heat stress. Limpet species from higher shore elevations did not always have higher breakpoint temperatures than those from lower elevations, potentially due to differences in homing behaviour. Similarly, there was no effect of size, season, or repeated heat stress on thermal tolerance. HSP70 concentrations were highest in C. denticulata, but were not affected by temperature (19–34 °C), indicating that limpets maintain high concentrations of constitutive HSP70. Limpets exposed to repeated heat stress in air had higher heart rates and oxygen consumption than those maintained at ambient temperature (19 °C). However, when both treatments were flooded with 18 °C seawater, heart rates were similar, but oxygen consumption was greater in the ambient treatment, indicating that non-stressed limpets may incur an oxygen debt during aerial exposure. This study provides new understanding about the effect of acute and repeated heat stress on the physiology of these conspicuous and abundant grazing invertebrates, which will help better predict their distributions in response to climate change. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os aumentos previstos das ondas de calor e eventos hipóxicos induzidos pelas mudanças climáticas terão efeitos profundos nos peixes, porém a capacidade dos pais de alterar o fenótipo da prole via herança não genética e amortecer esses estressores combinados não é clara. Este estudo testou como a exposição prolongada de zebrafish adultos a ciclos diários combinados de estresse térmico e hipóxia afeta a sobrevivência inicial e o desenvolvimento da prole, o investimento parental de cortisol e proteínas de choque térmico (HSPs), as respostas ao estresse da prole larval e a tolerância ao calor e hipóxia tanto dos pais quanto da prole. A exposição parental ao estressor combinado não afetou a fecundidade, mas aumentou a mortalidade, produziu embriões menores e atrasou a eclosão. O tratamento combinado também reduziu a deposição materna de cortisol e aumentou os níveis embrionários de hsf1, hsp70a, HSP70, hsp90aa e HSP90. Nas larvas, os níveis basais de cortisol não diferiram entre os tratamentos, mas a exposição aguda ao estresse térmico combinado e hipóxia aumentou os níveis de cortisol nas larvas controle sem efeito nas larvas de pais expostos. Em contraste, enquanto os níveis basais larvais de hsf1, hsp70a e hsp90aa diferiram entre os tratamentos parentais, o estressor agudo combinado elicitou respostas transcricionais semelhantes entre os tratamentos. Além disso, o estressor agudo combinado apenas induziu um aumento marcante nos níveis de HSP47 nas larvas derivadas de pais expostos. Finalmente, a hipóxia combinada e temperaturas elevadas aumentaram tanto a tolerância térmica quanto à hipóxia nos adultos e conferiram um aumento na tolerância térmica, mas não à hipóxia, na prole. Estes resultados demonstram que a aclimatação intergeracional ao estresse térmico combinado e hipóxia elicita complexos efeitos remanescentes na responsividade ao estresse e tolerância da prole com consequências potenciais para a resiliência. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Intergenerational plasticity to cycling high temperature and hypoxia affects offspring stress responsiveness and tolerance in zebrafish: Predicted climate change-induced increases in heat waves and hypoxic events will have profound effects on fishes, yet the capacity of parents to alter offspring phenotype via non-genetic inheritance and buffer against these combined stressors is not clear. This study tested how prolonged adult zebrafish exposure to combined diel cycles of thermal stress and hypoxia affect offspring early survival and development, parental investment of cortisol and heat shock proteins (HSPs), larval offspring stress responses, and both parental and offspring heat and hypoxia tolerance. Parental exposure to the combined stressor did not affect fecundity, but increased mortality, produced smaller embryos and delayed hatching. The combined treatment also reduced maternal deposition of cortisol and increased embryo hsf1, hsp70a, HSP70, hsp90aa and HSP90 levels. In larvae, basal cortisol levels did not differ between treatments, but acute exposure to combined heat stress and hypoxia increased cortisol levels in control larvae with no effect on larvae from exposed parents. In contrast, whereas larval basal hsf1, hsp70a and hsp90aa levels differed between parental treatments, the combined acute stressor elicited similar transcriptional responses across treatments. Moreover, the combined acute stressor only induced a marked increase in HSP47 levels in the larvae derived from exposed parents. Finally, combined hypoxia and elevated temperatures increased both thermal and hypoxia tolerance in adults and conferred an increase in offspring thermal but not hypoxia tolerance. These results demonstrate that intergenerational acclimation to combined thermal stress and hypoxia elicit complex carryover effects on stress responsiveness and offspring tolerance with potential consequences for resilience. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Ambientes térmicos severos na zona entremarés rochosa impõem sérios desafios fisiológicos e moleculares aos habitantes. A depressão metabólica é considerada uma característica de conservação de energia das espécies entremarés. Para compreender o mecanismo molecular da depressão metabólica, investigamos as respostas fisiológicas e transcriptômicas no caramujo entremarés Echinolittorina radiata. A taxa metabólica e a expressão da maioria dos genes foram insensíveis a temperaturas variando de 33 a 45 °C e depois aumentaram com aquecimento adicional até 52 °C. Diferente de outros genes, os genes envolvidos na resposta ao choque térmico (HSR) e resposta ao estresse oxidativo (OSR) (por exemplo, genes que codificam proteína de choque térmico 70 (HSP70) e proteína citocromo P450 (CYP450)) mantiveram-se regulados positivamente durante a depressão metabólica. Esses altos níveis de genes HSR e OSR devem ser importantes para sobreviver aos ambientes térmicos severos na costa rochosa. Na população que experimenta eventos de calor moderado mais frequentes, a amplitude de depressão foi maior, e a mudança na magnitude da regulação positiva foi insensível para genes HSR (por exemplo, HSP70s) mas termossensível para genes OSR (por exemplo, CYP450s) na temperatura de 37 a 45 °C. Essas descobertas indicam que tanto a sensibilidade térmica dos genes HSR e OSR quanto a insensibilidade dos genes metabólicos são cruciais para sobreviver a ambientes entremarés extremos, e diferentes populações da mesma espécie dependem de vários mecanismos fisiológicos em diferentes extensões para lidar com o estresse térmico. A resposta ao estresse celular não é uma resposta "única para todos" entre as populações, dependendo amplamente dos regimes térmicos locais. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Coping with harsh heat environments: molecular adaptation of metabolic depression in the intertidal snail Echinolittorina radiata: Harsh thermal environments in the rocky intertidal zone pose serious physiological and molecular challenges to the inhabitants. Metabolic depression is regarded as an energy-conserving feature of intertidal species. To understand the molecular mechanism of metabolic depression, we investigated physiological and transcriptomic responses in the intertidal snail Echinolittorina radiata. The metabolic rate and expression of most genes were insensitive to temperatures ranging from 33 to 45 °C and then increased with further heating to 52 °C. Different from other genes, the genes involved in heat shock response (HSR) and oxidative stress response (OSR) (e.g., genes encoding heat shock protein 70 (HSP70) and cytochrome P450 protein (CYP450)) kept upregulating during metabolic depression. These high levels of HSR and OSR genes should be important for surviving the harsh thermal environments on the rocky shore. In the population experiencing more frequent moderate heat events, the depression breadth was larger, and the change in magnitude of upregulation was insensitive for HSR genes (e.g., HSP70s) but heat-sensitive for OSR genes (e.g., CYP450s) at the temperature of 37 to 45 °C. These findings indicate that both the thermal sensitivity of HSR and OSR genes and the insensitivity of metabolic genes are crucial for surviving extreme intertidal environments, and different populations of the same species rely on various physiological mechanisms to differing extents to deal with heat stress. The cellular stress response is not a “one size fits all” response across populations largely depending on local thermal regimes. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aumento drástico da temperatura dos oceanos ameaça a adaptação e sobrevivência dos organismos marinhos, causando sérios impactos ecológicos e perdas econômicas. É crucial compreender os mecanismos adaptativos dos organismos marinhos em resposta a altas temperaturas. Neste estudo, foi revelado um novo mecanismo regulatório mediado pelo fator induzível por hipóxia-1α (HIF-1α) na ostra do Pacífico (Crassostrea gigas) em resposta ao estresse térmico. Identificamos um total de seis genes HIF-1α no genoma de C. gigas, dos quais HIF-1α e HIF-1α-like5 foram altamente induzidos sob estresse térmico. Descobrimos que os genes HIF-1α e HIF-1α-like5 desempenharam papéis críticos na resposta ao choque térmico (HSR) através da regulação positiva da expressão da proteína de choque térmico (HSP). O silenciamento de HIF-1α via interferência por RNA (RNAi) inibiu a expressão dos genes do fator de choque térmico 1 (HSF1) e HSP70 em C. gigas sob estresse térmico. Tanto HIF-1α quanto HIF-1α-like5 promoveram a atividade transcricional de HSF1 ligando-se a elementos de resposta à hipóxia (HREs) dentro da região promotora. Além disso, a sobrevivência de C. gigas sob estresse térmico foi significativamente diminuída após o silenciamento de HIF-1α. Este trabalho revelou pela primeira vez o envolvimento da via HIF-1α/HSF1/HSP70 em resposta ao estresse térmico na ostra e forneceu uma visão sobre o mecanismo adaptativo de bivalves diante do aquecimento dos oceanos. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Contribution of HIF-1α to Heat Shock Response by Transcriptional Regulation of HSF1/HSP70 Signaling Pathway in Pacific Oyster, Crassostrea gigas: Ocean temperature rising drastically threatens the adaptation and survival of marine organisms, causing serious ecological impacts and economic losses. It is crucial to understand the adaptive mechanisms of marine organisms in response to high temperature. In this study, a novel regulatory mechanism that is mediated by hypoxia-inducible factor-1α (HIF-1α) was revealed in Pacific oyster (Crassostrea gigas) in response to heat stress. We identified a total of six HIF-1α genes in the C. gigas genome, of which HIF-1α and HIF-1α-like5 were highly induced under heat stress. We found that the HIF-1α and HIF-1α-like5 genes played critical roles in the heat shock response (HSR) through upregulating the expression of heat shock protein (HSP). Knocking down of HIF-1α via RNA interference (RNAi) inhibited the expression of heat shock factor 1 (HSF1) and HSP70 genes in C. gigas under heat stress. Both HIF-1α and HIF-1α-like5 promoted the transcriptional activity of HSF1 by binding to hypoxia response elements (HREs) within the promoter region. Furthermore, the survival of C. gigas under heat stress was significantly decreased after knocking down of HIF-1α. This work for the first time revealed the involvement of HIF-1α/HSF1/HSP70 pathway in response to heat stress in the oyster and provided an insight into adaptive mechanism of bivalves in the face of ocean warming. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A variação espacial de temperatura em pequena escala desempenha um papel fundamental na limitação da distribuição de organismos em ambientes termicamente heterogêneos. Na zona entremarés rochosa, a variação de temperatura intra-diária em pequenas escalas (cm–m) pode facilmente exceder 30°C. Para testar experimentalmente o impacto dessa heterogeneidade térmica em pequena escala na distribuição de uma espécie de lapa ecologicamente importante (Cellana denticulata), rochas em um recife rochoso entremarés na Nova Zelândia foram rotacionadas e a variabilidade de temperatura em pequena escala e a disponibilidade de alimento foram medidas ao longo de 1 ano. A variabilidade em pequena escala na tolerância térmica, frequência cardíaca e expressão de proteínas de choque térmico também foi medida para relacionar as distribuições de lapas in situ com as condições ambientais. A variabilidade de temperatura foi medida usando biomímicos de lapas e registradores de temperatura HOBO pendant, enquanto a disponibilidade de alimento (concentração de clorofila a) foi medida em telas de fibrocimento in situ. Para medir as distribuições de lapas, cada lapa marcada em cada uma das 18 rochas foi acompanhada de junho de 2021 a 2022. Durante cada amostragem, a localização de cada lapa, direção da bússola e inclinação da superfície que cada lapa habitava foram medidas. Para testar diferenças fisiológicas entre lapas de cada micro-habitat, tolerância térmica e expressão de proteínas de choque térmico foram medidas em lapas coletadas; frequências cardíacas in situ e temperaturas corporais também foram medidas esporadicamente em dias quentes. As temperaturas corporais máximas previstas (36–39°C), frequências cardíacas e temperaturas corporais reais foram maiores em superfícies equatoriais (isto é, superfícies voltadas para o equador), enquanto a disponibilidade de alimento foi maior em superfícies voltadas para o polo. Durante o verão, as lapas moveram-se para superfícies que minimizavam suas temperaturas corporais e maximizavam a disponibilidade de alimento, nomeadamente superfícies verticais e voltadas para o polo e partes inferiores das rochas. A tolerância térmica, medida usando temperaturas de ponto de ruptura de Arrhenius (média ± EP: 34,7–35,8 ± 0,4–0,7°C) e temperaturas de linha plana (36,2–37,4 ± 0,3–0,4°C), foi semelhante entre lapas voltadas para diferentes direções. Surpreendentemente, a expressão de proteínas de choque térmico foi relativamente consistente ao longo do ano e entre direções. No geral, as populações de lapas são resilientes ao estresse térmico porque usam efetivamente a termorregulação comportamental para explorar micro-habitats mais frios que também possuem maior disponibilidade de alimento durante o verão.

Behavioural thermoregulation and food availability drive fine-scale seasonal habitat partitioning in limpets: Small-scale spatial variation in temperature plays a key role in limiting the distribution of organisms in thermally heterogeneous environments. In the rocky intertidal zone, intra-day temperature variation at small scales (cm–m) can easily exceed 30°C. To experimentally test the impact of this small-scale temperature heterogeneity on the distribution of an ecologically important limpet species (Cellana denticulata), boulders on an intertidal rocky reef in New Zealand were rotated and small-scale temperature variability and food availability were measured throughout 1 year. Small-scale variability in thermal tolerance, heart rate and heat shock protein expression was also measured to relate in situ limpet distributions with environmental conditions. Temperature variability was measured using limpet bio-mimics and HOBO pendant temperature loggers, while food availability (chlorophyll a concentration) was measured on in situ concrete fibreboard tiles. To measure limpet distributions, every tagged limpet on each of 18 boulders was followed from June 2021 to 2022. During each sampling, the location of each limpet, compass direction and slope of the surface that each limpet inhabited was measured. To test for physiological differences among limpets from each microhabitat, thermal tolerance and heat shock protein expression were measured in collected limpets; in situ heart rates and body temperatures were also measured sporadically on hot days. Maximum predicted body temperatures (36–39°C), heart rates and actual body temperatures were greatest on equatorial surfaces (i.e. surfaces facing the equator) whereas food availability was greatest on poleward-facing surfaces. During summer, limpets moved towards surfaces that minimised their body temperatures and maximised food availability, namely vertical and poleward-facing surfaces and undersides of boulders. Thermal tolerance, measured using Arrhenius breakpoint temperatures (mean ± SE: 34.7–35.8 ± 0.4–0.7°C) and flat line temperatures (36.2–37.4 ± 0.3–0.4°C), was similar among limpets facing different directions. Surprisingly, heat shock protein expression was relatively consistent throughout the year and among directions. Overall, limpet populations are resilient to thermal stress because they effectively use behavioural thermoregulation to exploit cooler microhabitats that also have greater food availability during summer. Read the free Plain Language Summary for this article on the Journal blog. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Diferentes populações de organismos que ocorrem em diversos regimes térmicos apresentam diversidade nas respostas ao estresse por calor. Utilizamos uma abordagem experimental de "jardim comum" desenvolvida para lidar com plasticidade fenotípica para estudar em Lymnaea stagnalis (Linnaeus, 1758) as respostas comportamentais e moleculares a um choque térmico em caramujos endogâmicos de laboratório (linhagem W) e caramujos recém-coletados (linhagem Stony) de lagoas. Na linhagem W, que vem sendo criada sob temperaturas padronizadas por gerações, a exposição a 30°C por 1 h (choque térmico, CT) quando vivenciada após um novo "sabor" resulta em uma aversão específica ao sabor conhecida como "efeito Garcia". Esta evitação aprendida requer a regulação positiva de proteínas de choque térmico (HSPs). Em contraste, a linhagem Stony recém-coletada, que experimenta flutuações de temperatura regularmente, não exibe o efeito Garcia. Aqui, descobrimos que (1) caramujos da linhagem Stony possuem níveis basais de mRNA de HSPs mais elevados do que os da linhagem W; (2) na linhagem W, o procedimento de treinamento para causar o efeito Garcia regula positivamente os níveis de mRNA de HSPs e genes-chave relacionados à neuroplasticidade, como CREB1 e GRIN1; (3) em caramujos da linhagem Stony, o mesmo procedimento de treinamento não altera os níveis de mRNA desses alvos. Estes dados sugerem que os caramujos da linhagem Stony não percebem o CT como um estressor devido aos níveis basais mais elevados de mRNA de HSPs, o que pode conferir uma maior tolerância térmica. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Comparison of behavioural and transcriptional responses to a heat stressor between freshly collected and an inbred strain of Lymnaea: Different populations of organisms occurring across varying thermal regimes show diversity in responses to heat stress. We use a “common garden experimental” approach designed to deal with phenotypic plasticity to study in Lymnaea stagnalis (Linnaeus, 1758) the behavioural and molecular responses to a heat shock in laboratory-inbred snails (W-strain) and freshly collected snails (Stony strain) from ponds. In the W-strain, which has been reared under standardized temperatures for gener-ations, the exposure to 30◦C for 1 h (heat shock, HS) when experienced after a novel “taste” results in a taste-specific aversion known as the “Garcia effect”. This learned avoidance requires the upregulation of heat shock proteins (HSPs). In contrast, freshly collected Stony strain, which experiences temperature fluctuations regularly, does not exhibit a Garcia effect. Here, we found that (1) Stony-strain snails have higher basal mRNA levels of HSPs than W-strain ones; (2) in the W-strain, the training procedure to cause the Garcia effect upregulates the mRNA levels of HSPs and key neuroplasticity-related genes such as CREB1 and GRIN1; (3) in Stony-strain snails, the same training procedure fails to alter the mRNA levels of those targets. These data suggest that Stony-strain snails do not perceive the HS as a stressor because of the higher HSP basal mRNA levels, which may confer a higher thermal tolerance. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

As ostras, sendo bivalves de cultivo global com significativo valor econômico e ecológico, enfrentam crescentemente estresse térmico induzido pelo aquecimento global, como a frequente ocorrência de eventos de mortalidade em massa no verão em todo o mundo. O papel da epigenética na adaptação a ambientes de alta temperatura tem recebido atenção crescente; no entanto, sua aplicação em ostras permanece pouco compreendida. Neste estudo, realizamos uma análise comparativa entre duas espécies de ostras intimamente relacionadas (a relativamente termossensível Crassostrea gigas e a relativamente termotolerante Crassostrea angulata) usando ATAC-Seq e RNA-Seq para revelar os mecanismos diferenciais de tolerância térmica ao nível da dinâmica cromatínica em resposta ao estresse por alta temperatura. A análise comparativa mostrou que a família de proteínas inibidoras da apoptose (IAP) e suas vias de apoptose associadas foram a principal via divergente entre as duas espécies. As regiões promotoras de genes diferencialmente expressos em C. gigas sob estresse térmico apresentaram-se enriquecidas com motivos como Foxp1, Foxk2, Myc, Cebpd, Foxo3 e motivos Hsf1 e expressaram genes relacionados a chaperonas moleculares, incluindo a família de proteínas de choque térmico. E C. angulata ativou os genes relacionados à anti-apoptose, reparo de danos no DNA e síntese de ácidos graxos (diminuindo a insaturação de ácidos graxos da membrana para regular a fluidez da membrana). Esses achados sugerem que C. angulata pode ter evoluído uma rede regulatória transcricional mais centralizada e energeticamente eficiente ao nível genômico, facilitando assim sua adaptação de longo prazo a ambientes de temperatura relativamente alta. Além disso, o fator de transcrição chave Hsf1, envolvido nas respostas ao choque térmico, pode contribuir para os padrões diferenciais de resposta ao calor em C. gigas e C. angulata através de níveis de expressão divergentes de suas isoformas alternativamente processadas (Hsf1a e Hsf1d). Nosso trabalho contribuirá para prever o potencial adaptativo de ostras e outros invertebrados marinhos ao enfrentar o futuro aquecimento global, e fornecer uma base teórica para o melhoramento genético de características de resistência e desenvolvimento sustentável da indústria de ostras. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Comparative chromatin dynamics reveal differential thermal tolerance mechanisms between two congeneric oyster species: Oysters, being globally farmed bivalve of significant economic and ecological value, are increasingly confronted with heat stress induced by global warming, such as the frequent occurrence of mass summer mortality events worldwide. The role of epigenetics in adapting to high-temperature environments has garnered growing attention; however, its application in oysters remains poorly understood. In this study, we conducted a comparative analysis between two closely related oyster species (the relatively thermosensitive Crassostrea gigas and the relatively thermotolerant Crassostrea angulata) using ATAC-Seq and RNA-Seq to reveal the differential thermal tolerance mechanisms at the chromatin dynamics level in response to high-temperature stress. The comparative analysis showed that the inhibitor of apoptosis protein (IAP) family and its associated apoptosis pathways were the major divergent pathway between the two species. The promoter regions of differentially expressed genes in C. gigas under heat stress were found to be enriched with motifs such as Foxp1, Foxk2, Myc, Cebpd, Foxo3, and Hsf1 motifs and expressed genes related to molecular chaperones, including heat shock protein family. And C. angulata activated the genes related to anti-apoptosis, DNA damage repair, and fatty acid synthesis (decreasing fatty acid unsaturation of membrane to regulate membrane fluidity). These findings suggest that C. angulata may have evolved a more centralized and energy-efficient transcriptional regulatory network at the genomic level, thereby facilitating its long-term adaptation to relatively high temperature environments. Furthermore, the key transcription factor Hsf1, involved in heat shock responses, may contribute to the differential heat response patterns in C. gigas and C. angulata through divergent expression levels of its alternatively spliced isoforms (Hsf1a and Hsf1d). Our work will contribute to predicting the adaptive potential of oysters and other marine invertebrates in facing future global warming, and provide a theoretical foundation for genetic improvement of resistance traits and sustainable development of oyster industry. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

O salmão do Atlântico (Salmo salar) não é apenas o peixe de cultivo economicamente mais importante do mundo em termos de valor total, mas também um salmonídeo, o que significa que são inestimáveis para estudos do destino evolutivo de genes após múltiplos eventos de duplicação total do genoma (WGD). Neste estudo, quatro paralogias da chaperona molecular serpinh1 foram caracterizadas no salmão do Atlântico, pois embora este gene seja considerado um biomarcador sensível de estresse térmico em salmonídeos, estudos em mamíferos também o identificaram como essencial para a montagem estrutural e integridade do colágeno. As quatro paralogias do salmão foram clonadas e sequenciadas para que análises in silico nos níveis nucleotídicos e de aminoácidos deduzidos pudessem ser realizadas. Além disso, qPCR foi utilizada para medir: a expressão constitutiva de serpinh1 específica por paralogia e sexo em 17 tecidos adultos; e sua expressão no fígado e rim cefálico de salmões do Atlântico machos conforme afetada pelo fenótipo de estresse (alto vs baixo respondedor), temperatura aumentada e injeção com uma vacina multivalente. Comparada às outras três paralogias, serpinh1a-2 teve um perfil de expressão constitutiva único nos 17 tecidos. Embora o fenótipo de estresse tenha tido impacto mínimo na expressão transcricional das quatro paralogias, a injeção com uma vacina comercial contendo várias bacterinas inativadas por formalina aumentou a expressão da maioria das paralogias (de 1,1 a 4,5 vezes) em ambos os tecidos. A 20 °C, os níveis de expressão de serpinh1a-1 e serpinh1a-2 foram geralmente menores (de -1,1 a -1,6 vezes), e serpinh1b-1 e serpinh1b-2 foram 10,2 a 19,0 vezes maiores, em comparação com salmões mantidos a 12 °C. Com estudos recentes sugerindo uma possível ligação entre serpinh1 e a tolerância térmica superior em salmonídeos, a pesquisa atual é um primeiro passo valioso para elucidar os mecanismos potenciais envolvidos. Esta pesquisa: apoia o uso de serpinh1b-1 e serpinh1b-2 como biomarcadores de estresse térmico em salmão; e fornece evidências de neo e/ou subfuncionalização entre as paralogias, e importantes insights sobre como múltiplos eventos de duplicação do genoma podem potencialmente levar à divergência evolutiva. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Characterization and transcript expression analyses of four Atlantic salmon (Salmo salar) serpinh1 paralogues provide evidence of evolutionary divergence: Atlantic salmon (Salmo salar) are not only the world's most economically important farmed fish in terms of total value, but also a salmonid, which means that they are invaluable for studies of the evolutionary fate of genes following multiple whole-genome duplication (WGD) events. In this study, four paralogues of the molecular chaperone serpinh1 were characterized in Atlantic salmon, as while this gene is considered to be a sensitive biomarker of heat stress in salmonids, mammalian studies have also identified it as being essential for collagen structural assembly and integrity. The four salmon paralogues were cloned and sequenced so that in silico analyses at the nucleotide and deduced amino acid levels could be performed. In addition, qPCR was used to measure: paralogue- and sex-specific constitutive serpinh1 expression across 17 adult tissues; and their expression in the liver and head kidney of male Atlantic salmon as affected by stress phenotype (high vs. low responder), increased temperature, and injection with a multi-valent vaccine. Compared to the other three paralogues, serpinh1a-2 had a unique constitutive expression profile across the 17 tissues. Although stress phenotype had minimal impact on the transcript expression of the four paralogues, injection with a commercial vaccine containing several formalin inactivated bacterins increased the expression of most paralogues (by 1.1 to 4.5-fold) across both tissues. At 20 °C, the expression levels of serpinh1a-1 and serpinh1a-2 were generally lower (by −1.1- to −1.6-fold), and serpinh1b-1 and serpinh1b-2 were 10.2- to 19.0-fold greater, in comparison to salmon held at 12 °C. With recent studies suggesting a putative link between serpinh1 and upper thermal tolerance in salmonids, the current research is a valuable first step in elucidating the potential mechanisms involved. This research: supports the use of serpinh1b-1 and serpinh1b-2 as a biomarkers of heat stress in salmon; and provides evidence of neo- and/or subfunctionalization between the paralogues, and important insights into how multiple genome duplication events can potentially lead to evolutionary divergence. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A presente pesquisa teve como objetivo determinar a influência do horário do dia em que o tratamento térmico (TT) é aplicado na diferenciação sexual e nos mecanismos de tolerância térmica em tilápia-do-nilo (Oreochromis niloticus). Para isso, larvas de peixes foram submetidas a TT (36 °C) por 12 dias em diferentes horários do dia durante o período termossensível (ou seja, 11-23 dias pós-fertilização, dpf). O tratamento térmico foi aplicado durante a fase clara (TT-L); durante a fase escura (TT-E), ou durante ambas as fases clara-escura (TT-CE). Um grupo controle mantido em temperatura constante de criação (28 °C, CTRL) também foi utilizado. Aos 25 dpf, a tolerância térmica foi determinada (sobrevivência) e amostras de larvas inteiras foram coletadas para análise de expressão de mRNA (qPCR). Posteriormente, todos os grupos permaneceram em temperatura constante até 270 dpf, quando alguns peixes foram sacrificados e os lóbulos gonadais de cada indivíduo foram coletados para análises histológicas e de qPCR. Ao mesmo tempo, cada grupo experimental foi submetido a choque térmico agudo (CT; 36 °C por 2 h) na metade da fase clara (MC) ou na metade da fase escura (ME). Quando a exposição ao CT terminou, os cérebros dos adultos foram extraídos para determinar a resposta ao CT por qPCR. A expressão dos genes envolvidos na diferenciação sexual feminina (cyp19a1a, foxl2, era) e masculina (amh, ara, sox9a, dmrt1) e na tolerância térmica (hsp70, hsp90a, hsp27) nas larvas de 25 dpf e nos adultos foi estudada. Os resultados revelaram que todas as larvas tratadas com TT apresentaram regulação positiva da expressão de genes de diferenciação testicular e inibição da expressão de genes de diferenciação ovariana, o que resultou em maior porcentagem de machos. O horário do dia do TT durante o desenvolvimento influenciou a termotolerância nas fases larval e adulta, com a menor sobrevivência e maior estresse celular (maior expressão de HSPs) observados nas larvas dos grupos TT-E e TT-CE. Esses achados revelam a necessidade de investigar mais a ligação entre a diferenciação sexual e os ritmos diários de termotolerância na pesquisa de biologia térmica. Esses resultados podem ser úteis para otimizar protocolos de masculinização na indústria da tilápia, garantindo o bem-estar animal e minimizando os efeitos negativos do TT na fisiologia dos peixes. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Time of day-dependent effects of heat treatment on thermal tolerance and sex differentiation in Nile tilapia (Oreochromis niloticus): The present research aimed to determine the influence of the time of day at which heat treatment (HT) is applied to sexual differentiation and thermal tolerance mechanisms in Nile tilapia (Oreochromis niloticus). To this end, fish larvae were subjected to HT (36 °C) for 12 days at different times of the day during the thermosensitive period (i.e. 11–23 days post-fertilization, dpf). The heat treatment was applied during the light phase (L-HT); during the dark phase (D-HT), or during both light-dark phases (LD-HT). A control group maintained at constant rearing temperature (28 °C, CTRL) was also used. At 25 dpf, thermal tolerance was determined (survival) and whole larvae samples were collected for the mRNA expression analysis (qPCR). There after, all the groups remained at constant temperature until 270 dpf, when some fish were sacrificed and each individual's gonadal lobules were collected for histological and qPCR analyses. At the same time, each experimental group was subjected to acute heat shock (HS; 36 °C for 2 h) in either the mid-light (ML) or the mid-dark (MD) phase. When HS exposure finished, adults' brains were extracted to determine the HS response by qPCR. The expression of the genes involved in female (cyp19a1a, foxl2, era) and male (amh, ara, sox9a, dmrt1) sexual differentiation and thermal tolerance (hsp70, hsp90a, hsp27) in the 25 dpf larvae and adults was studied. The results revealed that all the HT-treated larvae showed an up-regulation of testicular differentiation gene expression and inhibition of ovarian differentiation gene expression, which resulted in a higher percentage of males. The time of day of HT during development influenced thermotolerance in the larval and adult stages, with the lowest survival and highest cellular stress (higher HSPs expression) observed in the larvae of the D-HT and LD-HT groups. These findings reveal the need to further investigate the link between sexual differentiation and thermotolerance daily rhythms in thermal biology research. These results may be useful for optimizing masculinization protocols in the tilapia industry, while ensuring animal welfare and minimizing negative HT effects on fish physiology. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

O conhecimento da estabilidade térmica dos proteomas vegetais em seus ambientes nativos auxiliaria no projeto de plantas cultivadas resilientes ao clima. A identificação de proteínas termossensíveis e resilientes não apenas fornece compreensão fundamental do dano sistêmico induzido pelo calor, mas também oferece insight sobre interações proteicas e evolução proteica. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Observations and implication of thermal tolerance in the Arabidopsis proteome: Knowledge of the thermal stability of plant proteomes within their native environments would aid in the design of climate-resilient crop plants. Identification of thermo-sensitive and -resilient proteins not only provides foundational understanding of systematic heat-induced damage but also offers insight into protein interactions and protein evolution. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

As espécies de Saccharomyces divergiram em seu perfil de crescimento térmico. Tanto Saccharomyces cerevisiae quanto Saccharomyces paradoxus crescem em temperaturas bem acima da temperatura máxima de crescimento de Saccharomyces kudriavzevii e Saccharomyces uvarum, mas crescem mais pobremente em temperaturas mais baixas. Em resposta a mudanças térmicas, os organismos ativam uma resposta ao estresse que inclui proteínas de choque térmico envolvidas na homeostase proteica e aquisição de tolerância térmica. Para determinar se as espécies de Saccharomyces divergiram em sua resposta à temperatura, medimos mudanças na expressão gênica em resposta a um aumento ou diminuição de 12 °C na temperatura para quatro espécies de Saccharomyces e seus seis híbridos pareados. Para garantir a cobertura de famílias gênicas subteloméricas, sequenciamos, montamos e anotamos um genoma completo de S. uvarum. Em resposta ao calor, as espécies criófilas mostraram uma resposta ao estresse mais forte do que as espécies termófilas, e os híbridos mostraram uma mistura de respostas parentais que dependiam do ponto temporal. Após uma resposta inicial forte indicativa de alto estresse térmico, híbridos com um progenitor termófilo resolveram sua resposta ao choque térmico para se tornarem semelhantes ao seu progenitor termófilo. Dentro dos híbridos, apenas um pequeno número de genes responsivos à temperatura mostrou diferenças consistentes entre alelos das espécies termófilas e criófilas. Nossos resultados mostram que a divergência na resposta ao choque térmico é principalmente uma consequência da tolerância térmica de uma linhagem, sugerindo que fatores celulares que sinalizam estresse térmico ou resolvem mudanças induzidas pelo calor são relevantes para a divergência térmica nas espécies de Saccharomyces. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Divergence in the Saccharomyces Species' Heat Shock Response Is Indicative of Their Thermal Tolerance: The Saccharomyces species have diverged in their thermal growth profile. Both Saccharomyces cerevisiae and Saccharomyces paradoxus grow at temperatures well above the maximum growth temperature of Saccharomyces kudriavzevii and Saccharomyces uvarum but grow more poorly at lower temperatures. In response to thermal shifts, organisms activate a stress response that includes heat shock proteins involved in protein homeostasis and acquisition of thermal tolerance. To determine whether Saccharomyces species have diverged in their response to temperature, we measured changes in gene expression in response to a 12 °C increase or decrease in temperature for four Saccharomyces species and their six pairwise hybrids. To ensure coverage of subtelomeric gene families, we sequenced, assembled, and annotated a complete S. uvarum genome. In response to heat, the cryophilic species showed a stronger stress response than the thermophilic species, and the hybrids showed a mixture of parental responses that depended on the time point. After an initial strong response indicative of high thermal stress, hybrids with a thermophilic parent resolved their heat shock response to become similar to their thermophilic parent. Within the hybrids, only a small number of temperature-responsive genes showed consistent differences between alleles from the thermophilic and cryophilic species. Our results show that divergence in the heat shock response is mainly a consequence of a strain's thermal tolerance, suggesting that cellular factors that signal heat stress or resolve heat-induced changes are relevant to thermal divergence in the Saccharomyces species. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Nos próximos anos, as mudanças climáticas provavelmente aumentarão a frequência e intensidade das ondas de calor. Em muitos organismos, o estresse térmico provoca perturbações fisiológicas e pode levar à diminuição da fertilidade masculina. Os zangões são endo-heterotérmicos, mas apresentam diferenças interespecíficas na termotolerância que poderiam ter implicações para conservação. Para a espécie de preocupação Bombus magnus, a exposição a altas temperaturas pode reduzir severamente a qualidade do esperma e, consequentemente, o sucesso reprodutivo. Este não é o caso para B. terrestris, uma espécie ubíqua. Para decifrar os mecanismos em jogo, caracterizamos os proteomas do fluido seminal das duas espécies. Quantificamos 1121 proteínas, das quais 522 foram diferencialmente expressas entre B. terrestris e B. magnus. Várias proteínas com funções protetoras, como proteases, proteínas antioxidantes e várias proteínas de choque térmico, estavam presentes em níveis mais elevados em B. terrestris do que em B. magnus, tanto em condições de controle quanto de estresse térmico. O mesmo ocorreu com proteínas envolvidas na homeostase celular, imunidade, metabolismo de lipídios/açúcares e termotolerância. Além disso, proteínas envolvidas na captura e eliminação de espécies reativas de oxigênio também ocorreram em níveis muito mais altos em B. terrestris. No geral, estes resultados indicam claramente diferenças no proteoma seminal do B. terrestris mais termotolerante versus B. magnus. As diferenças podem contribuir para explicar as diferenças interespecíficas na sobrevivência dos espermatozoides. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Proteomic differences in seminal fluid of social insects whose sperm differ in heat tolerance: In the coming years, climate change is likely to increase the frequency and intensity of heatwaves. In many organisms, heat stress provokes physiological perturbations and can lead to decreased male fertility. Bumblebees are endo-heterothermic but display interspecific differences in thermotolerance that could have conservation implications. For the species of concern Bombus magnus, exposure to high temperatures can severely reduce sperm quality and, consequently, reproductive success. Such is not the case for B. terrestris, a ubiquitous species. To decipher the mechanisms at play, we characterized the seminal fluid proteomes of the two species. We quantified 1121 proteins, of which 522 were differentially expressed between B. terrestris and B. magnus. Several proteins with protective functions, such as proteases, antioxidant proteins and various heat-shock proteins, were present at higher levels in B. terrestris than in B. magnus under both control and heat-stress conditions. The same was true for proteins involved in cellular homeostasis, immunity, lipid/sugar metabolism and thermotolerance. Furthermore, proteins involved in the capture and elimination of reactive oxygen species also occurred at much high levels in B. terrestris. Overall, these results clearly indicate differences in the seminal proteome of the more thermotolerant B. terrestris versus B. magnus. The differences may contribute to explaining interspecific differences in sperm survival. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

O mexilhão de casca grossa Mytilus coruscus serve como uma espécie sésseil comum do intertidal e possui significado econômico como organismo aquático. M. coruscus frequentemente suporta temperaturas mais altas do que sua faixa ideal durante marés baixas consecutivas na primavera. Esta exposição a temperaturas elevadas proporciona a eles um aumento da tolerância térmica, permitindo que se adaptem a eventos de alta temperatura causados por marés extremamente baixas e condições climáticas adversas. Este fenômeno é referido como endurecimento ao calor. Alguns estudos relacionados mostraram o fenômeno de endurecimento ao calor em espécies sésseis do intertidal, mas não relatado em nível de mecanismo baseado em transcriptoma até agora. Neste estudo, experimentos fisiológicos, identificação de famílias gênicas e sequenciamento de transcriptoma foram realizados para confirmar o aumento da termotolerância baseado no endurecimento ao calor e explorar o mecanismo em M. coruscus. Um total de 2935 DEGs foram identificados e os resultados do enriquecimento KEGG mostraram que sete vias relativas ao endurecimento ao calor foram enriquecidas, incluindo a via de sinalização do receptor Toll, metabolismo do ácido araquidônico e outras. Em seguida, 24 membros HSP70 e 36 membros CYP2 foram identificados, e os membros regulados positivamente estão correlacionados com o aumento da termotolerância. Finalmente, concluímos que o M. coruscus endurecido ao calor possui melhor termotolerância devido à capacidade de manter a integridade e o fenômeno de vasodilatação da brânquia sob estresse térmico. Além disso, os experimentos fisiológicos produziram as mesmas conclusões. No geral, este estudo confirma o aumento da termotolerância causado pelo endurecimento ao calor e revela a estratégia de sobrevivência em M. coruscus. Além disso, a conclusão fornece uma nova referência para estudar os mecanismos de resistência ao calor de espécies intertidais para combater eventos de calor extremo e as estratégias para lidar com condições climáticas extremas na aquicultura sob a tendência de aquecimento global. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Transcriptome profiling reveals the strategy of thermal tolerance enhancement caused by heat-hardening in Mytilus coruscus: The thick-shell mussel Mytilus coruscus serves as a common sessile intertidal species and holds economic significance as an aquatic organism. M. coruscus often endure higher temperatures than their ideal range during consecutive low tides in the spring. This exposure to elevated temperatures provides them with a thermal tolerance boost, enabling them to adapt to high-temperature events caused by extreme low tides and adverse weather conditions. This phenomenon is referred to as heat-hardening. Some related studies showed the phenomenon of heat-hardening in sessile intertidal species but not reported at the mechanism level based on transcriptome so far. In this study, physiological experiments, gene family identification and transcriptome sequencing were performed to confirm the thermotolerance enhancement based on heat-hardening and explore the mechanism in M. coruscus. A total of 2935 DEGs were identified and the results of the KEGG enrichment showed that seven heat-hardening relative pathways were enriched, including Toll-like receptor signal pathway, Arachidonic acid metabolism, and others. Then, 24 HSP70 members and 36 CYP2 members, were identified, and the up-regulated members are correlated with increasing thermotolerance. Finally, we concluded that the heat-hardening M. coruscus have a better thermotolerance because of the capability of maintaining the integrity and the phenomenon of vasodilation of the gill under thermal stress. Further, the physiological experiments yielded the same conclusions. Overall, this study confirms the thermotolerance enhancement caused by heat-hardening and reveals the survival strategy in M. coruscus. In addition, the conclusion provides a new reference for studying the intertidal species' heat resistance mechanisms to combat extreme heat events and the strategies for dealing with extreme weather in aquaculture under the global warming trend. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

O estresse térmico interrompe a termoestabilidade fisiológica e desencadeia respostas bioquímicas essenciais para a sobrevivência das plantas. No entanto, há conhecimento limitado sobre a velocidade com que as plantas se ajustam ao calor em horas e dias, e quais ajustes são cruciais. Espécies arbóreas de floresta tropical-subtropical (Polyscias elegans) foram aquecidas a 40°C por 5 dias, antes de retornar a 25°C por 13 dias de recuperação. A tolerância ao calor foliar foi quantificada usando a temperatura na qual a fluorescência mínima de cl a aumentou abruptamente (T<inf>crit</inf>). T<inf>crit</inf>, metabólitos, abundância de proteínas de choque térmico (HSP) e composição de ácidos graxos (FA) de lipídios de membrana foram quantificados. T<inf>crit</inf> aumentou 4°C (48–52°C) dentro de 2 horas de exposição a 40°C, juntamente com acúmulo rápido de metabólitos e HSPs. Em contraste, levou mais de 2 dias para a composição de FA mudar. Pelo menos 2 dias foram necessários para que T<inf>crit</inf>, HSP90, HSP70 e FAs retornassem aos níveis pré-estresse. Os resultados destacam a resposta multifacetada de P. elegans ao estresse térmico, e como esta resposta varia na escala de horas a dias, culminando em um nível aumentado de tolerância ao calor fotossintético. Essas respostas são importantes para a sobrevivência das plantas quando confrontadas com ondas de calor em meio às mudanças climáticas globais em curso. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Heat tolerance of a tropical–subtropical rainforest tree species Polyscias elegans: time-dependent dynamic responses of physiological thermostability and biochemistry: Heat stress interrupts physiological thermostability and triggers biochemical responses that are essential for plant survival. However, there is limited knowledge on the speed plants adjust to heat in hours and days, and which adjustments are crucial. Tropical–subtropical rainforest tree species (Polyscias elegans) were heated at 40°C for 5 d, before returning to 25°C for 13 d of recovery. Leaf heat tolerance was quantified using the temperature at which minimal chl a fluorescence sharply rose (T<inf>crit</inf>). T<inf>crit</inf>, metabolites, heat shock protein (HSP) abundance and membrane lipid fatty acid (FA) composition were quantified. T<inf>crit</inf> increased by 4°C (48–52°C) within 2 h of 40°C exposure, along with rapid accumulation of metabolites and HSPs. By contrast, it took > 2 d for FA composition to change. At least 2 d were required for T<inf>crit</inf>, HSP90, HSP70 and FAs to return to prestress levels. The results highlight the multi-faceted response of P. elegans to heat stress, and how this response varies over the scale of hours to days, culminating in an increased level of photosynthetic heat tolerance. These responses are important for survival of plants when confronted with heat waves amidst ongoing global climate change. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Modelos recentes de mudanças climáticas indicam que haverá um aumento na imprevisibilidade térmica e na frequência e intensidade de dias quentes. Como a imprevisibilidade térmica opera em habitats de maré baixa entre-marés com diferentes meios de habitat, como ambientes de poça de maré (submersos em água) ou expostos à maré (exposição circatidal ao ar e água) é pouco compreendido, especialmente quando combinado com outros determinantes importantes do desempenho fisiológico, como a disponibilidade de alimento. Examinamos como a aclimatação a diferentes níveis de previsibilidade térmica com alta ou baixa disponibilidade de alimento molda o desempenho durante uma rampa térmica aguda no mexilhão da Califórnia Mytilus californianus em 2 tratamentos de habitat de maré baixa: poça de maré e exposto à maré. Os mexilhões foram aquecidos a uma taxa de 6,5°C h–1 por 6 h em seu respectivo meio de habitat (água ou ar). O desempenho cardíaco, glicogênio e Hsp/Hsc70 foram determinados durante a rampa de calor. Descobrimos que o habitat de maré baixa foi o maior fator para moldar o desempenho térmico. Mexilhões de poça de maré exibiram frequências cardíacas máximas mais altas, mas também múltiplos pontos de ruptura e menor tolerância térmica superior no desempenho cardíaco, juntamente com um aumento nos níveis de Hsp/Hsc70 e uso de glicogênio em comparação com mexilhões expostos à maré. Mexilhões expostos a regimes térmicos imprevisíveis exibiram desempenho cardíaco e tolerância térmica elevados, suportados por estoques iniciais de glicogênio elevados. A disponibilidade de alimento teve um efeito mínimo no desempenho térmico do mexilhão. Nossos resultados sugerem que organismos entre-marés que experimentam estresse térmico em um habitat de poça de maré podem ser mais suscetíveis a aumentos de temperatura induzidos pelo clima, mas a imprevisibilidade térmica pode ajudar a aumentar a tolerância térmica. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Understanding the role of low tide habitat, thermal predictability, and food availability in shaping the thermal performance of the California mussel: Recent climate change models indicate that there will be an increase in thermal unpredictability and the frequency and intensity of hot days. How thermal unpredictability operates in intertidal low tide habitats with different habitat media, such as tidepool (submerged in water) or tidally exposed (circatidal exposure to air and water) environments is poorly understood, especially when coupled with other important determinants of physiological performance, such as food availability. We examined how acclimation to different levels of thermal predictability with either high or low food availability shapes performance during an acute thermal ramp in the California mussel Mytilus californianus in 2 low tide habitat treatments: tidepool and tidally exposed. Mussels were warmed at a rate of 6.5°C h–1 for 6 h in their respective habitat medium (water or air). Cardiac performance, glycogen, and Hsp/Hsc70 were determined during the heat ramp. We found that low tide habitat was the largest driver for shaping thermal performance. Tidepool mussels exhibited higher maximum heart rates, but also multiple breakpoints and lower upper thermal tolerance in cardiac performance, coupled with an increase in Hsp/Hsc70 levels and glycogen usage in comparison to tidally exposed mussels. Mussels exposed to unpredictable thermal regimes exhibited elevated cardiac performance and thermal tolerance, supported by elevated initial glycogen stores. Food availability had a minimal effect on mussel thermal performance. Our results suggest that intertidal organisms that experience thermal stress in a tidepool habitat may be more susceptible to climate-induced increases in temperature, but thermal unpredictability may aid in increasing thermal tolerance. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Insetos são suscetíveis a temperaturas elevadas, resultando em fertilidade prejudicada e tempo de vida encurtado. Este estudo investigou os mecanismos genéticos subjacentes aos efeitos do estresse térmico. Realizamos sequenciamento de RNA em Pteromalus puparum expostos a 25°C e 35°C, revelando assinaturas transcricionais. A Análise de Rede de Co-expressão Gênica Ponderada descobriu módulos associados ao estresse térmico, formando uma rede regulatória de 113 genes. A rede é naturalmente dividida em dois subgrupos, um ligado ao estresse térmico agudo, incluindo proteínas de choque térmico (HSPs), e outro ao estresse térmico crônico, envolvendo genes de lipogênese. Identificamos um gene Xap5 Regulador de Choque Térmico (XHSR) como um componente crucial da rede, validado através de interferência de RNA e ensaios de PCR quantitativo. O knockdown de XHSR reduziu o tempo de vida das vespas enquanto induziu diretamente HSPs e mediou a indução de genes de lipogênese. O knockout mediado por CRISPR/Cas9 do homólogo de XHSR em Drosophila reduziu a sobrevivência dos mutantes, destacando seu papel conservado. Esta pesquisa esclarece os mecanismos de tolerância térmica, oferecendo aplicações potenciais no controle de pragas em meio ao aquecimento global. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Regulatory network in heat stress response in parasitoid wasp focusing on Xap5 heat stress regulator: Insects are susceptible to elevated temperatures, resulting in impaired fertility, and shortened lifespan. This study investigated the genetic mechanisms underlying heat stress effects. We conducted RNA sequencing on Pteromalus puparum exposed to 25°C and 35°C, revealing transcriptional signatures. Weighted Gene Co-expression Network Analysis uncovered heat stress-associated modules, forming a regulatory network of 113 genes. The network is naturally divided into two subgroups, one linked to acute heat stress, including heat shock proteins (HSPs), and the other to chronic heat stress, involving lipogenesis genes. We identified an Xap5 Heat Shock Regulator (XHSR) gene as a crucial network component, validated through RNA interference and quantitative PCR assays. XHSR knockdown reduced wasps’ lifespan while directly inducing HSPs and mediating lipogenesis gene induction. CRISPR/Cas9-mediated knockout of the Drosophila XHSR homolog reduced mutants’ survival, highlighting its conserved role. This research sheds light on thermal tolerance mechanisms, offering potential applications in pest control amid global warming. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aquecimento global levou a um aumento em fenômenos climáticos e meteorológicos extremos, incluindo inundações e ondas de calor. Ondas de calor marinhas têm consequências assustadoras para comunidades bentônicas costeiras ao redor do mundo. Cada espécie exibe uma faixa natural de tolerância térmica e responde a variações de temperatura através de ajustes comportamentais, fisiológicos, bioquímicos e moleculares. Estresse fisiológico levando a doenças e mortalidade em massa aparece quando os limiares de tolerância são excedidos. Espécies sésseis são portanto particularmente afetadas por esses fenômenos. Entre essas espécies sésseis, esponjas marinhas são membros importantes dos ecossistemas de recifes de coral. Para melhor entender a resposta ao estresse térmico de esponjas, testamos a resposta da demospongia Chondrosia reniformis (Nardo, 1847) a três temperaturas diferentes (8 °C, 24 °C e 30 °C) durante dois períodos de exposição (4 e 14 h). Estudos histológicos de partes inteiras da esponja, análises bioquímicas (enzimas de defesa) e níveis de expressão gênica de alguns genes alvo foram realizados neste estudo. A exposição à temperatura fria (8 °C) resultou na inibição de enzimas antioxidantes e menos modificação no nível de expressão gênica das proteínas de choque térmico (HSPs). Estas últimas foram fortemente reguladas positivamente após exposição a uma temperatura de 24 °C por 4 h. Entretanto, exposição a 30 °C em ambos os períodos de tempo resultou em indicação de HSP, enzimas antioxidantes, o gene envolvido no processo de apoptose (Bcl-2: linfoma de células B 2), o gene envolvido na inflamação (TNF: Fator de Necrose Tumoral), bem como o gene da aquaporina, envolvido na permeação de H₂O₂. Além disso, a organização normal do organismo inteiro foi perturbada pela extensão e fusão de câmaras de coanócitos e alteração do pinacoderme. Interessantemente, exposição a temperaturas subletais pode mostrar que esta esponja tem uma temperatura limiar de adaptação. Essas perspectivas sobre os mecanismos de adaptação de esponjas contribuem para melhor manejo e conservação de esponjas e para a previsão de trajetórias de ecossistemas com futuras mudanças climáticas. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Insight on thermal stress response of demosponge Chondrosia reniformis (Nardo, 1847): Global warming has led to an increase in extreme weather and climate phenomena, including floods and heatwaves. Marine heatwaves have frightening consequences for coastal benthic communities around the world. Each species exhibits a natural range of thermal tolerance and responds to temperature variations through behavioral, physiological, biochemical, and molecular adjustments. Physiological stress leading to disease and mass mortality appears when tolerance thresholds are exceeded. Sessile species are therefore particularly affected by these phenomena. Among these sessile species, marine sponges are important members of coral reef ecosystems. To better understand the sponge thermal stress response, we tested the response of demosponge Chondrosia reniformis (Nardo, 1847) to three different temperatures (8 °C, 24 °C and 30 °C) during two exposure periods of time (4 and 14 h). Histological studies of whole parts of the sponge, biochemical analyses (Defense enzymes) and gene expression levels of some target genes were undertaken in this study. The exposure to cold temperature (8 °C) resulted in inhibition of antioxidant enzymes and less modification in the gene expression level of the heat shock proteins (HSPs). These latter were strongly upregulated after exposure to a temperature of 24 °C for 4 h. However, exposure to 30 °C at both periods of time resulted in indication of HSP, antioxidant enzymes, the gene involved in the apoptosis process (Bcl-2: B-cell lymphoma 2), the gene involved in inflammation (TNF: Tumor Necrosis Factor), as well as the aquaporin gene, involved in H<inf>2</inf>O<inf>2</inf> permeation. Moreover, the normal organization of the whole organism was disrupted by the extension and fusion of choanocyte chambers and alteration of the pinacoderm. Interestingly, exposure to sublethal temperatures may show that this sponge has an adaptation threshold temperature. These insights into the adaptation mechanisms of sponges contribute to better management and conservation of sponges and to the prediction of ecosystem trajectories with future climate change. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Liriomyza trifolii é uma praga invasora significativa que danifica culturas hortícolas e vegetais. A distribuição de L. trifolii é influenciada pela temperatura, e pesquisas anteriores demonstraram que as variações na adaptabilidade térmica diferem entre populações geográficas do inseto. Proteínas de choque térmico (Hsps) estão envolvidas na adaptação a temperaturas; entretanto, o mecanismo molecular subjacente para a adaptação térmica em diferentes populações de L. trifolii permanece pouco claro. Este estudo examina a adaptabilidade térmica de duas populações de L. trifolii das províncias de Hainan (HN) e Jiangsu (JS). Os resultados indicam que a população HN tem uma taxa de sobrevivência mais alta e um máximo térmico crítico (CTmax) mais elevado do que a população JS sob estresse de alta temperatura. Dados de transcriptoma a 42 °C revelaram que a população JS tem mais genes diferencialmente expressos (DEGs) do que a população HN, enquanto a população HN tem mais DEGs regulados positivamente. As duas populações foram semelhantes na anotação funcional dos DEGs, e um grande número de Hsps foi regulado positivamente. No entanto, a população HN apresentou números maiores e níveis de expressão mais elevados de Hsps durante o estresse térmico em comparação com a população JS. Adicionalmente, os padrões de expressão de Hsps diferencialmente expressos variaram entre as populações HN e JS em resposta a diferentes temperaturas elevadas. Notavelmente, os níveis de transcrição de Hsp70s foram mais altos na população HN em comparação com a população JS, enquanto o nível de expressão de genes que codificam pequenas proteínas de choque térmico foi maior na população JS. Essas descobertas têm valor científico significativo na compreensão do mecanismo subjacente da adaptação à temperatura em L. trifolii e fornecem uma nova perspectiva sobre a distribuição dessa praga invasora. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Characterization of genes encoding heat shock proteins reveals a differential response to temperature in two geographic populations of Liriomyza trifolii (Diptera: Agromyzidae): Liriomyza trifolii is a significant, invasive pest that damages horticultural crops and vegetables. The distribution of L. trifolii is influenced by temperature, and prior research has demonstrated that variations in thermal adaptability differ among geographic populations of the insect. Heat shock proteins (Hsps) are involved in adaptation to temperatures; however, the underlying molecular mechanism for thermal adaption in different L. trifolii populations remains unclear. This study examines the temperature adaptability of two L. trifolii populations from Hainan (HN) and Jiangsu (JS) provinces. The results indicate that the HN population has a higher survival rate and a higher critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>) than the JS population under high temperature stress. Transcriptome data at 42 °C revealed that the JS population has more differentially expressed genes (DEGs) than the HN population, while the HN population has more upregulated DEGs. The two populations were similar in functional annotation of DEGs, and a large number of Hsps were upregulated. However, the HN population had larger numbers and higher expression levels of Hsps during heat stress as compared to the JS population. Additionally, the expression patterns of differentially expressed Hsps varied between the HN and JS populations in response to different elevated temperatures. Notably, the transcription levels of Hsp70s were higher in the HN population as compared to the JS population, while the expression level of genes encoding small heat shock proteins was higher in the JS population. These findings have significant scientific value in understanding the underlying mechanism of temperature adaption in L. trifolii and provide a fresh perspective on the distribution of this invasive pest. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

A exposição ao estresse por calor (HS) afeta negativamente o desempenho dos suínos. Este estudo investigou se uma solução fitogênica dietética baseada em Capsicum spp. (PHY) poderia melhorar a tolerância térmica de suínos em crescimento submetidos a estresse por calor. Quarenta e dois suínos alojados individualmente foram distribuídos aleatoriamente em três tratamentos: suínos em condição termoneutra com dieta controle (TN-C) e suínos submetidos a HS alimentados com dieta controle sem (HS-C) ou com suplementação de PHY (HS-PHY). O grupo TN-C apresentou maior ganho de peso médio diário (ADG) e consumo alimentar (FI) em comparação com os grupos HS-C (p < 0,01) e HS-PHY (p < 0,05) e melhor eficiência alimentar apenas em comparação com os suínos HS-C (p < 0,01). No entanto, os suínos HS-PHY apresentaram FI (p < 0,01) e ADG (p < 0,05) significativamente maiores em comparação com os suínos HS-C. Os suínos HS exibiram temperaturas corporais (BTs) mais elevadas que os suínos TN (p < 0,01), ainda assim os suínos HS-PHY experimentaram um aumento menor na BT em comparação com os suínos HS-C (p < 0,05). A suplementação com PHY atenuou alguns efeitos do HS, aumentando a atividade de superóxido dismutase e catalase no soro, reduzindo a expressão de HSP90 no músculo longissimus dorsi e elevando a altura das vilosidades jejunais em comparação com os suínos HS-C (p < 0,05), atingindo níveis semelhantes aos dos suínos TN-C. Adicionalmente, a suplementação com PHY resultou em níveis séricos de ureia mais baixos que os suínos HS-C (p < 0,01) e expressão gênica de miosina similar aos suínos TN-C (p > 0,1), sugerindo utilização pós-absortiva aprimorada de aminoácidos para crescimento de tecido magro. Em conclusão, a suplementação dietética com PHY compensou parcialmente os efeitos adversos do HS no desempenho dos suínos ao melhorar a tolerância térmica. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

A Capsaicin-Based Phytogenic Solution Improves Performance and Thermal Tolerance of Heat-Stressed Growing Pigs: Exposure to heat stress (HS) detrimentally affects pig performance. This study explored whether a dietary phytogenic solution based on Capsicum spp. (PHY) could enhance the thermal tolerance of heat-stressed growing pigs. Forty-two individually housed pigs were randomly assigned to three treatments: thermoneutral pigs on a control diet (TN-C) and pigs subjected to HS fed the control diet either without (HS-C) or with supplemental PHY (HS-PHY). The TN-C group exhibited increased average daily gain (ADG) and feed intake (FI) compared to both HS-C (p < 0.01) and HS-PHY pigs (p < 0.05) and better feed efficiency compared to HS-C pigs only (p < 0.01). However, the HS-PHY pigs showed significantly higher FI (p < 0.01) and ADG (p < 0.05) compared to HS-C pigs. HS pigs displayed higher body temperatures (BTs) than TN pigs (p < 0.01), yet HS-PHY pigs experienced a lesser increase in BT compared to HS-C pigs (p < 0.05). Supplementation with PHY mitigated some effects of HS, increasing serum superoxide dismutase and catalase activity, reducing HSP90 expression in longissimus dorsi muscle, and elevating jejunal villus height compared to HS-C pigs (p < 0.05), reaching levels akin to TN-C pigs. Additionally, PHY supplementation resulted in lower serum urea levels than HS-C pigs (p < 0.01) and similar myosin gene expression to TN-C pigs (p > 0.1), suggesting enhanced amino acid post-absorptive utilization for lean tissue growth. In conclusion, dietary PHY supplementation partially offset the adverse effects of HS on pig performance by improving thermal tolerance. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Pensa-se que os ectotérmicos tropicais são especialmente vulneráveis às mudanças climáticas porque evoluíram em ambientes térmicos temporalmente estáveis e, portanto, têm tolerância diminuída à variabilidade térmica. Assim, espera-se que tenham faixas estreitas de tolerância térmica, vivam próximos de seus limites superiores de tolerância térmica e tenham capacidade diminuída de aclimatação térmica. Embora os modelos frequentemente prevejam que os ectotérmicos de florestas tropicais são especialmente vulneráveis a mudanças ambientais rápidas, esses modelos raramente incluem o potencial de plasticidade de características relevantes. Medimos a plasticidade fenotípica da tolerância térmica e da preferência térmica, bem como a plasticidade do transcriptoma multitecidual em resposta a temperaturas mais quentes em uma espécie que trabalhos anteriores sugeriram ser altamente vulnerável ao aquecimento climático, o lagarto anolis esbelto do Panamá (Anolis apletophallus). Descobrimos que muitos genes, incluindo proteínas de choque térmico, foram diferencialmente expressos entre os tecidos em resposta ao aquecimento de curto prazo. Sob aquecimento de longo prazo, as temperaturas máximas voluntárias dos lagartos também aumentaram, embora a preferência térmica tenha exibido apenas plasticidade limitada. Usando esses dados, modelamos mudanças no tempo de atividade dos anolis esbeltos até o final do século sob mudanças climáticas e descobrimos que a plasticidade deve atrasar os declínios no tempo de atividade por pelo menos duas décadas. Nossos resultados sugerem que os anolis esbeltos, e possivelmente outros ectotérmicos tropicais, podem alterar a expressão de genes e fenótipos ao responder a temperaturas ambientais em mudança e que a plasticidade deve ser considerada ao prever o futuro dos organismos sob um clima em mudança. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Plasticity of Gene Expression and Thermal Tolerance: Implications for Climate Change Vulnerability in a Tropical Forest Lizard: Tropical ectotherms are thought to be especially vulnerable to climate change because they have evolved in temporally stable thermal environments and therefore have decreased tolerance for thermal variability. Thus, they are expected to have narrow thermal tolerance ranges, live close to their upper thermal tolerance limits, and have decreased thermal acclimation capacity. Although models often predict that tropical forest ectotherms are especially vulnerable to rapid environmental shifts, these models rarely include the potential for plasticity of relevant traits. We measured phenotypic plasticity of thermal tolerance and thermal preference as well as multitissue transcriptome plasticity in response to warmer temperatures in a species that previous work has suggested is highly vulnerable to climate warming, the Panamanian slender anole lizard (Anolis apletophallus). We found that many genes, including heat shock proteins, were differentially expressed across tissues in response to short-term warming. Under long-term warming, the voluntary thermal maxima of lizards also increased, although thermal preference exhibited only limited plasticity. Using these data, we modeled changes in the activity time of slender anoles through the end of the century under climate change and found that plasticity should delay declines in activity time by at least two decades. Our results suggest that slender anoles, and possibly other tropical ectotherms, can alter the expression of genes and phenotypes when responding to shifting environmental temperatures and that plasticity should be considered when predicting the future of organisms under a changing climate. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tolerância térmica é um traço complexo fisiológico fundamental para a sobrevivência de muitas espécies. Por exemplo, tarefas cotidianas como forrageamento, encontrar um parceiro e evitar predação são altamente dependentes de quão bem um organismo pode tolerar temperaturas extremas. Compreender a arquitetura geral das variantes naturais dentro dos genes que controlam esse traço é de grande importância se quisermos compreender melhor a fisiologia térmica. Aqui, adotamos uma abordagem multifacetada para dissecar ainda mais a arquitetura genética que controla a tolerância térmica em populações naturais usando o Recurso de População Sintética de Drosophila como sistema modelo. Primeiro, usamos genética quantitativa e mapeamento de Locos de Características Quantitativas para identificar regiões de grande efeito dentro do genoma que influenciam a tolerância térmica, depois integramos sequenciamento de RNA para identificar diferenças na expressão gênica e, por último, usamos o sistema de RNAi para (1) alterar a expressão gênica específica de tecido e (2) validar funcionalmente nossas descobertas. Esta poderosa integração de abordagens não apenas permite a identificação da base genética da tolerância térmica, mas também a fisiologia da tolerância térmica em uma população natural, o que finalmente elucida a tolerância térmica através de uma lente associada à aptidão. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Naturally segregating genetic variants contribute to thermal tolerance in a Drosophila melanogaster model system: Thermal tolerance is a fundamental physiological complex trait for survival in many species. For example, everyday tasks such as foraging, finding a mate, and avoiding predation are highly dependent on how well an organism can tolerate extreme temperatures. Understanding the general architecture of the natural variants within the genes that control this trait is of high importance if we want to better comprehend thermal physiology. Here, we take a multipronged approach to further dissect the genetic architecture that controls thermal tolerance in natural populations using the Drosophila Synthetic Population Resource as a model system. First, we used quantitative genetics and Quantitative Trait Loci mapping to identify major effect regions within the genome that influences thermal tolerance, then integrated RNA-sequencing to identify differences in gene expression, and lastly, we used the RNAi system to (1) alter tissue-specific gene expression and (2) functionally validate our findings. This powerful integration of approaches not only allows for the identification of the genetic basis of thermal tolerance but also the physiology of thermal tolerance in a natural population, which ultimately elucidates thermal tolerance through a fitness-associated lens. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Temperatura e mineralização estão entre os fatores ambientais mais importantes que afetam todos os processos dos ecossistemas aquáticos, incluindo a distribuição geográfica de animais aquáticos. Anteriormente mostramos que uma população de água salobra de Gammarus lacustris, um anfípode amplamente distribuído, demonstra termotolerância substancialmente maior do que uma população de água doce. Uma possível razão para esta diferença é o fato de que as condições de água salobra estão mais próximas da mineralização do meio interno. Aqui objetivamos testar esta hipótese e relacionar os efeitos observados na sobrevivência animal sob choque térmico com o status dos sistemas de defesa celular. Aclimatamos quatro grupos de anfípodes da mesma população de água doce a 0,5 ‰ e 15 ‰ nas temperaturas de 6°C ou 15°C. A aclimatação a 6°C, mas não a 15°C, a 15 ‰ aumentou significativamente a resistência dos anfípodes ao choque térmico a 30°C. A 6°C as atividades de enzimas antioxidantes e os níveis dos produtos de peroxidação lipídica em G. lacustris não reagiram ao aumento na mineralização e ao choque térmico, enquanto o nível de HSP70 elevou-se duas vezes em anfípodes aclimatados à mineralização de 15 ‰ comparado aos animais aclimatados a 0,5 ‰. Assim, o aumento observado na termotolerância pode ser explicado pelo maior nível inicial de HSP70 e potencialmente outras proteínas de choque térmico causado por um nível menos demandante de energia e mais isotônico. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal tolerance of a freshwater amphipod Gammarus lacustris can be enhanced by acclimation to higher mineralization: Temperature and mineralization are among the most important environmental factors affecting all processes of aquatic ecosystems, including geographical distribution of water animals. Previously we showed that a brackish water population of Gammarus lacustris, a widespread amphipod, demonstrates substantially higher thermotolerance than a freshwater population. A possible reason for this difference is the fact that brackish water conditions are closer to internal media mineralization. Here we aimed to test this hypothesis and relate the observed effects in animal survival under the heat shock to the status of cellular defence systems. We acclimated four groups of amphipods from the same freshwater population to 0.5 ‰ and 15 ‰ at the temperatures of 6°С or 15°С. Acclimation at 6°С, but not at 15°С, to 15 ‰ significantly increased resistance of the amphipods to heat shock at 30°C. At 6°С activities of antioxidant enzymes and levels of the lipid peroxidation products in G. lacustris did not react to the increase in mineralization and the heat shock, while the level of HSP70 elevated two-fold in amphipods acclimated to mineralization of 15 ‰ compared to animals acclimated to 0.5 ‰. Thus, the observed increase in thermotolerance could be explained by the higher initial level of HSP70 and potentially other heat shock proteins caused by a less energy-demanding, more isotonic level. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Liriomyza trifolii é uma praga invasora significativa que ataca culturas hortícolas e vegetais, causando surtos em larga escala caracterizados por pronunciada termotolerância e resistência a inseticidas. Este estudo examinou o impacto da seleção de longo prazo para resistência a abamectina durante a fase larval de L. trifolii em sua dinâmica populacional e tolerância térmica. Realizamos uma comparação abrangente entre a linhagem resistente à abamectina (AB-R) e a linhagem suscetível (S), incluindo análise de tabela de vida idade-estágio e dois sexos, preferência térmica (Tpref), temperatura crítica máxima (CTmax), tempos de knockdown por calor (HKDTs), taxas de eclosão e sobrevivência, e expressão de LtHsp sob estresse térmico. Nossos resultados mostraram que, embora a seleção para resistência a abamectina tenha sido prejudicial à sobrevivência e reprodução, ela ativou mecanismos de autodefesa e ajustes adaptativos rápidos e conferiu moderada tolerância térmica, o que sugere uma natureza dupla dos efeitos de inseticidas. A linhagem AB-R exibiu preferência térmica e valores de CTmax significativamente maiores, juntamente com HKDT mais longo e sobrevivência melhorada. Além disso, houve uma regulação positiva significativa da expressão de LtHsp na linhagem AB-R em comparação com a linhagem S. Esses achados indicam que a evolução da adaptação térmica foi acompanhada pelo desenvolvimento de resistência à abamectina, enfatizando a necessidade de considerar os efeitos da temperatura ao aplicar o controle químico. Nosso estudo fornece insights valiosos sobre como a aclimatação fisiológica pode ajudar a mitigar os efeitos tóxicos de inseticidas e ilustra como os insetos respondem a múltiplas pressões ambientais. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Life Table Study of Liriomyza trifolii and Its Contribution to Thermotolerance: Responding to Long-Term Selection Pressure for Abamectin Resistance: Liriomyza trifolii is a significant invasive pest that targets horticultural and vegetable crops, causing large-scale outbreaks characterized by pronounced thermotolerance and insecticide resistance. This study examined the impact of long-term selection for abamectin resistance during the larval stage of L. trifolii on its population dynamics and thermal tolerance. We conducted a comprehensive comparison between the abamectin-resistant strain (AB-R) and the susceptible strain (S), including age-stage, two-sex life table analysis, thermal preference (T<inf>pref</inf>), critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>), heat knockdown times (HKDTs), eclosion and survival rates, and LtHsp expression under heat stress. Our results showed that while selection for abamectin resistance was detrimental to survival and reproduction, it activated self-defense mechanisms and rapid adaptive adjustments and conferred modest thermal tolerance, which suggests a dual nature of insecticide effects. The AB-R strain exhibited significantly higher thermal preference and CT<inf>max</inf> values, along with a longer HKDT and improved survival. Additionally, there was a significant upregulation of LtHsp expression in the AB-R strain compared to the S strain. These findings indicate that the evolution of thermal adaptation was accompanied by abamectin resistance development, emphasizing the necessity of considering temperature effects when applying chemical control. Our study provides valuable insights into how physiological acclimation may help mitigate the toxic effects of insecticides and illustrate how insects respond to multiple environmental pressures. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

O caranguejo-peludo-chinês (Eriocheir sinensis), um crustáceo economicamente importante que é endêmico da China, tem recentemente experimentado estresse por alta temperatura. A alta tolerância térmica de E. sinensis aponta para seu potencial em ser altamente produtivo em um contexto aquícola. No entanto, os mecanismos subjacentes à sua alta tolerância térmica permanecem desconhecidos. Neste estudo, fêmeas de E. sinensis expostas ao calor por 24 h a 38,5 °C e 33 °C foram identificadas como grupos sob estresse por alta temperatura (HS) e estresse por temperatura normal (NS), respectivamente. O hepatopâncreas de E. sinensis dos grupos HS e NS foi utilizado para análises de transcriptoma e proteômica. Um total de 2350 genes diferencialmente expressos (DEGs) regulados positivamente e 1081 regulados negativamente foram identificados entre os grupos HS e NS. Além disso, 126 proteínas diferencialmente expressas (DEPs) foram reguladas positivamente e 35 foram reguladas negativamente nos dois grupos. Uma análise integrada mostrou que 2641 genes identificados foram correlacionados com suas proteínas correspondentes, incluindo 25 genes que foram significativamente diferencialmente expressos entre os dois níveis ômicos. Dez termos de Ontologia Gênica foram enriquecidos nos DEGs e DEPs. Uma análise funcional revelou três vias comuns que foram significativamente enriquecidas tanto em DEGs quanto em DEPs: estresse de cisalhamento do fluido e aterosclerose, migração transendotelial de leucócitos e síntese de hormônio tireoidiano. Uma análise adicional das vias comuns mostrou que MGST1, Act5C, HSP90AB1 e mys foram genes sobrepostos nos níveis de transcriptoma e proteoma. Estes resultados demonstram as diferenças entre os grupos HS e NS nos dois níveis ômicos e serão úteis para esclarecer os mecanismos subjacentes à tolerância térmica de E. sinensis. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Integrative Analysis of Hepatopancreas Transcriptome and Proteome in Female Eriocheir sinensis under Thermal Stress: The Chinese mitten crab (Eriocheir sinensis), an economically important crustacean that is endemic to China, has recently experienced high-temperature stress. The high thermal tolerance of E. sinensis points to its promise in being highly productive in an aquacultural context. However, the mechanisms underlying its high thermal tolerance remain unknown. In this study, female E. sinensis that were heat exposed for 24 h at 38.5 °C and 33 °C were identified as high-temperature-stressed (HS) and normal-temperature-stressed (NS) groups, respectively. The hepatopancreas of E. sinensis from the HS and NS groups were used for transcriptome and proteomic analyses. A total of 2350 upregulated and 1081 downregulated differentially expressed genes (DEGs) were identified between the HS and NS groups. In addition, 126 differentially expressed proteins (DEPs) were upregulated and 35 were downregulated in the two groups. An integrated analysis showed that 2641 identified genes were correlated with their corresponding proteins, including 25 genes that were significantly differentially expressed between the two omics levels. Ten Gene Ontology terms were enriched in the DEGs and DEPs. A functional analysis revealed three common pathways that were significantly enriched in both DEGs and DEPs: fluid shear stress and atherosclerosis, leukocyte transendothelial migration, and thyroid hormone synthesis. Further analysis of the common pathways showed that MGST1, Act5C, HSP90AB1, and mys were overlapping genes at the transcriptome and proteome levels. These results demonstrate the differences between the HS and NS groups at the two omics levels and will be helpful in clarifying the mechanisms underlying the thermal tolerance of E. sinensis. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

A disrupção da barreira endotelial desempenha um papel fundamental na fisiopatologia do golpe de calor (HS). A eliminação de DNAJA1 (DNAJA1-KO) é considerada protetora contra HS com base em um experimento de triagem genômica CRISPR-Cas9. O presente estudo teve como objetivo ilustrar a função de DNAJA1-KO contra HS em células endoteliais de veia umbilical humana. Células DNAJA1-KO foram infectadas usando lentivírus para investigar o papel de DNAJA1-KO na disrupção da barreira endotelial induzida por HS. Demonstrou-se que DNAJA1-KO poderia melhorar a diminuição da viabilidade celular e o aumento do dano celular, de acordo com os resultados dos ensaios Cell Counting Kit-8 e lactato desidrogenase. Além disso, a apoptose de células endoteliais induzida por HS foi inibida por DNAJA1-KO, conforme indicado pela coloração Annexina V-FITC/PI e expressão de caspase-3 clivada usando citometria de fluxo e western blotting, respectivamente. Ademais, a função da barreira endotelial, medida pela resistência elétrica transepitelial e FITC-Dextran, foi mantida durante HS. Não foi encontrado efeito significativo de DNAJA1-KO na expressão e distribuição de proteínas de junção celular sob condições normais sem HS. No entanto, DNAJA1-KO poderia proteger efetivamente a diminuição induzida por HS na expressão e distribuição de proteínas de junção celular, incluindo zonula occludens-1, claudina-5, molécula de adesão juncional A e ocludina. Um total de 4.394 proteínas foram identificadas usando análise proteômica, das quais 102 proteínas diferencialmente expressas (DEPs) foram ativadas em células do tipo selvagem induzidas por HS e inibidas por DNAJA1-KO. DEPs foram investigadas por análise de enriquecimento, que demonstrou enriquecimento significativo na 'via de sinalização do cálcio' e associações com a regulação da barreira vascular. Além disso, a 'via de sinalização da quinase da cadeia leve de miosina (MLCK)-MLC' foi comprovada como ativada por HS e inibida por DNAJA1-KO, conforme esperado. Ademais, camundongos DNAJA1-KO e um modelo de camundongo com HS foram estabelecidos para demonstrar os efeitos protetores na barreira endotelial in vivo. Em conclusão, os resultados do presente estudo sugeriram que DNAJA1-KO atenua a disrupção da barreira endotelial induzida por HS através da melhoria da tolerância térmica e supressão da via de sinalização MLCK-MLC. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

DNAJA1‑knockout alleviates heat stroke‑induced endothelial barrier disruption via improving thermal tolerance and suppressing the MLCK‑MLC signaling pathway: Endothelial barrier disruption plays a key role in the pathophysiology of heat stroke (HS). Knockout of DNAJA1 (DNAJA1‑KO) is thought to be protective against HS based on a genome‑wide CRISPR‑Cas9 screen experiment. The present study aimed to illustrate the function of DNAJA1‑KO against HS in human umbilical vein endothelial cells. DNAJA1‑KO cells were infected using a lentivirus to investigate the role of DNAJA1‑KO in HS‑induced endothelial barrier disruption. It was shown that DNAJA1‑KO could ameliorate decreased cell viability and increased cell injury, according to the results of Cell Counting Kit‑8 and lactate dehydrogenase assays. Moreover, HS‑induced endothelial cell apoptosis was inhib‑ ited by DNAJA1‑KO, as indicated by Annexin V‑FITC/PI staining and cleaved‑caspase‑3 expression using flow cytom‑ etry and western blotting, respectively. Furthermore, the endothelial barrier function, as measured by transepithelial electrical resistance and FITC‑Dextran, was sustained during HS. DNAJA1‑KO was not found to have a significant effect on the expression and distribution of cell junction proteins under normal conditions without HS. However, DNAJA1‑KO could effectively protect the HS‑induced decrease in the expression and distribution of cell junction proteins, including zonula occludens‑1, claudin‑5, junctional adhesion molecule A and occludin. A total of 4,394 proteins were identified using proteomic analysis, of which 102 differentially expressed proteins (DEPs) were activated in HS‑induced wild‑type cells and inhibited by DNAJA1‑KO. DEPs were investigated by enrichment analysis, which demonstrated significant enrich‑ ment in the ‘calcium signaling pathway’ and associations with vascular‑barrier regulation. Furthermore, the ‘myosin light‑chain kinase (MLCK)‑MLC signaling pathway’ was proven to be activated by HS and inhibited by DNAJA1‑KO, as expected. Moreover, DNAJA1‑KO mice and a HS mouse model were established to demonstrate the protective effects on endothelial barrier in vivo. In conclusion, the results of the present study suggested that DNAJA1‑KO alleviates HS‑induced endothelial barrier disruption by improving thermal tolerance and suppressing the MLCK‑MLC signaling pathway. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Afetado pelo aumento contínuo da temperatura, o estresse térmico leva a uma taxa de crescimento desvinculada e resistência ao estresse em achigãs (Micropterus salmoides, LMB) cultivados na China. A identificação de LMB com melhor resistência térmica beneficiará o melhoramento de novas variedades. No entanto, tem havido relatos limitados sobre a avaliação para identificar LMB com melhor resistência térmica. O LMB consiste no LMB do norte (Micropterus salmoides salmoides, NLMB) e no LMB da Flórida (Micropterus salmoides floridanus, FLMB). Devido às suas diferentes distribuições geográficas, sugere-se que o FLMB exibe melhor resistência térmica em comparação com o NLMB. Neste estudo, NLMB e FLMB foram submetidos a estresse térmico por 3 h (agudo) e 60 d (crônico) a 33 °C, respectivamente. Posteriormente, as variações de 12 biomarcadores candidatos entre NLMB e FLMB foram analisadas. A exposição ao estresse térmico agudo aumentou significativamente os níveis de cortisol plasmático, glicose sanguínea e lactato; atividades de superóxido dismutase (SOD), glutationa peroxidase (GPX), catalase (CAT), glicoquinase (GK), piruvato quinase (PK), lactato desidrogenase (LDH) e glicose 6 fosfatase (G6Pase); e as expressões de hsp70 e hsp90 em ambos NLMB e FLMB (p < 0,05). Comparado ao NLMB, o FLMB exibiu um nível mais baixo de cortisol plasmático e uma expressão mais alta de hsp90 sob estresse térmico agudo (p < 0,05). A exposição ao estresse térmico crônico aumentou significativamente os níveis de cortisol plasmático e glicose sanguínea, bem como as atividades de GK, PK, LDH e G6Pase, além das expressões de hsp70 e hsp90 em ambos NLMB e FLMB (p < 0,05). Além disso, o FLMB mostrou uma expressão mais baixa de hsp70 em comparação ao NLMB (p < 0,05). Em conclusão, nossos resultados mostraram que LMB com nível mais baixo de cortisol plasmático e expressão mais alta de hsp90 sob estresse térmico agudo, bem como expressão mais baixa de hsp70 sob estresse térmico crônico foram sugeridos como tendo melhor resistência térmica. Nosso estudo fornece informações valiosas para identificar e criar variedades de LMB com melhor resistência térmica no futuro. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Screening and Identification of the Biomarkers Applied for the Evaluation of Acute and Chronic Thermal Tolerance Ability in Largemouth Bass (Micropterus salmoides): Affected by the continuously rising temperature, thermal stress leads to a delinked growth rate and resistance to stress in cultured largemouth bass (Micropterus salmoides, LMB) in China. Identification of LMB with better thermal resistance will benefit the breeding of new varieties. However, there has been limited reporting on the evaluation to identify LMB with better thermal resistance. LMB consists of the northern LMB (Micropterus salmoides salmoides, NLMB) and the Florida LMB (Micropterus salmoides floridanus, FLMB). Due to their different geographical distributions, it has been suggested that FLMB exhibit better thermal resistance compared to NLMB. In this study, NLMB and FLMB were subjected to thermal stress for 3 h (acute) and 60 d (chronic) at 33 °C, respectively. Subsequently, the variations of 12 candidate biomarkers between NLMB and FLMB were analyzed. Exposure to acute thermal stress significantly increased plasma cortisol, blood glucose, and lactate levels; activities of superoxide dismutase (SOD), glutathione peroxidase (GPX), catalase (CAT), glucose kinase (GK), pyruvate kinase (PK), lactate dehydrogenase (LDH), and glucose 6 phosphatase (G6Pase); and the expressions of hsp70 and hsp90 in both NLMB and FLMB (p < 0.05). Compared to NLMB, FLMB exhibited a lower plasma cortisol level and a higher expression of hsp90 under acute thermal stress (p < 0.05). Exposure to chronic thermal stress significantly increased plasma cortisol and blood glucose levels, as well as activities of GK, PK, LDH, and G6Pase, as well as expressions of hsp70 and hsp90 in both NLMB and FLMB (p < 0.05). Additionally, FLMB showed a lower expression of hsp70 compared to NLMB (p < 0.05). In conclusion, our results showed that LMB with lower plasma cortisol level and higher expression of hsp90 under acute thermal stress, as well as lower expression of hsp70 under chronic thermal stress were suggested to have better thermal resistance. Our study provides valuable information for identifying and breeding LMB varieties with better thermal resistance in the future. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aquecimento global tem efeitos profundos nas condições de vida e no metabolismo dos organismos, incluindo peixes. A taxa metabólica dos peixes aumenta à medida que a temperatura aumenta dentro de sua faixa de tolerância térmica. Mudanças de temperatura podem desencadear uma série de reações fisiológicas, incluindo a ativação do eixo de estresse e a produção de HSPs. Sob condições de estresse, as HSPs desempenham um papel crucial nos sistemas antioxidantes, respostas imunes e ativação enzimática. Este estudo examinou os efeitos de produtos de choque térmico (HSPs) em peixes sob estresse térmico. Vários indutores de HSP (HSPis), incluindo Pro-Tex®, amigdalina e novos compostos sintéticos derivados de pirano piranazol (SZ, MZ, HN-P1 e HN-P2), foram avaliados em células isoladas de esturjão sterlet (Acipenser ruthenus) tratadas com mudanças de temperatura (18, 22 e 26 °C). Células do fígado, rim e brânquias foram cultivadas in vitro na presença e ausência de estresse térmico e tratadas com compostos HSPi. Para avaliar os padrões de expressão de HSP27, HSP70 e HSP90, foi utilizado Western blotting. Os tratamentos com HSPis e HSPi + estresse térmico afetaram a capacidade antioxidante e parâmetros imunes, entre outras atividades enzimáticas. Os resultados mostraram que os compostos HSPi aumentam a sobrevivência celular in vitro, modulam positivamente a expressão de HSP e os níveis antioxidantes, e diminuem os parâmetros imunes. HSPi pode aumentar a tolerância de A. ruthenus ao estresse térmico. Além disso, os resultados indicam que esses compostos podem reverter efeitos adversos da temperatura. Mais pesquisas são necessárias para determinar como esses fatores ecológicos afetam a saúde das espécies de peixes in vivo e em combinação com outros estressores. Resumo gráfico: (Figura apresentada). © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of HSP inducers on the gene expression of Heat Shock Proteins (HSPs) in cells extracted from sterlet sturgeon under temperature stress with antioxidant and immunity responses: Global warming has profound effects on the living conditions and metabolism of organisms, including fish. The metabolic rate of fish increases as the temperature increases within its thermal tolerance range. Temperature changes can trigger a range of physiological reactions, including the activation of the stress axis and the production of HSPs. Under stress conditions, HSPs play a crucial role in antioxidant systems, immune responses, and enzyme activation. This study examined the effects of heat shock products (HSPs) on fish under temperature stress. Various HSP inducers (HSPis), including Pro-Tex®, amygdalin, and novel synthetic compounds derived from pirano piranazole (SZ, MZ, HN-P1, and HN-P2), were evaluated in isolated cells of sterlet sturgeon (Acipenser ruthenus) treated with temperature changes (18, 22, and 26 °C). Cells from the liver, kidney, and gills were cultured in vitro in the presence and absence of temperature stress and treated with HSPi compounds. To assess HSP27, HSP70, and HSP90 expression patterns, Western blotting was used. The HSPis and HSPi + temperature stress treatments affected the antioxidant capacity and immune parameters, among other enzyme activities. The results showed that HSPi compounds increase cell survival in vitro, positively modulate HSP expression and antioxidant levels, and decrease immune parameters. HSPi can increase A. ruthenus tolerance to temperature stress. In addition, the results indicate that these compounds can reverse adverse temperature effects. Further research is needed to determine how these ecological factors affect fish species' health in vivo and in combination with other stressors. Graphical abstract: (Figure presented.). © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

A vieira é uma espécie euritérmica com alto valor econômico e atualmente representa a espécie de bivalve mais cultivada na China. Duas subespécies da vieira, a subespécie norte Argopecten irradians irradians população coreana (KK) e a subespécie sul Argopecten irradians concentricus (MM), exibiram adaptações distintas ao estresse térmico. No entanto, o mecanismo molecular de resistência ao calor das duas subespécies permanece pouco claro. Neste estudo, comparamos as respostas transcricionais das duas subespécies ao estresse térmico e identificamos os genes diferencialmente expressos (DEGs) e vias envolvidas. Mais DEGs foram encontrados na KK do que na MM quando expostas a altas temperaturas, indicando maior sensibilidade ao estresse térmico na KK. A análise de enriquecimento sugere que as vieiras KK podem responder ao estresse térmico mais rapidamente através da regulação da atividade de GTPase. Enquanto isso, as vieiras MM exibiram maior resistência ao estresse térmico principalmente pela ativação eficaz de seu sistema antioxidante. Proteínas chaperonas podem desempenhar papéis diferentes nas respostas ao estresse térmico nas duas subespécies. Em ambas as subespécies, os níveis de expressão de antioxidantes como GST aumentaram significativamente; o processo de glicólise regulado por PC e PCK1 foi bastante intensificado; e tanto os sistemas apoptóticos quanto anti-apoptóticos foram significativamente ativados. As vias relacionadas à tradução e hidrólise de proteínas, atividade de oxidoredutase, metabolismo de ácidos orgânicos e apoptose celular também podem desempenhar papéis fundamentais nas respostas ao estresse térmico. Os resultados deste estudo podem fornecer uma base teórica para o melhoramento assistido por marcadores de linhagens resistentes ao calor. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Transcriptomic profiling of the thermal tolerance in two subspecies of the bay scallop Argopecten irradians: The bay scallop is a eurythermal species with high economic value and now represents the most cultured bivalve species in China. Two subspecies of the bay scallop, the northern subspecies Argopecten irradians irradians Korean population (KK) and the southern subspecies Argopecten irradians concentricus (MM), exhibited distinct adaptations to heat stress. However, the molecular mechanism of heat resistance of the two subspecies remains unclear. In this study, we compared the transcriptomic responses of the two subspecies to heat stress and identified the involved differentially expressed genes (DEGs) and pathways. More DEGs were found in the KK than in the MM when exposed to high temperatures, indicating elevated sensitivity to thermal stress in the KK. Enrichment analysis suggests that KK scallops may respond to heat stress more swiftly by regulating GTPase activity. Meanwhile, MM scallops exhibited higher resistance to heat stress mainly by effective activation of their antioxidant system. Chaperone proteins may play different roles in responses to heat stress in the two subspecies. In both subspecies, the expression levels of antioxidants such as GST were significantly increased; the glycolysis process regulated by PC and PCK1 was greatly intensified; and both apoptotic and anti-apoptotic systems were significantly activated. The pathways related to protein translation and hydrolysis, oxidoreductase activity, organic acid metabolism, and cell apoptosis may also play pivotal roles in the responses to heat stress. The results of this study may provide a theoretical basis for marker-assisted breeding of heat-resistant strains. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Recentemente, o aumento das temperaturas da água do mar tem causado diversos efeitos adversos, incluindo mortalidade significativa entre bivalves. O molusco Mulinia lateralis é considerado uma espécie modelo valiosa para pesquisas com bivalves devido ao seu crescimento rápido e tempo de geração curto. O cultivo bem-sucedido em ambiente laboratorial durante todo seu ciclo de vida o torna um candidato ideal para explorar os mecanismos potenciais subjacentes às respostas dos bivalves ao estresse térmico. Neste estudo, um total de 600 moluscos foi submetido a um experimento de estresse térmico de 17 dias a uma temperatura de 30 °C, que é a temperatura semi-letal para esta espécie. Noventa indivíduos que pereceram inicialmente foram classificados como população sensível ao calor (HSP), enquanto 89 indivíduos que sobreviveram ao experimento foram classificados como população tolerante ao calor (HTP). Subsequentemente, 179 indivíduos foram sequenciados e 21.292 polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs) foram genotipados para análise posterior. A estimativa de herdabilidade para o status de sobrevivência foi de 0,375 ± 0,127, sugerindo uma base genética para a característica de tolerância térmica. Além disso, um estudo de associação genômica ampla (GWAS) identificou três SNPs e 10 genes candidatos associados à característica de tolerância térmica em M. lateralis. Estes genes candidatos estavam envolvidos na via de sinalização ETHR/EHF e desempenharam papel fundamental na sensação de sinal, adesão celular, estresse oxidativo, reparo de danos ao DNA, etc. Adicionalmente, resultados de qPCR indicaram que, excluindo os genes MGAT4A, ZAN e RFC1, todos os demais exibiram expressão significativamente maior no HTP (p < 0,05), destacando o envolvimento crítico da via de sinalização ETHR/EHF na tolerância térmica de M. lateralis. Estes resultados revelam a presença de variações genéticas existentes associadas à tolerância térmica em M. lateralis, destacando o papel regulador da via de sinalização ETHR/EHF na resposta do bivalve ao estresse térmico, o que contribui para a compreensão da base genética da tolerância térmica em bivalves. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Genome-wide association analysis reveals the genetic basis of thermal tolerance in dwarf surf clam Mulinia lateralis: Recently, elevated seawater temperatures have resulted numerous adverse effects, including significant mortality among bivalves. The dwarf surf clam, Mulinia lateralis, is considered a valuable model species for bivalve research due to its rapid growth and short generation time. The successful cultivation in laboratory setting throughout its entire life cycle makes it an ideal candidate for exploring the potential mechanisms underlying bivalve responses to thermal stress. In this study, a total of 600 clams were subjected to a 17-day thermal stress experiment at a temperature of 30 °C which is the semi-lethal temperature for this species. Ninety individuals who perished initially were classified as heat-sensitive populations (HSP), while 89 individuals who survived the experiment were classified as heat-tolerant populations (HTP). Subsequently, 179 individuals were then sequenced, and 21,292 single nucleotide polymorphisms (SNPs) were genotyped for downstream analysis. The heritability estimate for survival status was found to be 0.375 ± 0.127 suggesting a genetic basis for thermal tolerance trait. Furthermore, a genome-wide association study (GWAS) identified three SNPs and 10 candidate genes associated with thermal tolerance trait in M. lateralis. These candidate genes were involved in the ETHR/EHF signaling pathway and played pivotal role in signal sensory, cell adhesion, oxidative stress, DNA damage repair, etc. Additionally, qPCR results indicated that, excluding MGAT4A, ZAN, and RFC1 genes, all others exhibited significantly higher expression in the HTP (p < 0.05), underscoring the critical involvement of the ETHR/EHF signaling pathway in M. lateralis' thermal tolerance. These results unveil the presence of standing genetic variations associated with thermal tolerance in M. lateralis, highlighting the regulatory role of the ETHR/EHF signaling pathway in the bivalve's response to thermal stress, which contribute to comprehension of the genetic basis of thermal tolerance in bivalves. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

A criação de gado é um negócio lucrativo que opera globalmente, mas enfrenta muitos obstáculos, como o estresse térmico, que resulta em perdas monetárias substanciais. Um papel vital das proteínas de choque térmico (HSPs) é proteger as células de danos celulares. HSP90 é um gene altamente prevalente e extremamente adaptável ligado à resiliência fisiológica no estresse térmico. Este estudo teve como objetivo encontrar polimorfismos genéticos do gene HSP90AA1 em gado Karan Fries e explorar sua relação com a tolerância térmica e características produtivas. Um SNP (g.3292 A > C) foi encontrado no íntron 8 e três loci SNPs (g.4776 A > G, g.5218T > C e g.5224 A > C) foram encontrados no éxon 11 de 100 vacas Karan Fries multíparas. O estudo de associação demonstrou que o SNP1-g.3292 A > C estava significativamente (P < 0,01) ligado às variáveis frequência respiratória (RR), coeficiente de tolerância ao calor (HTC) e produção total de leite (TMY (kg)). Não foi identificada correlação significativa entre qualquer um dos outros locais SNP (SNP2-g.4776 A > G; SNP3-g.5218T > C; SNP4-g.5224 A > C) com os atributos de tolerância ao calor e produção no gado Karan Fries. Os programas Haploview 4.2 e SHEsis foram utilizados para analisar o desequilíbrio de ligação pareado e construir haplótipos para HSP90AA1. Estudos de associação indicaram que o Hap3 (CATA) foi benéfico para o melhoramento da tolerância ao calor no gado Karan Fries. Em conclusão, polimorfismos genéticos e haplótipos no HSP90AA1 foram associados a atributos de resistência térmica. Esta relação pode ser utilizada como um SNP benéfico ou marcador Hap para seleção genética de resistência ao calor em plataformas de criação de gado. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Association analysis of HSP90AA1 polymorphism with thermotolerance in tropically adapted Indian crossbred cattle: Raising cattle is a lucrative business that operates globally but is confronted by many obstacles, such as thermal stress, which results in substantial monetary losses. A vital role of heat shock proteins (HSPs) is to protect cells from cellular damage. HSP90 is a highly prevalent, extremely adaptable gene linked to physiological resilience in thermal stress. This study aimed to find genetic polymorphisms of the HSP90AA1 gene in Karan Fries cattle and explore their relationship to thermal tolerance and production traits. One SNP (g.3292 A > C) was found in the Intron 8 and three SNPs loci (g.4776 A > G, g.5218T > C and g.5224 A > C) were found in the exon 11 of 100 multiparous Karan Fries cattle. The association study demonstrated that the SNP1-g.3292 A > C was significantly (P < 0.01) linked to the variables respiratory rate (RR), heat tolerance coefficient (HTC) and total milk yield (TMY (kg)) attributes. There was no significant correlation identified between any of the other SNP sites (SNP2-g.4776 A > G; SNP3-g.5218T > C; SNP4-g.5224 A > C) with the heat tolerance and production attributes in Karan Fries cattle. Haploview 4.2 and SHEsis software programs were used to analyse pair linkage disequilibrium and construct haplotypes for HSP90AA1. Association studies indicated that the Hap3 (CATA) was beneficial for heat tolerance breeding in Karan Fries cattle. In conclusion, genetic polymorphisms and haplotypes in the HSP90AA1 were associated with thermal endurance attributes. This relationship can be utilized as a beneficial SNP or Hap marker for genetic heat resistance selection in cow breeding platforms. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

O estresse térmico ameaça seriamente a sobrevivência e saúde dos peixes, demandando atenção imediata. A teprenona é um agente protetor da mucosa gástrica que pode induzir a expressão de proteínas de choque térmico. Esta pesquisa investigou os efeitos da teprenona em achigãs (Micropterus salmoides) submetidos a estresse térmico. Peixes juvenis foram distribuídos em diferentes grupos: grupo C (grupo controle, 0 mg de teprenona/kg de dieta), T₀, T₂₀₀, T₄₀₀ e T₈₀₀ (0, 200, 400 e 800 mg de teprenona/kg de dieta, respectivamente), que foram alimentados por 3 dias, seguidos por um dia sem a dieta. Todos os grupos, exceto o grupo C, foram submetidos a estresse térmico agudo (de 24 °C a 35 °C a 1 °C por hora e depois mantidos a 35 °C por 3 h). Os resultados foram os seguintes: As temperaturas máximas críticas foram significativamente maiores nos grupos T₂₀₀, T₄₀₀ e T₈₀₀ em comparação com o grupo T₀ (P < 0,05). O estresse térmico causou danos severos à morfologia tecidual do fígado, enquanto a teprenona reduziu significativamente este dano (P < 0,05). A concentração de cortisol sérico diminuiu gradualmente à medida que a concentração de teprenona aumentou, e a menor concentração foi observada no grupo T₈₀₀ (P < 0,05). Comparado com o grupo T₀, as atividades séricas de aspartato aminotransferase, alanina aminotransferase e gama-glutamil transferase foram significativamente menores nos grupos T₂₀₀, T₄₀₀ e T₈₀₀ (P < 0,05). As atividades hepáticas de catalase, superóxido dismutase total e peroxidase foram significativamente maiores no grupo T₂₀₀ do que no grupo T₀ (P < 0,05). Os níveis de transcrição das proteínas de choque térmico (hsp90, hsp70, hspa5 e hsf1) e da família caspase (caspase3 e caspase9) no fígado do grupo T₂₀₀ foram significativamente maiores do que os do grupo T₀ (P < 0,05). Resultados de Western blot mostraram que HSP70 e HSPA5 no fígado foram significativamente superexpressas no grupo T₂₀₀ em comparação com o grupo T₀ (P < 0,05). Em resumo, a teprenona dietética melhorou a tolerância térmica, aliviou danos por estresse térmico no fígado, aumentou a capacidade antioxidante e regulou positivamente as proteínas de choque térmico em juvenis de achigã. Este estudo oferece suporte teórico para a aplicação de teprenona na aquicultura para reduzir perdas financeiras causadas por fatores abióticos. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Short-term dietary teprenone improved thermal tolerance and mitigated liver damage caused by heat stress in juvenile largemouth bass (Micropterus salmoides): Heat stress seriously threatens fish survival and health, demanding immediate attention. Teprenone is a gastric mucosal protective agent that can induce heat shock protein expression. This research investigated the effects of teprenone on largemouth bass (Micropterus salmoides) subjected to heat stress. Juvenile fish were assigned to different groups: group C (control group, 0 mg teprenone/kg diet), T<inf>0</inf>, T<inf>200</inf>, T<inf>400</inf>, and T<inf>800</inf> (0, 200, 400, and 800 mg teprenone/kg diet, respectively), which were fed for 3 days, followed by a day without the diet. All groups except group C were subjected to acute heat stress (from 24 °C to 35 °C at 1 °C per hour and then maintained at 35 °C for 3 h). The results were as follows: The critical thermal maxima were significantly higher in the T<inf>200</inf>, T<inf>400</inf>, and T<inf>800</inf> groups compared with the T<inf>0</inf> group (P < 0.05). Heat stress caused severe damage to the tissue morphology of the liver, while teprenone significantly reduced this injury (P < 0.05). Serum cortisol concentration decreased gradually as teprenone concentration increased, and the lowest concentration was observed in the T<inf>800</inf> group (P < 0.05). Compared with the T<inf>0</inf> group, the serum activities of aspartate aminotransferase, alanine aminotransferase, and gamma-glutamyl transferase were significantly lower in the T<inf>200</inf>, T<inf>400</inf>, and T<inf>800</inf> groups (P < 0.05). The liver activities of catalase, total superoxide dismutase, and peroxidase were significantly higher in the T<inf>200</inf> group than in the T<inf>0</inf> group (P < 0.05). Transcript levels of the heat shock proteins (hsp90, hsp70, hspa5, and hsf1) and caspase family (caspase3 and caspase9) in the liver of the T<inf>200</inf> group were significantly higher than those of the T<inf>0</inf> group (P < 0.05). Western blot results showed that HSP70 and HSPA5 in the liver were significantly upregulated in the T<inf>200</inf> group compared with the T<inf>0</inf> group (P < 0.05). In summary, dietary teprenone improved thermal tolerance, alleviated heat stress damage in the liver, enhanced antioxidant capacity, and upregulated heat shock proteins in juvenile largemouth bass. This study offers theoretical support for applying teprenone in aquaculture to reduce financial losses caused by abiotic factors. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

As interações entre microalgas fotossintéticas e bactérias impactam a fisiologia de ambos os parceiros, o que influencia a aptidão e as trajetórias ecológicas de cada parceiro de maneira dependente do contexto ambiental. A tolerância térmica de Chlamydomonas reinhardtii pode ser aprimorada através de uma interação mutualística com Sinorhizobium meliloti produtor de vitamina B12 (cobalamina). Aqui, utilizamos proteômica quantitativa sem marcação para revelar as redes metabólicas alteradas pela interação em temperaturas normais e elevadas. Criamos um cenário onde o crescimento de Sinorhizobium requer carbono fornecido por Chlamydomonas para crescimento em co-cultivos, e a sobrevivência de Chlamydomonas sob altas temperaturas depende de cobalamina e possivelmente outros metabólitos produzidos por Sinorhizobium. A análise de abundância diferencial identificou proteínas produzidas por cada parceiro em co-cultivos em comparação com monocultivos em cada temperatura. Proteínas envolvidas na produção de cobalamina por Sinorhizobium aumentaram na presença de Chlamydomonas sob temperaturas elevadas, enquanto em Chlamydomonas houve um aumento na metionina sintase dependente de cobalamina e certas proteínas associadas com reações de metilação. A co-cultivação e o estresse térmico modularam fortemente o metabolismo central de ambos os parceiros, bem como vários transportadores que poderiam facilitar a cross-utilização de nutrientes. A co-cultivação modulou a expressão de vários componentes de sistemas de transdução de sinal de dois ou um componente, ativadores/reguladores transcricionais ou fatores sigma, sugerindo que redes regulatórias complexas modulam a interação de maneira dependente da temperatura. Notavelmente, proteínas de resposta ao calor e ao estresse geral e antioxidantes foram reguladas positivamente em co-cultivos, sugerindo que a interação é intrinsecamente estressante para cada parceiro, apesar dos benefícios do mutualismo. Nossos resultados lançam luz sobre as compensações metabólicas necessárias para o mutualismo e como as redes metabólicas são moduladas pela temperatura elevada. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Quantitative proteomics insights into Chlamydomonas reinhardtii thermal tolerance enhancement by a mutualistic interaction with Sinorhizobium meliloti: Interactions between photosynthetic microalgae and bacteria impact the physiology of both partners, which influence the fitness and ecological trajectories of each partner in an environmental context-dependent manner. Thermal tolerance of Chlamydomonas reinhardtii can be enhanced through a mutualistic interaction with vitamin B12 (cobalamin)-producing Sinorhizobium meliloti. Here, we used label-free quantitative proteomics to reveal the metabolic networks altered by the interaction under normal and high temperatures. We created a scenario where the growth of Sinorhizobium requires carbon provided by Chlamydomonas for growth in co-cultures, and survival of Chlamydomonas under high temperatures relies on cobalamin and possibly other metabolites produced by Sinorhizobium. Differential abundance analysis identified proteins produced by each partner in co-cultures compared to mono-cultures at each temperature. Proteins involved in cobalamin production by Sinorhizobium increased in the presence of Chlamydomonas under elevated temperatures, whereas in Chlamydomonas, there was an increase in cobalamin-dependent methionine synthase and certain proteins associated with methylation reactions. Co-cultivation and heat stress strongly modulated the central metabolism of both partners as well as various transporters that could facilitate nutrient cross-utilization. Co-cultivation modulated expression of various components of two- or one-component signal transduction systems, transcriptional activators/regulators, or sigma factors, suggesting complex regulatory networks modulate the interaction in a temperature-dependent manner. Notably, heat and general stress-response and antioxidant proteins were upregulated in co-cultures, suggesting that the interaction is inherently stressful to each partner despite the benefits of mutualism. Our results shed insight into the metabolic tradeoffs required for mutualism and how metabolic networks are modulated by elevated temperature. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

A injeção de efluentes aquecidos, aportes de água hipolimnética fria de barragens e eventos climáticos extremos podem levar a flutuações de temperatura imprevisíveis em águas naturais, impactando o desempenho e adaptabilidade dos peixes. Nossa hipótese foi que peixes expostos a tais flutuações imprevisíveis exibiriam crescimento reduzido e tolerância térmica aumentada em comparação com condições previsíveis. Qingbo (Spinibarbus sinensis) foi selecionado como sujeito experimental neste estudo. Os qingbos foram divididos em um grupo de temperatura constante (C, 22 ± 0,5 °C), um grupo de flutuação de temperatura previsível (PF, 22 ± 4 °C, primeiro aquecimento, depois resfriamento dentro de um dia) e um grupo de flutuação de temperatura imprevisível (UF, 22 ± 4 °C, a ordem de aquecimento ou resfriamento é aleatória). Após 40 dias de aclimatação térmica, foram medidos o crescimento, taxa metabólica, atividade espontânea, tolerância térmica, concentração de cortisol plasmático e nível hepático de hsp70 dos peixes. Inesperadamente, nem o grupo PF nem o grupo UF mostraram crescimento reduzido em comparação com o grupo C. Isto pode ser atribuído ao fato de que a variação de temperatura não levou a um aumento substancial no gasto energético básico. Além disso, as taxas de alimentação aumentaram devido às flutuações de temperatura, embora a diferença não tenha sido significativa. Ambos os grupos PF e UF exibiram tolerância térmica superior aumentada, mas apenas o grupo UF exibiu tolerância térmica inferior melhorada e níveis hepáticos de hsp70 mais elevados em comparação com o grupo C. Os qingbos que experimentaram flutuações de temperatura imprevisíveis tiveram a melhor tolerância térmica entre os 3 grupos, o que pode ter ocorrido porque eles tinham o maior nível de expressão de hsp70. Isto pode proteger os peixes contra as potenciais consequências letais de temperaturas extremas no futuro. Estes achados sugeriram que o qingbo exibiu excelente adaptabilidade a flutuações de temperatura previsíveis e imprevisíveis, o que pode estar associado a flutuações frequentes de temperatura em seu habitat natural. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The effects of the predictability of acclimatory temperature on the growth and thermal tolerance of juvenile Spinibarbus sinensis: Heated effluent injection, cold hypolimnetic water inputs from dams, and extreme weather events can lead to unpredictable temperature fluctuations in natural waters, impacting fish performance and fitness. We hypothesized that fish exposed to such unpredictable fluctuations would exhibit weaker growth and enhanced thermal tolerance compared to predictable conditions. Qingbo (Spinibarbus sinensis) was selected as the experimental subject in this study. The qingbo were divided into a constant temperature group (C, 22 ± 0.5 °C), a predictable temperature fluctuation group (PF, 22 ± 4 °C, first warming, then cooling within a day) and an unpredictable temperature fluctuation group (UF, 22 ± 4 °C, the order of warming or cooling is random). After 40 days of temperature acclimation, the growth, metabolic rate, spontaneous activity, thermal tolerance, plasma cortisol concentration and liver hsp70 level of the fish were measured. Unexpectedly, neither the PF nor the UF group showed decreased growth compared to the C group. This could be attributed to the fact that temperature variation did not lead to a substantial increase in basic energy expenditure. Furthermore, feeding rates increased due to temperature fluctuations, although the difference was not significant. Both the PF and UF groups exhibited increased upper thermal tolerance, but only the UF group exhibited improved lower thermal tolerance and higher liver hsp70 levels compared to the C group. The qingbo that experienced unpredictable temperature fluctuations had the best thermal tolerance among the 3 groups, which might have occurred because they had the highest level of hsp70 expression. This may safeguard fish against the potential lethal consequences of extreme temperatures in the future. These findings suggested that qingbo exhibited excellent adaptability to both predictable and unpredictable temperature fluctuations, which may be associated with frequent temperature fluctuations in its natural habitat. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Estudos prévios mostraram que a sobrevivência e reprodução de Hippodamia variegata são progressivamente prejudicadas por aumentos graduais de temperatura (de 32 °C para 35 °C e 38 °C). Neste estudo, foi realizada análise de sequenciamento do transcriptoma de H. variegata, após exposição a diferentes temperaturas (de 32 a 38 °C) por 24 h, usando tecnologia de sequenciamento de alto rendimento. Encontramos o maior número de genes diferencialmente expressos (GDEs) no grupo 35 °C vs. 32 °C (1151), seguido pelo grupo 38 °C vs. 32 °C (1054) e depois pelo grupo 38 °C vs. 35 °C (901), indicando que H. variegata expressou o maior número de genes recém-mobilizados sob temperatura média-alta (35 °C). A análise funcional de genes mostrou que um grande número de GDEs estava envolvido nos grupos gênicos "Atividade catalítica", "Atividade oxidorredutase", "Vias metabólicas" e "Via de regulação da longevidade - múltiplas espécies". Selecionamos aleatoriamente nove GDEs para validação usando qRT-PCR. Os resultados do qRT-PCR foram consistentes com os dados do transcriptoma, confirmando sua confiabilidade. Finalmente, os resultados de RNAi mostraram que a sobrevivência, longevidade e fecundidade de adultos foram menores no grupo em que a expressão gênica das proteínas de choque térmico (Hsp70-01 e Hsp68) foi suprimida do que no grupo controle (injeção de ds-GFP) em todas as temperaturas experimentais (32, 35 e 38 °C). Nossos resultados indicam o papel importante das proteínas de choque térmico (Hsp70-01 e Hsp68) na resistência ao estresse por alta temperatura em H. variegata e fornecem uma base molecular para analisar seu mecanismo de termotolerância. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Heat Shock Protein 70 Genes Are Involved in the Thermal Tolerance of Hippodamia variegata: Previous studies have shown that the survival and reproduction of Hippodamia variegata are increasingly harmed by progressive increases in temperature (from 32 °C to 35 °C and 38 °C). In this study, transcriptome sequencing analysis was performed on H. variegata, after being exposed to different temperatures (from 32 to 38 °C) for 24 h, using high-throughput sequencing technology. We found the largest number of differentially expressed genes (DEGs) in the 35 °C vs. 32 °C group (1151) followed by the 38 °C vs. 32 °C group (1054) and then the 38 °C vs. 35 °C group (901), indicating that H. variegata expressed the largest number of newly mobilized genes under medium-high temperature (35 °C). Gene functional analysis showed that a large number of DEGs were involved in “Catalytic activity”, “Oxidoreductase activity”, “Metabolic pathways”, and “Longevity regulating pathway-multiple species” gene groups. We randomly selected nine DEGs for validation using qRT-PCR. The results of qRT-PCR were consistent with the transcriptome data, confirming their reliability. Finally, the RNAi results showed that adult survival, longevity, and fecundity were lower in the group in which gene expression of the heat shock proteins (Hsp70-01 and Hsp68) was suppressed than in the control group (injection ds-GFP) at all the experimental temperatures (32, 35, and 38 °C). Our results indicate the important role of the heat shock proteins (Hsp70-01 and Hsp68) in resistance to high-temperature stress in H. variegata and provide a molecular basis for analyzing its thermotolerance mechanism. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

O câncer de mama triplo-negativo (TNBC) é caracterizado por maior taxa de recorrência e mortalidade. A ablação mediada termicamente por meio da terapia fototérmica (PTT) demonstra considerável promessa para a erradicação do câncer de mama. No entanto, a eficácia da PTT é impedida pela tolerância térmica das células tumorais, que é atribuída à expressão aumentada de proteínas de choque térmico (HSPs). Essas proteínas, que funcionam como chaperonas moleculares dependentes de ATP, conferem proteção às células cancerosas contra o calor citotóxico gerado durante a PTT. A glicólise é uma via importante para as células de câncer de mama produzirem ATP, o que pode promover a ocorrência e desenvolvimento de metástase pulmonar do câncer de mama. Portanto, inibir a glicólise pode diminuir a expressão de HSPs, restringir o crescimento do câncer de mama e prevenir sua metástase. O metabolismo glicolítico desempenha um papel fundamental na biossíntese de ATP nas células de câncer de mama, facilitando a progressão e disseminação de metástases pulmonares. Consequentemente, direcionar-se à glicólise apresenta uma abordagem estratégica para a expressão de HSP, a proliferação do câncer de mama e impedir sua disseminação metastática. Aqui, projetamos um sistema de entrega de fármacos de Estrutura Zeolítica Imidazolato-8 (ZIF-8) revestido com ácido hialurônico (HA) carregado com verde de indocianina (ICG) e criptotanshinona (CTS). O sistema de entrega de fármacos apresentou excelentes propriedades fototérmicas, podendo atingir temperatura suficiente para ablação fototérmica de células tumorais. (ICG + CTS)@HA-ZIF-8 também mostrou liberação de fármacos responsiva ao pH, aumentando a liberação sustentada de ICG e CTS para estender sua duração de circulação sistêmica. Além disso, a modificação com HA do ZIF-8 serviu para aumentar suas capacidades de direcionamento tanto in vitro quanto in vivo, aproveitando o efeito de permeação e retenção aumentada (EPR), bem como o direcionamento ativo de tumores via via do receptor CD44, resultando em maior concentração do fármaco e melhor efeito terapêutico no tumor. (ICG + CTS)@HA-ZIF-8 pôde regular negativamente a expressão da proteína piruvato quinase-M2 (PKM2) relacionada à glicólise, inibindo assim o processo glicolítico, suprimindo ainda mais o metabolismo energético das células tumorais, regulando negativamente a expressão de HSPs, superando a resistência ao calor das células tumorais e melhorando o efeito da PTT. Exibiu um impacto supressivo notável tanto na proliferação quanto na migração de células de câncer de mama, potencialmente oferecendo insights inovadores para a PTT visualizada no tratamento do câncer de mama. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Illuminating the fight against breast cancer: Preparation and visualized photothermal therapy of hyaluronic acid coated ZIF-8 loading with indocyanine green and cryptotanshinone for triple-negative breast cancer: Triple-negative breast cancer (TNBC) is characterized by higher recurrence rate and mortality. Thermally-mediated ablation via photothermal therapy (PTT) demonstrates considerable promise for the eradication of breast cancer. Nonetheless, the efficacy of PTT is impeded by the thermal tolerance of tumor cells, which is attributed to the augmented expression of heat shock proteins (HSPs). These proteins, which function as ATP-dependent molecular chaperones, confer protection to cancer cells against the cytotoxic heat generated during PTT. Glycolysis is an important way for breast cancer cells to produce ATP, which can promote the occurrence and development of lung metastasis of breast cancer. Therefore, inhibiting glycolysis may diminish the expression of HSPs, curtail the growth of breast cancer, and prevent its metastasis. Glycolytic metabolism plays a pivotal role in the ATP biosynthesis within breast cancer cells, facilitating the progression and dissemination of pulmonary metastases. Consequently, targeting glycolysis presents a strategic approach to HSP expression, the proliferation of breast cancer, and impede its metastatic spread. Herein, we designed an indocyanine green (ICG) and cryptotanshinone (CTS) loaded hyaluronic acid (HA) coated Zeolitic Imidazolate Framework-8 (ZIF-8) drug delivery system. The drug delivery system had excellent photothermal properties, which could reach temperature sufficient for photothermal ablation of tumor cells. (ICG + CTS)@HA-ZIF-8 also showed pH-responsive drug release, enhancing the sustained release of ICG and CTS to extend their systemic circulation duration. Moreover, the HA modification of ZIF-8 served to augment its targeting capabilities both in vitro and in vivo, leveraging the enhanced permeation and retention (EPR) effect, as well as active tumor targeting via the CD44 receptor pathway, resulting in a higher drug concentration and a better therapeutic effect in tumor. (ICG + CTS)@HA-ZIF-8 could downregulate the expression of glycolysis-related protein pyruvate kinase-M2 (PKM2), thereby inhibiting the glycolysis process, further suppressing tumor cell energy metabolism, downregulating the expression of HSPs, overcoming tumor cell heat resistance, and improving PTT effect. It exhibited a notable suppressive impact on both the proliferation and migration of breast cancer cells, potentially offering innovative insights for the visualized PTT in breast cancer treatment. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

As rápidas mudanças de temperatura causadas pelo aquecimento global desafiam significativamente a sobrevivência dos peixes ao afetar vários processos biológicos. Os peixes geralmente mitigam o estresse através da plasticidade fisiológica, mas quando as mudanças de temperatura excedem seus limites de tolerância, mesmo espécies adaptáveis como os Siluriformes podem sofrer disrupções internas. Este estudo investiga os efeitos do clima térmico extremo no bagre de Hong Kong (Clarias fuscus), nativo de regiões tropicais e subtropicais. C. fuscus foram expostos a temperatura normal (TN, 26 ℃) ou alta temperatura (TA, 34 ℃) por 90 dias. Subsequentemente, foram observadas alterações histológicas, bioquímicas e transcriptômicas no tecido branquial após exposição a temperaturas altas agudas (34 ℃) e subsequente recuperação térmica (26 ℃). A análise histológica revelou que C. fuscus no grupo TA exibiram menor impacto das mudanças súbitas de temperatura em comparação com o grupo TN, pois se adaptaram reduzindo a massa celular interlamelar (MCI) e a espessura das lamelas (EL) do tecido branquial, mitigando assim as consequências do choque térmico agudo. A análise bioquímica mostrou que a atividade da catalase (CAT) no grupo de alta temperatura continuou a aumentar, enquanto os níveis de malondialdeído (MDA) diminuíram, sugerindo o estabelecimento de um novo equilíbrio oxidativo e maior adaptabilidade ambiental. A análise de transcriptoma identificou 520 e 463 genes diferencialmente expressos nos grupos TN e TA, respectivamente, em resposta a mudanças agudas de temperatura. A análise de enriquecimento destacou que, em resposta a mudanças térmicas agudas, o grupo TN inibiu a apoptose e a ferroptose regulando a atividade de alox12, gclc e hmox1a, atenuando assim os efeitos adversos do estresse térmico. Por outro lado, o grupo TA aumentou a atividade de pfkma e pkma para fornecer energia suficiente para o reparo tecidual. O maior grau de resposta da proteína de choque térmico (Hsp) no grupo TN também indicou lesão mais severa por estresse térmico. Estes achados demonstram alterações na estrutura do tecido branquial, regulação do equilíbrio oxidativo e a resposta das vias metabólicas imunes a flutuações agudas de temperatura em C. fuscus após exposição térmica, sugerindo possíveis caminhos para exploração adicional da plasticidade da tolerância térmica de peixes adaptando-se ao aquecimento global. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Long-term thermal acclimation enhances heat resistance of Hong Kong catfish (Clarias fuscus) by modulating gill tissue structure, antioxidant capacity and immune metabolic pathways: The rapid temperature changes caused by global warming significantly challenge fish survival by affecting various biological processes. Fish generally mitigate stress through physiological plasticity, but when temperature changes exceed their tolerance limits, even adaptable species like Siluriformes can experience internal disruptions. This study investigates the effects of extreme thermal climate on Hong Kong catfish (Clarias fuscus), native to tropical and subtropical regions. C. fuscus were exposed to normal temperature (NT, 26 ℃) or high temperature (HT, 34 ℃) condition for 90 days. Subsequently, histological, biochemical, and transcriptomic changes in gill tissue were observed after exposure to acute high temperatures (34 ℃) and subsequent temperature recovery (26 ℃). Histological analysis revealed that C. fuscus in the HT group exhibited less impact from sudden temperature shifts compared to the NT group, as they adapted by reducing the interlamellar cell mass (ILCM) and lamellae thickness (LT) of gill tissue, thereby mitigating the aftermath of acute heat shock. Biochemical analysis showed that catalase (CAT) activity in the high temperature group continued to increase, while malondialdehyde (MDA) levels decreased, suggesting establishment of a new oxidative balance and enhanced environmental adaptability. Transcriptome analysis identified 520 and 463 differentially expressed genes in the NT and HT groups, respectively, in response to acute temperature changes. Enrichment analysis highlighted that in response to acute temperature changes, the NT group inhibited apoptosis and ferroptosis by regulating the activity of alox12, gclc, and hmox1a, thereby attenuating the adverse effects of heat stress. Conversely, the HT group increased the activity of pfkma and pkma to provide sufficient energy for tissue repair. The higher degree of heat shock protein (Hsp) response in NT group also indicated more severe heat stress injury. These findings demonstrate alterations in gill tissue structure, regulation of oxidative balance, and the response of immune metabolic pathways to acute temperature fluctuations in C. fuscus following thermal exposure, suggesting potential avenues for further exploration into the thermal tolerance plasticity of fish adapting to global warming. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aumento das temperaturas da água do mar, juntamente com ondas de calor mais intensas e frequentes, representam uma ameaça crescente para as espécies marinhas. Neste estudo, o mexilhão-de-lábios-verdes da Nova Zelândia, Perna canaliculus, foi utilizado para investigar o efeito da genética e da ontogenia na resiliência térmica. O mexilhão cultural e economicamente significativo P. canaliculus (Gmelin, 1971) tem sido selecionado geneticamente na Nova Zelândia por duas décadas, tornando-o um recurso biológico único para investigar interações genéticas em uma espécie de bivalve temperado. Seis famílias de irmãos completos selecionadas geneticamente e quatro idades diferentes, desde juvenis precoces (6, 8, 10 semanas pós-fertilização) até subadultos (52 semanas pós-fertilização), foram utilizadas para experimentação. Em cada idade, cada família foi exposta a um desafio térmico de três horas, seguido de recuperação e avaliações de sobrevivência. Os comprimentos das conchas dos mexilhões juvenis vivos e mortos também foram medidos. Amostras de tecido branquial de subadultos foram coletadas após o desafio térmico para quantificar o gene da proteína de choque térmico de 70 kDa (hsp70). Os resultados mostraram que genética, ontogenia e tamanho influenciam a resiliência térmica em P. canaliculus, com valores de LT₅₀ variando entre 31,3 e 34,4 °C para todas as famílias e idades estudadas. Juvenis mostraram maior termotolerância em comparação com subadultos, enquanto os maiores indivíduos dentro de cada classe familiar/etária tenderam a ser mais sensíveis ao calor do que seus irmãos. Subadultos regularam positivamente diferencialmente hsp70 em um padrão que correlacionou com a sobrevivência líquida familiar após o desafio térmico, reforçando o papel percebido da proteína HSP70 induzível em moluscos. Este estudo fornece insights sobre as complexas interações de idade e genótipo na determinação da tolerância ao calor de uma espécie-chave de mexilhão. À medida que as temperaturas marinhas aumentam, respostas igualmente complexas à pressão seletiva podem, portanto, ocorrer. Pesquisas futuras devem focar em abordagens transcriptômicas e genômicas para espécies-chave como P. canaliculus para entender e prever melhor o efeito da variação genética e da ontogenia em sua sobrevivência no contexto das mudanças climáticas. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Genetics and ontogeny are key factors influencing thermal resilience in a culturally and economically important bivalve: Increasing seawater temperatures coupled with more intense and frequent heatwaves pose an increasing threat to marine species. In this study, the New Zealand green-lipped mussel, Perna canaliculus, was used to investigate the effect of genetics and ontogeny on thermal resilience. The culturally and economically significant mussel P. canaliculus (Gmelin, 1971) has been selectively-bred in New Zealand for two decades, making it a unique biological resource to investigate genetic interactions in a temperate bivalve species. Six selectively-bred full sibling families and four different ages, from early juveniles (6, 8, 10 weeks post-fertilisation) to sub-adults (52 weeks post-fertilisation), were used for experimentation. At each age, each family was exposed to a three-hour heat challenge, followed by recovery, and survival assessments. The shell lengths of live and dead juvenile mussels were also measured. Gill tissue samples from sub-adults were collected after the thermal challenge to quantify the 70 kDa heat shock protein gene (hsp70). Results showed that genetics, ontogeny and size influence thermal resilience in P. canaliculus, with LT<inf>50</inf> values ranging between 31.3 and 34.4 °C for all studied families and ages. Juveniles showed greater thermotolerance compared to sub-adults, while the largest individuals within each family/age class tended to be more heat sensitive than their siblings. Sub-adults differentially upregulated hsp70 in a pattern that correlated with net family survival following heat challenge, reinforcing the perceived role of inducible HSP70 protein in molluscs. This study provides insights into the complex interactions of age and genotype in determining heat tolerance of a key mussel species. As marine temperatures increase, equally complex selection pressure responses may therefore occur. Future research should focus on transcriptomic and genomic approaches for key species such as P. canaliculus to further understand and predict the effect of genetic variation and ontogeny on their survival in the context of climate change. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aquecimento climático, particularmente eventos de temperatura extrema, representa uma grande ameaça à sobrevivência e diversidade de insetos. Portanto, compreender as respostas dos insetos a altas temperaturas é cada vez mais importante para prever sua resiliência e distribuição sob mudanças climáticas. Neste estudo, analisamos 4.417 artigos da Web of Science Core Collection usando VOSviewer, CiteSpace e o pacote Bibliometrix R. Os resultados mostram que desde 2012, o número de publicações sobre respostas de insetos a altas temperaturas tem aumentado ano a ano a uma taxa média de crescimento anual de 3,5%, refletindo o crescente interesse de pesquisa neste campo. Em segundo lugar, a resposta de insetos a altas temperaturas é um campo de pesquisa multidisciplinar. A revista PLoS One tem a maior quantidade de artigos publicados, apresentando as maiores citações totais e H-index globalmente. Hoffmann AA e Du YZ são os autores mais produtivos. Além disso, a análise de palavras-chave revelou foco de pesquisa em respostas moleculares como expressão gênica e proteínas de choque térmico. A análise de agrupamento de acoplamento bibliográfico identificou 15 principais temas de pesquisa, os resultados demonstram que o campo evoluiu da descrição de características fisiológicas para dissecar mecanismos bioquímicos e reprodutivos subjacentes à tolerância térmica, visando descobrir respostas biológicas e estratégias adaptativas sob estresse térmico. Para resumir, este estudo fornece uma visão geral das tendências atuais de pesquisa e prioridades emergentes na biologia do estresse térmico em insetos. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Research progress and trends of insect high-temperature stress: insights from bibliometric analysis: Climate warming, particularly extreme temperature events, poses a major threat to insect survival and diversity. Thus, understanding insect responses to high temperatures is increasingly important for predicting their resilience and distribution under climate change. In this study, we analyzed 4,417 articles from the Web of Science Core Collection using VOSviewer, CiteSpace, and the Bibliometrix R package. The results show that since 2012, the number of publications on insect responses to high temperatures has been increasing year by year at an average annual growth rate of 3.5%, reflecting the increasing research interest in this field. Secondly, the response of insects to high temperatures is a multidisciplinary research field. The PLoS One journal has the largest quantity of published articles, boasting the highest total citations and H-index globally. Hoffmann AA and Du YZ are the most productive authors. Furthermore, keyword analysis revealed research focus on molecular responses such as gene expression and heat-shock proteins. Cluster analysis of bibliographic coupling identified 15 major research themes, results demonstrate that the field evolved from describing physiological traits to dissecting biochemical and reproductive mechanisms underlying thermal tolerance, aiming to uncover biological responses and adaptive strategies under heat stress. To summarize, this study provides an overview of current research trends and emerging priorities in insect heat stress biology. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aquecimento global e eventos térmicos extremos têm induzido branqueamento generalizado de corais, levando à rápida degradação dos ecossistemas de recifes de coral em todo o mundo. Identificar genes funcionais associados à termotolerância é crucial para elucidar os mecanismos de adaptação dos corais ao aquecimento climático e permitir previsões científicas sobre as trajetórias dos ecossistemas de recifes de coral. No entanto, a compreensão atual do mecanismo molecular do holobionte coralino em resposta ao estresse térmico é muito insuficiente. Portanto, este artigo revisa o progresso da pesquisa de genes funcionais relacionados à adaptação térmica de corais. Inicialmente, receptores de reconhecimento de padrões (PRRs), incluindo receptores do tipo Toll (TLRs), desempenham um papel crucial na detecção do estresse térmico e na ativação de cascatas de sinalização a jusante, iniciando assim o processo de resposta imune. Essas respostas envolvem principalmente: regulação positiva de proteínas de choque térmico (HSPs) para facilitar o redobramento de polipeptídeos desnaturados; indução de genes de proteínas antioxidantes para mitigar danos oxidativos causados por espécies reativas de oxigênio (ROS); genes associados com apoptose e piroptose desempenham um papel crucial na eliminação de células "daninhas". À medida que o estresse térmico se intensifica, os corais iniciam uma rede sofisticada de processos celulares para manter. À medida que o estresse térmico se intensifica, os corais iniciam uma série de processos complexos para manter conjuntamente a homeostase celular. Isso inclui: ativação rápida de genes de proteínas fotoprotetoras para reparar o aparato fotossintético de Symbiodiniaceae; expressão de proteínas fluorescentes do hospedeiro para manter o equilíbrio redox; proteínas de canal de cálcio mantêm a estabilidade dos níveis intracelulares de Ca2+; modulação de vias metabólicas para garantir suprimento adequado de nutrientes; inibição da progressão do ciclo celular para conservar energia; manutenção da integridade do citoesqueleto para preservar a estabilidade estrutural; e regulação do sistema ubiquitina-proteassoma para controle de qualidade de proteínas. Além disso, eventos recorrentes de estresse térmico podem induzir aclimatação em corais, potencialmente aumentando sua tolerância térmica através de múltiplos mecanismos: regulação negativa da taxa metabólica do hospedeiro, proteção de proteínas sensíveis ao calor e regulação positiva de enzimas antioxidantes e vias de assimilação de amônio. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Research progress on functional genes related to coral thermal adaptation: Global warming and extreme thermal events have induced widespread coral bleaching, leading to the rapid degradation of coral reef ecosystems across the globe. Identifying functional genes associated with thermotolerance is crucial for elucidating coral adaptation mechanisms to climate warming and enabling scientific predictions regarding coral reef ecosystem trajectories. However, the current understanding of the molecular mechanism of coral holobiont in response to heat stress is very insufficient. Therefore, this paper reviews the research progress of functional genes related to coral thermal adaptation. Initially, pattern recognition receptors (PRRs), including Tolllike receptors (TLRs), play a crucial role in detecting heat stress and activating downstream signaling cascades, thereby initiating the immune response process. These responses primarily involve: upregulation of heat shock proteins (HSPs) to facilitate the refolding of denatured polypeptides; induction of antioxidant protein genes to mitigate oxidative damage caused by reactive oxygen species (ROS); genes associated with apoptosis and pyroptosis play a crucial role in eliminating “harmful” cells. As thermal stress intensifies, corals initiate a sophisticated network of cellular processes to maintain. As heat stress intensifies, corals initiate a series of complex processes to jointly maintain cellular homeostasis. This includes: rapid activation of photoprotective protein genes to repair the photosynthetic apparatus of Symbiodiniaceae; expression of host fluorescent proteins to maintain redox balance; calcium channel proteins maintain the stability of intracellular Ca2+ levels; modulation of metabolic pathways to ensure adequate nutrient supply; inhibition of cell cycle progression to conserve energy; maintenance of cytoskeletal integrity to preserve structural stability; and regulation of ubiquitin-proteasome system for protein quality control. Furthermore, recurrent thermal stress events can induce acclimatization in corals, potentially enhancing their thermal tolerance through multiple mechanisms: downregulation of host metabolic rate, protection of heat-sensitive proteins, and upregulation of antioxidant enzymes and ammonium assimilation pathways. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aquecimento global afeta direta e indiretamente a biologia e ecologia de insetos aquáticos. Os quironomídeos são ubíquos na Terra e são adequados para análise sistemática do efeito do aquecimento em insetos. Aqui, medimos a taxa de sobrevivência para larvas de quarto ínstar de sete espécies de Chironomus em diferentes temperaturas. A temperatura média para sobrevivência após exposição de 1 hora para larvas de Chironomus sulfurosus foi a mais alta (43 °C) entre as sete espécies de Chironomus. Além disso, 14,5% das larvas de C. sulfurosus sobreviveram a 40 °C do primeiro ao quarto ínstar por 14 dias, enquanto larvas das outras três espécies com tolerância térmica relativamente alta no teste de exposição de 1 hora não conseguiram. Esses resultados indicam que apenas as larvas de C. sulfurosus são tolerantes a 40 °C. Examinamos os níveis de expressão de genes específicos que codificam quatro proteínas de choque térmico e uma proteína de choque térmico cognata em larvas de C. sulfurosus em várias temperaturas usando PCR quantitativo em tempo real. Os níveis de expressão dos genes para hsc70, hsp67, hsp60, hsp27 e hsp23 foram maiores a 40 °C do que a 35 °C, temperatura na qual 97% das larvas sobreviveram por 14 dias. Portanto, em conjunto com a presente análise filogenética, a tolerância térmica de C. sulfurosus está associada com a regulação positiva dos genes hsp e hsc, o que pode fundamentar um mecanismo para a resposta do organismo a altas temperaturas. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal tolerance of larvae of seven Chironomus species and up-regulation of heat shock protein-coding genes in Chironomus sulfurosus: Global warming directly and indirectly affects the biology and ecology of aquatic insects. Chironomids are ubiquitous on the earth and are suitable for systematic analysis of the warming effect on insects. Here, we measured the survival rate for the fourth-instar larvae of seven Chironomus species at different temperatures. The mid-temperature for survival after 1-h temperature exposure to Chironomus sulfurosus larvae was the highest (43 °C) among seven Chironomus species. In addition, 14.5% of C. sulfurosus larvae survived at 40 °C from the first to the fourth instar for 14 days, whereas larvae of the other three species with relatively high thermal tolerance in the 1-h exposure test could not. These results indicate that only C. sulfurosus larvae are tolerant of 40 °C. We examined the expression levels of specific genes encoding four heat shock proteins and one heat shock protein cognate in C. sulfurosus larvae at various temperatures using quantitative real-time PCR. The expression levels of genes for hsc70, hsp67, hsp60, hsp27, and hsp23 genes were higher at 40 °C than those at 35 °C, at which 97% of larvae survived for 14 days. Therefore, in conjunction with the present phylogenetic analysis, the thermal tolerance of C. sulfurosus is associated with the up-regulated hsp and hsc genes, which may underlie a mechanism for the organism’s response to high temperatures. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A capacidade de lidar com o calor provavelmente influenciará o sucesso das espécies em meio às mudanças climáticas. No entanto, os mecanismos de enfrentamento do calor são pouco compreendidos em endotérmicos selvagens, que são cada vez mais pressionados até seus limites termorregulatórios. Adotamos uma abordagem organismal para este problema, revelando como respostas comportamentais e fisiológicas podem permitir o sucesso diante do calor subletal. Elevamos experimentalmente as temperaturas dos ninhos por 4 h para simular um cenário climático futuro (+4,5°C) durante um período crítico do desenvolvimento pós-natal em andorinhas-das-árvores (Tachycineta bicolor). Os filhotes expostos ao calor exibiram mudanças marcantes no comportamento, incluindo movimento para microclimas mais frios no ninho. Eles ofegaram mais e pesaram menos que os controles ao final do desafio térmico de quatro horas, sugerindo perda de água induzida pelo ofego. Fisiologicamente, o calor induziu altos níveis de expressão gênica de proteínas de choque térmico (HSP) no sangue, juntamente com diferenças transcricionais generalizadas relacionadas a defesas antioxidantes, inflamação e apoptose. Criticamente, todos os filhotes sobreviveram ao desafio térmico, e aqueles expostos ao calor mais brando tinham maior probabilidade de recrutamento na população reprodutiva. O calor precoce, mas subletal, pode, portanto, atuar como um evento seletivo, com potencial para moldar trajetórias populacionais. Dentro da população, os indivíduos variaram em sua resposta fisiológica ao calor, nomeadamente na expressão gênica de HSP, que exibiu média mais alta e variância maior nos filhotes expostos ao calor do que nos controles. Os níveis de HSP induzidos pelo calor não foram relacionados à massa corporal individual, nem a diferenças entre ninhos no tamanho da ninhada, temperatura e termorregulação comportamental. A identidade do ninho explicou uma quantidade significativa da variação de HSP, ainda assim irmãos no mesmo ninho diferiram em média ~4 vezes e indivíduos na população diferiram em até ~100 vezes em sua resposta de HSP. Esta variação massiva estende trabalhos laboratoriais anteriores em organismos modelo mostrando que proteínas de choque térmico podem abrigar variação fenotípica críptica. Estes resultados lançam luz sobre elementos frequentemente ignorados da termotolerância em aves selvagens em um estágio crítico do desenvolvimento pós-natal. Ao destacar a extensão da expressão gênica de HSP induzida pelo calor e acoplá-la a um conjunto de características organismais, fornecemos uma estrutura para testes futuros dos mecanismos que moldam o sucesso das espécies diante da mudança.

Heat alters diverse thermal tolerance mechanisms: An organismal framework for studying climate change effects in a wild bird: The ability to cope with heat is likely to influence species success amidst climate change. However, heat coping mechanisms are poorly understood in wild endotherms, which are increasingly pushed to their thermoregulatory limits. We take an organismal approach to this problem, unveiling how behavioural and physiological responses may allow success in the face of sublethal heat. We experimentally elevated nest temperatures for 4 h to mimic a future climate scenario (+4.5°C) during a critical period of post-natal development in tree swallows (Tachycineta bicolor). Heat-exposed nestlings exhibited marked changes in behaviour, including movement to cooler microclimates in the nest. They panted more and weighed less than controls at the end of the four-hour heat challenge, suggesting panting-induced water loss. Physiologically, heat induced high levels of heat shock protein (HSP) gene expression in the blood, alongside widespread transcriptional differences related to antioxidant defences, inflammation and apoptosis. Critically, all nestlings survived the heat challenge, and those exposed to milder heat were more likely to recruit into the breeding population. Early life but sub-lethal heat may therefore act as a selective event, with the potential to shape population trajectories. Within the population, individuals varied in their physiological response to heat, namely in HSP gene expression, which exhibited higher mean and higher variance in heat-exposed nestlings than in controls. Heat-induced HSP levels were unrelated to individual body mass, or among-nest differences in brood size, temperature, and behavioural thermoregulation. Nest identity explained a significant amount of HSP variation, yet siblings in the same nest differed by an average of ~4-fold and individuals in the population differed by as much as ~100-fold in their HSP response. This massive variation extends previous laboratory work in model organisms showing that heat shock proteins may harbour cryptic phenotypic variation. These results shed light on oft-ignored elements of thermotolerance in wild birds at a critical stage of post-natal development. By highlighting the scope of heat-induced HSP gene expression and coupling it with a suite of organismal traits, we provide a framework for future testing of the mechanisms that shape species success in the face of change. Read the free Plain Language Summary for this article on the Journal blog. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Esclarecer o papel das chaperonas moleculares em archaea extremamente termofílicas, incluindo a prefoldin gama (γPFD) no metanógeno de águas profundas Methanocaldococcus jannaschii, é fundamental para compreender a adaptação microbiana a ambientes quentes. Este estudo concentra-se em linhagens geneticamente modificadas com nocaute e superexpressão para avaliar a importância da γPFD no crescimento e tolerância térmica de M. jannaschii. Uma análise aprofundada do crescimento celular, morfologia e respostas transcricionais ao estresse térmico revelou que, embora o gene que codifica a γPFD seja substancialmente regulado positivamente em resposta ao choque térmico, a γPFD não é indispensável para a sobrevivência em altas temperaturas. Em vez disso, sua ausência na linhagem com nocaute é compensada pela regulação positiva de várias proteínas proteolíticas na ausência de choque térmico, quase igualando o perfil transcricional correspondente de transcritos selecionados para proteínas envolvidas na síntese e dobramento proteico na linhagem selvagem após choque térmico, usando PCR quantitativo com transcrição reversa (RT-qPCR). Essas descobertas conectam a adaptação ambiental com a biologia molecular, destacando a versatilidade dos extremófilos e fornecendo uma compreensão mecanicista mais profunda de como eles lidam com o estresse. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The filamentous γ-prefoldin chaperone is not essential for growth and thermal adaptation in Methanocaldococcus jannaschii: Elucidating the role of molecular chaperones in extremely thermophilic archaea, including the gamma prefoldin (γPFD) in the deep-sea methanogen Methanocaldococcus jannaschii, is integral to understanding microbial adaptation to hot environments. This study focuses on genetically engineered knock-out and overexpression strains to evaluate the importance of γPFD in the growth and thermal tolerance of M. jannaschii. An in-depth analysis of cell growth, morphology and transcriptional responses to heat stress revealed that although the gene encoding γPFD is substantially upregulated in response to heat shock, the γPFD is not indispensable for high-temperature survival. Instead, its absence in the knock-out strain is compensated for by the upregulation of several proteolytic proteins in the absence of heat shock, nearly matching the corresponding transcription profile of selected transcripts for proteins involved in protein synthesis and folding in the wild-type strain following heat shock, using quantitative reverse-transcription PCR (RT-qPCR). These findings bridge environmental adaptation with molecular biology, underscoring the versatility of extremophiles and providing a deeper mechanistic understanding of how they cope with stress. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

O presente estudo aborda os desafios da temperatura descontrolada e da poluição em ambientes aquáticos, com foco na capacidade dos peixes de tolerar altas temperaturas. A investigação teve como objetivo determinar o papel das nanopartículas de ferro (Fe-NPs) no aumento da tolerância térmica de Pangasianodon hypophthalmus exposto ao estresse por alta temperatura, toxicidade por arsênio (As) e amônia (NH₃). As Fe-NPs foram sintetizadas usando abordagens verdes, especificamente a partir de brânquias de peixe. As Fe-NPs dietéticas foram formuladas e suplementadas em 10, 15 e 20 mg kg⁻¹ de ração. Notavelmente, as Fe-NPs a 15 mg kg⁻¹ de dieta reduziram significativamente a temperatura crítica mínima (CTmin) (14,44 ± 0,21 °C) e a temperatura letal mínima (LTmin) (13,46 ± 0,15 °C), em comparação com o controle e outros grupos de tratamento. Por outro lado, quando as Fe-NPs a 15 mg kg⁻¹ foram suplementadas com ou sem exposição a estressores (As + NH₃ + T), a temperatura crítica máxima (CTmax) aumentou para 47,59 ± 0,16 °C e a temperatura letal máxima (LTmax) aumentou para 48,60 ± 0,37 °C, ambas significativamente maiores que o controle e outros grupos. Uma forte correlação foi observada entre LTmin e CTmin (R² = 0,90) e entre CTmax e LTmax (R² = 0,98). Além disso, as Fe-NPs dietéticas a 15 mg kg⁻¹ aumentaram significativamente a expressão de genes relacionados ao estresse, incluindo HSP70, iNOS, Caspase-3a, CYP450, MT, cat, sod, gpx, TNFα, IL, TLR e Ig. A tolerância térmica aprimorada (LTmin e LTmax) pode ser atribuída a essas regulações gênicas, sugerindo o envolvimento mecanicista das Fe-NPs na melhoria da resiliência térmica. No geral, os resultados demonstram que a suplementação dietética com Fe-NPs, particularmente a 15 mg kg⁻¹, melhora a tolerância térmica e a resposta ao estresse em P. hypophthalmus por meio do aumento da expressão gênica e da eficiência térmica geral sob condições de estresse. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Magical role of iron nanoparticles for enhancement of thermal efficiency and gene regulation of fish in response to multiple stresses: The present study addresses the challenges of uncontrolled temperature and pollution in aquatic environments, with a focus on fish ability to tolerate high temperature. The investigation aimed to determine the role of iron nanoparticles (Fe-NPs) in enhancing the thermal tolerance of Pangasianodon hypophthalmus exposed to high-temperature stress, arsenic (As), and ammonia (NH<inf>3</inf>) toxicity. Fe-NPs were synthesized using green approaches, specifically from fish gill. The dietary Fe-NPs were formulated and supplemented at 10, 15, and 20 mg kg⁻1 of feed. Notably, Fe-NPs at 15 mg kg⁻1 diet significantly reduced the critical thermal minimum (CTmin) (14.44 ± 0.21 °C) and the lethal thermal minimum (LTmin) (13.46 ± 0.15 °C), compared to the control and other treatment groups. Conversely, when Fe-NPs at 15 mg kg⁻1 were supplemented with or without exposure to stressors (As + NH<inf>3</inf>+T), the critical thermal maximum (CTmax) increased to 47.59 ± 0.16 °C, and the lethal thermal maximum (LTmax) increased to 48.60 ± 0.37 °C, both significantly higher than the control and other groups. A strong correlation was observed between LTmin and CTmin (R2 = 0.90) and between CTmax and LTmax (R2 = 0.98). Furthermore, dietary Fe-NPs at 15 mg kg⁻1 significantly upregulated the expression of stress-related genes, including HSP70, iNOS, Caspase-3a, CYP450, MT, cat, sod, gpx, TNFα, IL, TLR, and Ig. The enhanced thermal tolerance (LTmin and LTmax) can be attributed to these gene regulations, suggesting the mechanistic involvement of Fe-NPs in improving thermal resilience. Overall, the findings demonstrate that dietary supplementation with Fe-NPs, particularly at 15 mg kg⁻1, improves thermal tolerance and stress response in P. hypophthalmus by enhancing gene expression and overall thermal efficiency under stressor conditions. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Introdução: Vacas leiteiras são altamente suscetíveis ao estresse térmico, levantando preocupações sobre bem-estar animal, eficiência produtiva e perdas econômicas. Estudos anteriores sugerem que as raças Holandesa e Brown Swiss exibem diferentes níveis de tolerância térmica, mas suas respostas adaptativas de curto prazo requerem investigação adicional. Métodos: Este estudo teve como objetivo avaliar as respostas fisiológicas e produtivas específicas da raça a uma onda de calor natural de 4 dias em 40 vacas em lactação (20 Holandesas, 20 Brown Swiss) do mesmo rebanho leiteiro comercial, homogêneas quanto aos dias em lactação, escore de condição corporal, parição e produção de leite corrigida para energia. Antes da onda de calor, as vacas experimentaram pelo menos 48 h em condições termoneutras. Parâmetros fisiológicos foram registrados três vezes ao dia (4:00 h, 15:00 h e 20:00 h). Amostras de sangue foram coletadas antes da onda de calor (D1, 4:00 h, condições termoneutras) e no momento mais quente do quarto dia (D4, 15:00 h, condições de estresse térmico). Resultados e Discussão: A onda de calor impactou negativamente os parâmetros fisiológicos em ambas as raças. A temperatura retal aumentou diariamente das 4:00 h às 15:00 h (p < 0,01), com as vacas Holandesas apresentando valores consistentemente mais altos que as Brown Swiss (p < 0,01). A frequência respiratória atingiu seu ponto mais baixo às 4:00 h cada dia (p < 0,01), mas permaneceu elevada às 20:00 h, apesar da diminuição do ITU, indicando carga térmica acumulada. Embora ambas as raças tenham seguido uma tendência similar, as Holandesas exibiram maior capacidade de recuperação noturna em comparação com as Brown Swiss. Quanto à produtividade, as vacas Brown Swiss mantiveram produção de leite estável do D1 ao D4, enquanto as Holandesas mostraram um declínio progressivo na produção de leite durante a onda de calor (p < 0,01). A maioria dos parâmetros sanguíneos não mostrou diferenças significativas entre raças (p > 0,05), mas a proteína de choque térmico 70, um regulador chave da adaptação térmica, exibiu uma tendência crescente em ambas as raças (p < 0,01), aparecendo mais cedo que outros indicadores fisiológicos de estresse térmico. Conclusão: Este estudo, conduzido sob condições idênticas, destaca respostas distintas específicas da raça ao estresse térmico de curta duração. Os achados sugerem que as vacas Brown Swiss podem ser mais resilientes ao estresse térmico em termos de produtividade, enquanto as Holandesas mostram melhor recuperação noturna. Pesquisas adicionais devem explorar outros marcadores fisiológicos e moleculares para melhor caracterizar as diferenças entre raças e melhorar as estratégias de mitigação do estresse térmico na pecuária leiteira. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Acclimatization response to a short-term heat wave during summer in lactating Brown Swiss and Holstein Friesian cows: Introduction: Dairy cows are highly susceptible to heat stress, raising concerns about animal welfare, production efficiency, and economic losses. Previous studies suggest that Holstein and Brown Swiss breeds exhibit different levels of thermal tolerance, but their short-term adaptive responses require further investigation. Methods: This study aimed to evaluate breed-specific physiological and productive responses to a 4-day natural heat wave in 40 lactating cows (20 Holstein, 20 Brown Swiss) from the same commercial dairy farm, homogeneous for days in milk, body condition score, parity, and energy-corrected milk yield. Before the heat wave, cows experienced at least 48 h in thermoneutral conditions. Physiological parameters were recorded three times daily (4:00 AM, 3:00 PM, and 8:00 PM). Blood samples were collected before the heat wave (D1, 4:00 AM, thermoneutral conditions) and at the warmest moment of the fourth day (D4, 3:00 PM, heat stress conditions). Results and Discussion: The heat wave negatively impacted physiological parameters in both breeds. Rectal temperature increased daily from 4:00 AM to 3:00 PM (p < 0.01), with Holstein cows showing consistently higher values than Brown Swiss (p < 0.01). Respiration rate reached its lowest point at 4:00 AM each day (p < 0.01) but remained elevated at 8:00 PM, despite decreasing THI, indicating accumulated heat load. While both breeds followed a similar trend, Holsteins exhibited a greater capacity for overnight recovery compared to Brown Swiss. Regarding productivity, Brown Swiss cows maintained stable milk yield (MY) from D1 to D4, whereas Holsteins showed a progressive MY decline throughout the heat wave (p < 0.01). Most blood parameters showed no significant breed differences (p > 0.05), but heat shock protein 70, a key regulator of thermal adaptation, exhibited an increasing trend in both breeds (p < 0.01), appearing earlier than other physiological indicators of heat stress. Conclusion: This study, conducted under identical conditions, highlights distinct breed-specific responses to short-term heat stress. The findings suggest that Brown Swiss cows may be more resilient to heat stress in terms of productivity, while Holsteins show better nighttime recovery. Further research should explore additional physiological and molecular markers to better characterize breed differences and improve heat stress mitigation strategies in dairy farming. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A terapia de fotohipertermia em temperatura moderada (PHT leve) representa uma estratégia terapêutica promissora no combate ao câncer, porém a resistência térmica é um fator significativo que limita sua eficácia terapêutica. Este estudo apresenta um disruptor de energia direcionado à mitocôndria que sinergicamente aumenta a eficácia da PHT leve em câncer de pulmão ortotópico através da reversão da tolerância térmica mediada pela proteína de choque térmico 70 (Hsp70) e do bloqueio da biossíntese mitocondrial de adenosina trifosfato (ATP). Esta estratégia baseia-se principalmente nas sondas mito-siH-SERS, consistindo em nanopartículas de espectroscopia Raman amplificada por superfície (SERS) direcionadas à mitocôndria carregadas com RNA de interferência pequeno contra Hsp70 (siHsp70). A sonda mito-siH-SERS pode desencadear dano mitocondrial direcionado devido ao efeito de PHT leve sob irradiação de luz infravermelha próxima. Evidentemente, tanto o siHsp70 liberado quanto a disfunção mitocondrial induzida fototermicamente coletivamente reduzem a expressão intracelular de Hsp70. Ao interromper o suprimento de energia mitocondrial e reverter a tolerância térmica, esta estratégia alcança desempenho terapêutico notável para o tratamento de PHT leve guiado por SERS de tumores pulmonares ortotópicos em camundongos. No geral, este trabalho fornece uma estratégia eficaz para restringir o suprimento de energia mitocondrial e reduzir a resistência térmica tumoral para PHT leve amplificada no câncer. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Mitochondria-Targeted Energy Disruptor for Augmented Mild Hyperthermia Therapy of Orthotopic Lung Cancer: Mild-temperature photohyperthermia therapy (mild PHT) represents a promising therapeutic strategy for fighting against cancer, yet thermal resistance is a significant factor limiting its therapeutic potency. Herein, this study presents a mitochondria-targeted energy disruptor that synergistically enhances mild PHT efficacy in orthotopic lung cancer through heat shock protein 70 (Hsp70)-mediated thermal tolerance reversal and mitochondrial adenosine triphosphate (ATP) biosynthesis blockade. This strategy is primarily based on the mito-siH-SERS probes consisting of mitochondria-targeted surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) nanoparticles loaded with small-interference RNA against Hsp70 (siHsp70). The mito-siH-SERS probe can trigger targeted mitochondrial damage due to the mild PHT effect under near-infrared light irradiation. Evidently, both the released siHsp70 and photothermally induced mitochondrial dysfunction collectively downregulate the intracellular Hsp70 expression. Through disrupting the mitochondrial energy supply and reversing the thermal tolerance, this strategy achieves remarkable therapeutic performance for SERS-guided mild PHT treatment of orthotopic lung tumors in mice. Overall, this work provides an effective strategy for restraining the mitochondrial energy supply and reducing the tumor thermal resistance for amplified cancer mild PHT. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Cronobacter spp. exibem notável resiliência a estresses ambientais extremos, incluindo condições térmicas, ácidas, de dessecação e osmóticas, representando desafios significativos para a segurança alimentar. Sua termotolerância depende de proteínas de choque térmico (HSPs), ilhas genômicas de termotolerância, mecanismos aprimorados de reparo de DNA e ajustes metabólicos, garantindo sobrevivência em condições de alta temperatura. A tolerância ácida é alcançada através da regulação do pH interno, bombas de efluxo de ácido e proteínas de tolerância ácida, permitindo sobrevivência em matrizes alimentares ácidas e no trato gastrointestinal. A tolerância à dessecação é mediada pelo acúmulo de osmólitos protetores como a trealose, estabilizando proteínas e membranas para resistir à secura, especialmente em produtos alimentícios secos. Similarmente, a resiliência ao estresse osmótico é suportada por solutos compatíveis como trealose e glicina betaína, juntamente com adaptações metabólicas para equilibrar pressões osmóticas. Esses mecanismos destacam a adaptabilidade de Cronobacter spp. a diversos ambientes. Além disso, a exposição a estresses subletais, incluindo estresses térmicos, osmóticos, de secura e de pH, pode induzir resistência homóloga ou cruzada, complicando estratégias de controle. Compreender esses mecanismos de sobrevivência é essencial para mitigar os riscos de Cronobacter spp., especialmente em fórmula infantil em pó (PIF), e garantir a segurança alimentar. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Mechanisms of thermal, acid, desiccation and osmotic tolerance of Cronobacter spp.: Cronobacter spp. exhibit remarkable resilience to extreme environmental stresses, including thermal, acidic, desiccation, and osmotic conditions, posing significant challenges to food safety. Their thermotolerance relies on heat shock proteins (HSPs), thermotolerance genomic islands, enhanced DNA repair mechanisms, and metabolic adjustments, ensuring survival under high-temperature conditions. Acid tolerance is achieved through internal pH regulation, acid efflux pumps, and acid tolerance proteins, allowing survival in acidic food matrices and the gastrointestinal tract. Desiccation tolerance is mediated by the accumulation of protective osmolytes like trehalose, stabilizing proteins and membranes to withstand dryness, especially in dry food products. Similarly, osmotic stress resilience is supported by compatible solutes such as trehalose and glycine betaine, along with metabolic adaptations to balance osmotic pressures. These mechanisms highlight the adaptability of Cronobacter spp. to diverse environments. Moreover, exposure to sublethal stresses, including heat, osmotic, dry, and pH stresses, may induce homologous or cross-resistance, complicating control strategies. Understanding these survival mechanisms is essential to mitigate the risks of Cronobacter spp., especially in powdered infant formula (PIF), and ensure food safety. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

As mudanças climáticas introduzem maior variabilidade térmica, afetando profundamente as espécies ectotérmicas cujas temperaturas corporais dependem fortemente do ambiente. Compreender as respostas fisiológicas e metabólicas a tal variabilidade é crucial para prever como essas espécies lidarão com climas em mudança. Este estudo investiga como o estresse térmico crônico impacta o metabolismo mitocondrial e parâmetros fisiológicos em Drosophila melanogaster, hipotetizando que um regime térmico flutuante (FTR) ativa mecanismos protetores que melhoram a tolerância ao estresse e a longevidade. Para testar isso, Drosophila foram expostas a 24°C constante ou a um FTR de 24°C:15°C (dia:noite) após um período inicial de 5 dias a 24°C. O grupo FTR exibiu mudanças rápidas nos níveis de transcrição após o primeiro dia de FTR, particularmente aquelas relacionadas a proteínas de choque térmico, mitofagia e fatores regulatórios, que retornaram aos níveis iniciais após 5 dias. As taxas de respiração mitocondrial diminuíram inicialmente após 1 e 2 dias de FTR, depois se recuperaram no dia 5, indicando rápida aclimatação. Atividades aprimoradas de enzimas antioxidantes foram observadas precocemente no grupo FTR, após 1 dia para mtSOD e SOD<inf>cit+ext</inf> e 3 dias para ambas SOD e catalase, seguidas por um declínio no dia 5, sugerindo manejo eficiente do estresse oxidativo. O grupo FTR mostrou menor CT<inf>max</inf> no dia 3, refletindo possível tensão fisiológica naquele momento, e recuperação completa no dia 5. A longevidade aumentou sob FTR, destacando a ativação de mecanismos protetores com efeitos benéficos de longo prazo. Estes resultados sugerem que o FTR promove uma sucessão temporal de ajustes fisiológicos rápidos em diferentes níveis de organização, melhorando a sobrevivência de longo prazo em D. melanogaster. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

From molecular to physiological responses: improved stress tolerance and longevity in Drosophila melanogaster under fluctuating thermal regimes: Climate change introduces greater thermal variability, profoundly affecting ectothermic species whose body temperatures rely heavily on the environment. Understanding the physiological and metabolic responses to such variability is crucial for predicting how these species will cope with changing climates. This study investigates how chronic thermal stress impacts mitochondrial metabolism and physiological parameters in Drosophila melanogaster, hypothesizing that a fluctuating thermal regime (FTR) activates protective mechanisms enhancing stress tolerance and longevity. To test this, Drosophila were exposed to constant 24°C or to an FTR of 24°C:15°C (day:night) cycle following an initial 5 day period at 24°C. The FTR group exhibited rapid transcript level changes after the first day of FTR, particularly those related to heat shock proteins, mitophagy and regulatory factors, which returned to initial levels after 5 days. Mitochondrial respiration rates initially decreased after 1 and 2 days of FTR, then recovered by day 5, indicating rapid acclimation. Enhanced antioxidant enzyme activities were observed early in the FTR group, after 1 day for mtSOD and SOD<inf>cyt+ext</inf> and 3 days for both SOD and catalase, followed by a decline by day 5, suggesting efficient oxidative stress management. The FTR group showed lower CT<inf>max</inf> on day 3, reflecting possible physiological strain at that time point, and complete recovery by day 5. Longevity increased under FTR, highlighting the activation of protective mechanisms with beneficial long-term effects. These results suggest that FTR prompts a temporal succession of rapid physiological adjustments at different levels of organisation, enhancing long-term survival in D. melanogaster. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Em climas tropicais, o estresse térmico é um grande desafio para a produção pecuária. HSP70.1 é uma proteína ubiquitariamente expressa que mantém a maquinaria celular através do correto enovelamento de proteínas desnaturadas e previne a apoptose celular, protegendo a célula do estresse térmico. Portanto, a presente investigação foi realizada para explorar a variabilidade genética no gene HSP70.1 no gado Gangatiri, sua comparação com sequências de búfalos e a expressão diferencial em diferentes estações. A variante alélica foi identificada pelo sequenciamento do produto de PCR amplificado do gene HSP70.1 por primer walking. Amostras de RNA total por estação foram preparadas para o estudo de expressão diferencial. A técnica de QPCR Brilliant SYBR Green foi utilizada para estudar a cinética de expressão deste gene. O sequenciamento de DNA por primer walking identificou quatro variantes alélicas no gado Gangatiri. O estudo de alinhamento de sequências revelou quatro, seis e uma substituições na região 5′ não traduzida (5′UTR), codificante e região 3′ não traduzida (3′UTR) do gene HSP70.1, respectivamente. A análise comparativa do gene HSP70.1 revelou que o gado possui 5′UTR e 3′UTR mais curtos que os búfalos. No gado Gangatiri, a estação de verão tem expressão significativamente maior (P ≤ 0,05) de HSP70.1 que a primavera e o inverno. A expressão relativa de HSP70.1 aumentou mais de seis vezes no verão e cerca de 1,5 vezes maior no inverno em comparação com a estação da primavera. Portanto, HSP70.1 pode ser considerado como tendo um papel crítico no desenvolvimento da tolerância térmica no gado Gangatiri. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Molecular Characterization and Seasonal Variation in Expression of HSP70.1 Gene in Gangatiri Cattle and Its Comparison with Buffalo: Under tropical climate heat stress is a major challenge for livestock production. HSP70.1 is a ubiquitously expressed protein maintaining cellular machinery through proper folding of denatured proteins and prevents cellular apoptosis and protect cell from heat stress. Therefore, present investigation was undertaken to explore genetic variability in HSP70.1 gene in Gangatiri cattle, its comparison with buffalo sequences and differential expression in different season. The allelic variant was identified by sequencing amplified PCR product of HSP70.1 gene by primer walking. Season-wise total RNA samples was prepared for differential expression study. Brilliant SYBR Green QPCR technique was used to study the expression kinetics of this gene. DNA sequencing by primer walking identified four allelic variants in Gangatiri cattle. Sequence alignment study revealed four, six and one substitutions in the 5′ untranslated region (5′UTR), coding and 3′ untranslated region ((3′UTR) of HSP70.1 gene, respectively. Comparative analysis of HSP70.1 gene revealed that Cattle has shorter 5′UTR and 3′ UTR than the buffalo. In Gangatiri cattle, summer season has significantly higher (P ≤ 0.05) expression of HSP70.1 than the spring and winter. The relative expression of HSP70.1 was increased by more than six folds in summer and nearly 1.5 folds higher in winter in comparison to the spring season. Therefore, HSP70.1 may be considered to have a critical role in the development of thermal tolerance in Gangatiri cattle. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A proteína de choque térmico DnaJ, amplamente distribuída, é reconhecida por seu papel fundamental no aumento da tolerância térmica em plantas; no entanto, seu envolvimento na tolerância à seca permanece obscuro. Neste estudo, genes que codificam DnaJ1 foram clonados de tomate selvagem resistente à seca (Solanum pennellii) e tomate cultivado sensível à seca (Solanum lycopersicum). SpDnaJ1 e SlDnaJ1 de ambas as espécies de tomate foram localizadas no cloroplasto, e sua expressão gênica foi induzida por vários estresses abióticos. SpDnaJ1 mostrou-se um regulador mais potente que SlDnaJ1 na tolerância ao estresse oxidativo quando expressa em células de levedura. A superexpressão de SpDnaJ1 demonstrou conferir tolerância à seca em plantas transgênicas de tomate cultivado. Essas plantas transgênicas exibiram condutividade relativa reduzida, taxa de perda de água foliar e conteúdo de malondialdeído em comparação com plantas do tipo selvagem após tratamento de seca. A análise de RNA-seq revelou que a superexpressão de SpDnaJ1 afeta principalmente a expressão de genes associados a antioxidantes, inibidores de protease e sinalização MAPK em resposta ao estresse hídrico. A triagem de uma biblioteca de cDNA de tomate no sistema de duplo-híbrido de levedura identificou uma proteína similar à flavanona 3-hidroxilase (F3HL) como uma proteína interagente de DnaJ1. Achados subsequentes revelaram que F3HL aumenta a tolerância à seca em tomate ao aumentar a atividade de enzimas antioxidantes e eliminar espécies reativas de oxigênio. Esses achados demonstram um papel fundamental da interação DnaJ1-F3HL no aumento da tolerância à seca, revelando um novo mecanismo molecular na tolerância à seca em plantas. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The DnaJ1 heat shock protein interacts with the flavanone 3-hydroxylase-like protein F3HL to synergistically enhance drought tolerance by scavenging reactive oxygen species in tomato: The widely distributed heat shock protein DnaJ is renowned for its pivotal role in enhancing thermal tolerance in plants; however, its involvement in drought tolerance remains elusive. In this study, genes encoding DnaJ1 were cloned from drought-resistant wild tomato (Solanum pennellii) and drought-sensitive cultivated tomato (Solanum lycopersicum). SpDnaJ1 and SlDnaJ1 from both tomato species were localized in the chloroplast, and their gene expression was induced by various abiotic stresses. SpDnaJ1 was found to be a more potent regulator than SlDnaJ1 in oxidative stress tolerance when expressed in yeast cells. Overexpression of SpDnaJ1 was demonstrated to confer drought tolerance in transgenic plants of cultivated tomato. These transgenic plants exhibited reduced relative conductivity, leaf water loss rate, and malondialdehyde content as compared to the wild-type plants following drought treatment. RNA-seq analysis revealed that overexpression of SpDnaJ1 primarily affects the expression of genes associated with antioxidants, protease inhibitors, and MAPK signaling in response to drought stress. Screening of a tomato cDNA library in the yeast two-hybrid system identified a flavanone 3-hydroxylase-like protein (F3HL) as an interacting protein of DnaJ1. Subsequent findings revealed that F3HL enhances drought tolerance in tomato by increasing the activity of antioxidant enzymes and scavenging reactive oxygen species. These findings demonstrate a pivotal role of DnaJ1–F3HL interaction in enhancing drought tolerance, unveiling a novel molecular mechanism in drought tolerance in plants. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aquecimento global induzido por atividades antropogênicas representa uma ameaça significativa aos ecossistemas de recifes de coral em todo o mundo. No entanto, certas espécies no Golfo Pérsico exibem resiliência notável a temperaturas elevadas em comparação com suas contrapartes em outros sistemas recifais. Para compreender a tolerância térmica em corais do Golfo Pérsico e suas respostas moleculares a temperaturas extremamente quentes, espécimes de Acropora downingi coletados da Ilha Larak foram submetidos a um choque térmico de 34 ± 1 °C. Avaliamos a coloração do coral, branqueamento e expressão de mRNA de biomarcadores relacionados a proteínas de choque térmico (HSPs) como Hsp70 e Hsp90, marcadores de estresse oxidativo como Catalase e superóxido dismutase de manganês (Cat e Mn-Sod), fatores anti-apoptóticos exemplificados por linfoma de células B 2 (Bcl-2), e genes relacionados à calcificação incluindo galaxina (Gal) após 24 h e 48 h de exposição ao choque térmico. A exposição de A. downingi a um choque térmico de 48 h a 34 °C resultou em desbotamento perceptível da coloração do coral em comparação com o grupo de controle. Apesar disso, os corais demonstraram resiliência e não sofreram branqueamento completo. Nossos achados também revelaram aumento significativo da expressão de mRNA de Hsp70, Hsp90, Cat, Mn-Sod, Bcl-2 e Gal após 24 h de estresse térmico. Entretanto, após 48 h, observou-se diminuição dos transcritos para Hsp90, Cat e Gal. Estes resultados sugerem os papéis fundamentais desempenhados por genes envolvidos nas vias de sinalização de HSP, respostas ao estresse oxidativo, processos anti-apoptóticos e processos de calcificação na adaptação do coral do Golfo Pérsico ao estresse térmico e sua resistência ao branqueamento. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Transcription of genes involved in bleaching of a coral reef species Acropora downingi (Wallace, 1999) in response to high temperature: Anthropogenic-induced global warming poses a significant threat to coral reef ecosystems worldwide. However, certain species within the Persian Gulf exhibit remarkable resilience to elevated temperatures compared to their counterparts in other reef systems. To understand the thermal tolerance in Persian Gulf corals and their molecular responses to extreme warm temperatures, Acropora downingi specimens collected from Larak Island were subjected to a heat shock of 34 ± 1 °C. We evaluated coral coloration, bleaching, and mRNA expression of biomarkers related to heat shock proteins (HSPs) such as Hsp70 and Hsp90, oxidative stress markers like Catalase and manganese superoxide dismutase (Cat and Mn-Sod), anti-apoptotic factors exemplified by B-cell lymphoma 2 (Bcl-2), and calcification-related genes including galaxin (Gal) after 24 h and 48 h of thermal shock exposure. Exposure of A. downingi to a 48-h heat shock at 34 °C resulted in noticeable fading of coral coloration compared to the control group. Despite this, the corals demonstrated resilience and did not undergo complete bleaching. Our findings also revealed significant increase of Hsp70, Hsp90, Cat, Mn-Sod, Bcl-2, and Gal mRNA expression after 24 h of thermal stress. However, after 48 h, transcripts for Hsp90, Cat, and Gal were observed to be decreased. These results suggest the pivotal roles played by genes involved in HSP signaling pathways, oxidative stress responses, anti-apoptosis processes, and calcification processes in the Persian Gulf coral's adaptation to thermal stress and its resistance to bleaching. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tolerância à temperatura varia amplamente entre as espécies e desempenha um papel crucial na formação de adaptações fisiológicas e evolutivas. Aqui, investigamos as respostas ao estresse térmico em Caenorhabditis briggsae e Caenorhabditis elegans usando múltiplos isolados. Nossos resultados demonstram que C. briggsae exibe sobrevivência, crescimento e reprodução aprimorados em temperaturas elevadas em comparação com C. elegans. A maior resistência ao calor foi evidente desde o estágio larval L1. Notavelmente, isolados de C. briggsae de regiões tropicais e temperadas foram igualmente resistentes ao estresse térmico, sugerindo que a tolerância térmica elevada é uma característica intrínseca desta espécie. Para explorar a base genética molecular da tolerância térmica, examinamos a expressão de reguladores de choque térmico. A análise transcricional revelou que C. briggsae monta uma resposta rápida e robusta ao choque térmico, com CBG19186, o ortólogo mais próximo de C. elegans hsp-16.2, mostrando maior indução e dinâmica de recuperação mais rápida. A expressão máxima de hsp-16.2/CBG19186 ocorreu a uma temperatura 2°C mais alta em C. briggsae do que em C. elegans. Esses achados fornecem a primeira evidência in vivo de diferenças de temperatura na resposta transcricional de uma única proteína entre as 2 espécies, sugerindo que C. briggsae evoluiu para um limite térmico mais alto para processos moleculares-chave, provavelmente contribuindo para sua capacidade de suportar temperaturas extremas. Apesar de sua superior resistência térmica, C. briggsae mostrou maior sensibilidade ao estresse oxidativo, osmótico e do retículo endoplasmático, sugerindo uma possível compensação de aptidão. Nossos achados demonstram diferenças significativas nas sensibilidades ao estresse entre os 2 nematódeos, fornecendo uma base para investigações adicionais sobre os mecanismos moleculares e evolutivos subjacentes às suas respostas ao estresse. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Heat tolerance and genetic adaptations in Caenorhabditis briggsae: Insights from comparative studies with Caenorhabditis elegans: Temperature tolerance varies widely across species and plays a crucial role in shaping physiological and evolutionary adaptations. Here, we investigate thermal stress responses in Caenorhabditis briggsae and Caenorhabditis elegans using multiple isolates. Our results demonstrate that C. briggsae exhibits enhanced survival, growth, and reproduction at elevated temperatures compared to C. elegans. The increased heat resistance was evident from the L1 larval stage. Notably, C. briggsae isolates from both tropical and temperate regions were equally resistant to heat stress, suggesting that elevated thermal tolerance is an intrinsic feature of this species. To explore the molecular genetic basis of thermal tolerance, we examined expression of heat shock regulators. Transcriptional analysis revealed that C. briggsae mounts a rapid and robust heat shock response, with CBG19186, the closest ortholog of C. eleganshsp-16.2, showing higher induction and faster recovery dynamics. The peak expression of hsp-16.2/CBG19186 occurred at a temperature 2°C higher in C. briggsae than in C. elegans. These findings provide the first in vivo evidence of temperature differences in the transcriptional response of a single protein between the 2 species, suggesting that C. briggsae has evolved a higher thermal limit for key molecular processes, likely contributing to its ability to withstand extreme temperatures. Despite its superior thermal resistance, C. briggsae showed higher sensitivity to oxidative, osmotic, and endoplasmic reticulum stress, suggesting a potential fitness trade-off. Our findings demonstrate significant differences in stress sensitivities between the 2 nematodes, providing a foundation for further investigations into the molecular and evolutionary mechanisms underlying their stress responses. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aquecimento climático global e as ondas de calor frequentes representam ameaças significativas ao crescimento e sobrevivência dos organismos marinhos. O búzio-marfim, Babylonia areolata, desempenha um papel crucial na aquicultura marinha como um molusco amplamente distribuído em mares tropicais e subtropicais. No entanto, pesquisas limitadas foram conduzidas sobre seus mecanismos moleculares em resposta ao estresse térmico. Este estudo visa explorar genes relacionados à tolerância térmica e vias regulatórias através da construção de uma biblioteca de cDNA sob estresse térmico e utilizando um método de triagem de alto rendimento baseado em levedura. Após a exposição de três populações ao estresse térmico agudo, uma biblioteca de cDNA de estresse térmico foi construída com capacidade de 1,104 × 10⁸, contendo 2,208 × 10⁸ clones. Subsequentemente, a biblioteca foi transformada na levedura INVSc1 e submetida à triagem em alta temperatura a 39 °C. Todos os clones positivos foram então submetidos ao sequenciamento de próxima geração (NGS) para identificação rápida de 1148 genes candidatos associados à tolerância térmica. A análise de enriquecimento revelou que esses genes foram significativamente enriquecidos em sete vias KEGG, incluindo Processamento de proteínas no retículo endoplasmático, Ribossomo e Proteólise mediada por ubiquitina. Adicionalmente, através do sequenciamento de primeira geração de 96 clones positivos selecionados aleatoriamente a 39 °C, identificamos 51 sequências únicas associadas ao estresse térmico que incluíam genes previamente relatados como EEF2, HSPB1, UBC e HSPA4. Experimentos subsequentes de tolerância térmica em levedura validaram ainda mais o papel essencial desempenhado por esses 51 genes em resposta a condições de estresse térmico. Finalmente, dados de RNA-seq forneceram evidências para níveis de expressão regulados positivamente desses genes durante a exposição a temperaturas elevadas. Este estudo construiu com sucesso a primeira biblioteca de cDNA para B. areolata sob condições de estresse térmico, identificou vias-chave e genes candidatos associados à tolerância térmica, e demonstrou a aplicabilidade de métodos de triagem de alto rendimento em levedura na investigação de características de resistência ao estresse em invertebrados. Esses achados contribuem para uma compreensão mais profunda das estratégias empregadas por B. areolata para responder ao estresse térmico, e fornecem suporte técnico para estudar os mecanismos moleculares subjacentes às respostas a estresses abióticos em organismos aquáticos. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

High-throughput screening of thermal tolerant candidate genes in the ivory shell (Babylonia areolata) based on the yeast strain INVSc1: Global climate warming and frequent heatwaves present significant threats to the growth and survival of marine organisms. The ivory shell, Babylonia areolata, plays a crucial role in marine aquaculture as a widely distributed mollusk in tropical and subtropical seas. However, limited research has been conducted on its molecular mechanisms in response to heat stress. This study aims to explore thermal-tolerant related genes and regulatory pathways by constructing a cDNA library under heat stress and using a yeast-based high-throughput screening method. Following exposure of three populations to acute heat stress, a heat stress cDNA library was constructed with a capacity of 1.104 × 108, containing 2.208 × 108 clones. Subsequently, the library was transformed into yeast INVSc1 and underwent high-temperature screening at 39 °C. All positive clones were then subjected to next-generation sequencing (NGS) for rapid identification of 1148 candidate genes associated with thermal tolerance. Enrichment analysis revealed that these genes were significantly enriched in seven KEGG pathways, including Protein processing in endoplasmic reticulum, Ribosome and Ubiquitin mediated proteolysis. Additionally, through first-generation sequencing of 96 randomly selected positive clones at 39 °C, we identified 51 unique sequences associated with heat stress which included previously reported genes like EEF2, HSPB1, UBC and HSPA4. Subsequent yeast heat tolerance experiments further validated the essential role played by these 51 genes in response to thermal stress conditions. Finally, RNA-seq data provided evidence for upregulated expression levels of these genes during exposure to elevated temperatures. This study successfully constructed the first cDNA library for B. areolata under heat stress conditions, identified key pathways and candidate genes associated with thermal tolerance, and demonstrated the applicability of yeast high-throughput screening methods in investigating stress resistance traits in invertebrates. These findings contribute to a deeper understanding of the strategies employed by B. areolata to respond to heat stress, and provide technical support for studying the molecular mechanisms underlying abiotic stress responses in aquatic organisms. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

De uma perspectiva de conservação, é importante identificar quando temperaturas subletais começam a afetar adversamente um organismo. No entanto, não está claro se, durante exposições agudas, os limiares celulares subletais ocorrem em temperaturas similares a outras mudanças fisiológicas ou comportamentais, ou em temperaturas associadas com parâmetros fisiológicos comuns medidos em peixes para estimar a tolerância térmica. Para testar isso, estimamos a preferência térmica (15,1 ±1,1°C, média±d.p.) usando uma caixa de escolha térmica, a temperatura de agitação (22,0 ±1,4°C), definida como o ponto onde um peixe exibe uma resposta comportamental de evitação, e o limite térmico superior (CT<inf>máx</inf>, 28,2±0,4°C) para trutas-de-riacho (Salvelinus fontinalis) de 1 ano de idade aclimatadas a 10°C. Em seguida, expusemos agudamente um subconjunto diferente de peixes às temperaturas médias associadas com os parâmetros fisiológicos predeterminados e coletamos tecidos quando eles atingiram a temperatura alvo ou após 60 minutos de recuperação a 10°C para análise transcriptômica. Usamos qPCR para estimar os níveis de transcritos de mRNA de genes associados com proteínas de choque térmico, estresse oxidativo, apoptose e fatores de transcrição induzíveis. Uma grande mudança na resposta do transcriptoma ocorreu uma vez que a temperatura de agitação foi atingida, o que pode identificar uma possível ligação entre a resposta celular ao estresse e a resposta comportamental de evitação. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Behavioural responses to acute warming precede critical shifts in the cellular and physiological thermal stress responses in a salmonid fish (brook trout, Salvelinus fontinalis): From a conservation perspective, it is important to identify when sub-lethal temperatures begin to adversely impact an organism. However, it is unclear whether, during acute exposures, sub-lethal cellular thresholds occur at similar temperatures to other physiological or behavioural changes, or at temperatures associated with common physiological endpoints measured in fishes to estimate thermal tolerance. To test this, we estimated temperature preference (15.1 ±1.1°C, mean±s.d.) using a shuttle box, agitation temperature (22.0 ±1.4°C), defined as the point where a fish exhibits a behavioural avoidance response, and the upper thermal limit (CT<inf>max</inf>, 28.2±0.4°C) for 1 year old brook trout (Salvelinus fontinalis) acclimated to 10°C. We then acutely exposed a different subset of fish to the mean temperatures associated with the pre-determined physiological endpoints and sampled tissues when they reached the target temperature or after 60 min of recovery at 10°C for transcriptomic analysis. We used qPCR to estimate mRNA transcript levels of genes associated with heat shock proteins, oxidative stress, apoptosis and inducible transcription factors. A major shift in the transcriptome response occurred once the agitation temperature was reached, which may identify a possible link between the cellular stress response and the behavioural avoidance response. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A proteção cruzada ocorre quando a exposição a um estressor confere maior tolerância contra um estressor diferente. Alternativamente, a exposição a um estressor poderia resultar em tolerância reduzida contra outros estressores. Embora a proteção cruzada tenha sido documentada em uma ampla gama de táxons nos estágios de vida juvenil e adulto, se a exposição precoce do desenvolvimento a um estressor confere proteção cruzada ou tolerância reduzida a outros estressores mais tarde na vida através da plasticidade do desenvolvimento permanece em grande parte inexplorado. Neste estudo, examinamos se a temperatura alterada durante o desenvolvimento embrionário resulta em plasticidade do desenvolvimento na tolerância térmica superior ou tolerância à hipóxia usando um pequeno peixe Fundulus heteroclitus, e examinamos potenciais mecanismos moleculares subjacentes. Incubamos embriões em uma de duas temperaturas ecologicamente relevantes (20°C ou 26°C) até a eclosão. Uma vez eclodidos, os peixes foram criados a uma temperatura comum de 20°C por 1 ano, e a tolerância foi avaliada em juvenis (6 meses) e adultos jovens (1 ano). A temperatura de desenvolvimento não teve efeito significativo na tolerância térmica (CT<inf>max</inf>) em peixes juvenis, ou na abundância de transcritos de genes relacionados à tolerância térmica (proteínas de choque térmico constitutivas, hsc70, hsp90b). Em contraste, a temperatura de desenvolvimento reduzida diminuiu a tolerância à hipóxia, mas aumentou os níveis de transcrito do fator induzível por hipóxia hif1α em peixes juvenis, mas os efeitos foram menos evidentes em peixes mais velhos. No geral, não encontramos nenhuma indicação de plasticidade do desenvolvimento para tolerância térmica, mas houve evidências de impactos negativos da menor temperatura de desenvolvimento na tolerância à hipóxia em juvenis associados a mudanças na expressão gênica, fornecendo evidências de plasticidade do desenvolvimento entre estressores e níveis de organização. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Exposure to sub-optimal temperature during early development decreases hypoxia tolerance in juvenile Fundulus heteroclitus: Cross-protection occurs when exposure to one stressor confers heightened tolerance against a different stressor. Alternatively, exposure to one stressor could result in reduced tolerance against other stressors. Although cross-protection has been documented in a wide range of taxa at juvenile and adult life stages, whether early developmental exposure to a stressor confers cross-protection or reduced tolerance to other stressors later in life through developmental plasticity remains largely unexplored. In this study, we examined whether altered temperature during embryonic development results in developmental plasticity in upper thermal tolerance or hypoxia tolerance using a small topminnow, Fundulus heteroclitus, and examined potential underlying molecular mechanisms. We incubated embryos at one of two ecologically relevant temperatures (20°C or 26°C) until hatch. Once hatched, fish were raised at a common temperature of 20°C for 1 year, and tolerance was assessed in both juveniles (6 months) and early adults (1 year). Developmental temperature had no significant effect on thermal tolerance (CT<inf>max</inf>) in juvenile fish, or on the transcript abundance of thermal tolerance-related genes (constitutive heat shock proteins, hsc70, hsp90b). In contrast, reduced developmental temperature decreased hypoxia tolerance but increased transcript levels of the hypoxia inducible factor hif1α in juvenile fish but the effects were less evident in older fish. Overall, we found no indication of developmental plasticity for thermal tolerance, but there was evidence of negative impacts of lower developmental temperature on hypoxia tolerance in juveniles associated with changes in gene expression, providing evidence of developmental plasticity across stressors and levels of organization. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

As temperaturas drasticamente altas desencadeadas pelas mudanças climáticas globais ameaçam o crescimento e a produtividade do milho. Nos últimos anos, atenção crescente tem se voltado para os impactos do dano térmico no milho. No entanto, os mecanismos moleculares por trás da adaptação do milho ao estresse térmico permanecem em grande parte inexplorados. Para descobrir como as plantas se protegem do estresse térmico, realizamos uma análise fosfoproteômica em folhas de milho usando métodos proteômicos quantitativos multiplex baseados em iTRAQ e LC-MS/MS. Um total de 1594 fosfopeptídeos atribuídos a 875 proteínas foram identificados. Uma análise de enriquecimento funcional das proteínas e fosfoproteínas revelou que as respostas térmicas iniciais do milho estavam associadas a modificações traducionais e pós-traducionais, renovação proteica e ligação de chaperonas na via MAPK. Uma análise de motivos também produziu um número significativo de potenciais substratos de MAPK. A caracterização funcional das fosfoproteínas e vias identificadas aqui fornecerá novas percepções para melhorar a tolerância térmica das culturas. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Phosphoproteomic Analysis of Maize Seedlings Provides Insights into the Mechanisms of Heat-Stress Tolerance: The dramatically high temperatures triggered by global climate change threaten maize growth and yield. In recent years, increasing attention has focused on the impacts of heat injury on maize. However, the molecular mechanisms behind maize’s adaptation to heat stress remain largely unexplored. To uncover how plants protect themselves from heat stress, we performed a phosphoproteomic analysis on maize leaves by using multiplex iTRAQ-based quantitative proteomic and LC-MS/MS methods. A total of 1594 phosphopeptides ascribed to 875 proteins were identified. A functional enrichment analysis of the proteins and phosphoproteins revealed that the early thermal responses of maize were associated with translational and post-translational modifications, protein turnover, and chaperone binding in the MAPK pathway. A motif analysis also yielded a significant number of potential MAPK substrates. The functional characterization of the phosphoproteins and pathways identified here will provide new insights for improving crop thermal tolerance. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A evolução da tolerância ao aquecimento pode ajudar espécies a resistir aos impactos das mudanças climáticas, mas também pode levar a resultados negativos de aptidão. Identificar respostas correlacionadas à evolução da tolerância ao aquecimento poderia identificar tais consequências negativas e ajudar a descobrir os mecanismos subjacentes. Ao avaliar as respostas correlacionadas de características de história de vida e fisiológicas a sete gerações de seleção artificial para aumentar ou diminuir o limite agudo de tolerância térmica superior (CT<inf>máx</inf>) em zebrafish (Danio rerio), mostramos que linhagens adaptadas ao aquecimento têm tolerância ao resfriamento melhorada. Além disso, a ausência de diferença entre linhagens selecionadas no escopo metabólico aeróbico, níveis de proteínas de choque térmico cerebral, fecundidade, crescimento ou velocidade de nata contradiz várias hipóteses sobre os mecanismos que controlam a tolerância aguda ao aquecimento. Estes resultados sugerem que a seleção devido a eventos de aquecimento agudo não tem como alvo a variação nas taxas metabólicas, mas pode beneficiar a tolerância ao frio, tornando os indivíduos mais resilientes a eventos de temperatura extrema. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Evolution of warming tolerance alters physiology and life history traits in zebrafish: Evolution of warming tolerance may help species resist the impacts of climate change but can also lead to negative fitness outcomes. Identifying correlated responses to warming tolerance evolution could identify such negative consequences and help uncover the underlying mechanisms. By assessing the correlated responses of life history and physiological traits to seven generations of artificial selection to increase or decrease the acute upper thermal tolerance limit (CT<inf>max</inf>) in zebrafish (Danio rerio), we show that warming-adapted lines have improved cooling tolerance. Furthermore, the absence of difference between selected lines in aerobic metabolic scope, brain heat shock protein levels, fecundity, growth or swimming speed contradicts several hypotheses concerning the mechanisms controlling acute warming tolerance. These results suggest that selection due to acute heating events does not target variation in metabolic rates but can benefit tolerance to cold, making individuals more resilient to extreme temperature events. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aumento das temperaturas da água devido às mudanças climáticas representa uma ameaça significativa para Phoxinus lagowskii, um peixe de água fria ecologicamente vital para as regiões de alta latitude da China. Este estudo avaliou os efeitos do estresse térmico nas respostas comportamentais, hematológicas, histológicas, fisiológicas e moleculares em P. lagowskii. A temperatura crítica máxima (CTmax) foi determinada usando o método da perda de equilíbrio (LOE), com a CTmax atingindo 29 °C. Temperaturas elevadas levam a um aumento no OBR. Os peixes foram submetidos a estresse térmico agudo a 28 °C (abaixo da CTmax) por 48 h, com amostras coletadas durante o período de 48 h. RBC, WBC, HGB e HCT aumentaram significativamente durante o estresse térmico, mas diminuíram 12 h após o estresse térmico. Os níveis de cortisol sérico e glicose sanguínea após o estresse térmico foram significativamente maiores do que os do grupo de controle. Após o estresse térmico, a altura do ILCM nas brânquias aumentou significativamente, e o fígado exibiu degeneração vacuolar e hipopigmentação. As atividades de Na+-K+-ATPase e Ca2+-Mg2+-ATPase nas brânquias inicialmente aumentaram e depois diminuíram ao longo da duração do estresse térmico. A maioria das atividades enzimáticas (PK, LDH, PFK e HK) diminuiu durante o estresse térmico, enquanto os níveis de LPL e HL aumentaram, indicando que o metabolismo lipídico foi o principal processo de utilização sob estresse térmico. Houve um aumento na atividade de SOD às 12 h, seguido por uma diminuição às 24 h, e um aumento na atividade de CAT sob estresse térmico. Resposta integrada de biomarcadores (IBR) e análise de componentes principais (PCA) foram empregadas para sintetizar respostas multinível. Os valores de IBR atingiram seu pico às 3 h e 48 h de estresse térmico. Observamos uma regulação positiva de proteínas de choque térmico (Hsp70, Hsp90 e Hsc70), bem como de interleucina-10 (IL-10) em resposta ao estresse térmico. Nossos achados oferecem novas perspectivas sobre os mecanismos subjacentes à resposta ao estresse térmico em P. lagowskii, aprimorando assim nossa compreensão dos efeitos do estresse térmico em peixes de água fria. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Behavioral, Hematological, Histological, Physiological Regulation and Gene Expression in Response to Heat Stress in Amur Minnow (Phoxinus lagowskii): Rising water temperatures due to climate change pose a significant threat to Phoxinus lagowskii, a cold-water fish that is ecologically vital to the high-latitude regions of China. This study assessed heat stress effects on behavioral, hematological, histological, physiological, and molecular responses in P. lagowskii. The critical maximum temperature (CT<inf>max</inf>) was determined using the loss of equilibrium (LOE) method, with the CT<inf>max</inf> reaching 29 °C. Elevated temperatures lead to an increase in the OBR. Fish were subjected to acute heat stress at 28 °C (below CT<inf>max</inf>) for 48 h, with samples collected during the 48 h period. RBC, WBC, HGB, and HCT significantly increased during heat stress but decreased 12 h after heat stress. The levels of serum cortisol and blood glucose after heat stress were significantly higher than those in the control group. After heat stress, the height of the ILCM in the gills increased significantly, and the liver exhibited vacuolar degeneration and hypopigmentation. The activities of Na+-K+-ATPase and Ca2+-Mg2+-ATPase in the gills initially increased and then decreased over the duration of heat stress. Most enzyme activities (PK, LDH, PFK, and HK) decreased during heat stress, while LPL and HL levels increased, indicating that lipid metabolism was the primary utilization process under heat stress. There was an increase in SOD activity at 12 h, followed by a decrease at 24 h, and an increase in CAT activity under heat stress. Integrated biomarker response (IBR) and principal component analysis (PCA) were employed to synthesize multi-level responses. The IBR values reached their peak at 3 h and 48 h of heat stress. We observed an upregulation of heat shock proteins (Hsp70, Hsp90, and Hsc70) as well as interleukin-10 (IL-10) in response to heat stress. Our findings offer novel insights into the mechanisms underlying the heat stress response in P. lagowskii, thereby enhancing our understanding of the effects of heat stress on cold-water fish. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Microrganismos como leveduras probióticas e bactérias lácticas são capazes de sobreviver—e em alguns casos prosperar—sob condições desafiadoras, incluindo variações na composição da ração, níveis de umidade e altas temperaturas tipicamente encontradas durante o processamento de rações, como a peletização a vapor. O objetivo principal deste estudo foi avaliar o efeito de diferentes temperaturas e tempos de exposição na viabilidade de probióticos à base de leveduras e bactérias lácticas em solução aquosa. Em seguida, os probióticos foram liofilizados e incorporados separadamente em uma matriz de ração para avaliar sua sobrevivência durante processos de peletização simulados e reais. Além disso, foi realizada uma análise comparativa para avaliar a viabilidade de Saccharomyces boulardii RC009 sob dois métodos diferentes de secagem: liofilização e secagem em leito fluidizado. Todas as cepas avaliadas exibiram termorresistência em toda a faixa de temperatura testada, com as leveduras demonstrando maior resistência do que as cepas bacterianas. Notavelmente, Saccharomyces spp. e Pediococcus pentosaceus mostraram a maior tolerância térmica. Essa resiliência aprimorada pode ser atribuída à presença de proteínas de choque térmico (Hsps) e sistemas de defesa antioxidante em leveduras, e à produção de exopolissacarídeos termoestáveis (EPS-DPS) em P. pentosaceus. Com base nessas descobertas, os probióticos liofilizados foram integrados com sucesso em uma matriz de ração e submetidos a processos de granulação para avaliar sua viabilidade pós-processamento. Até onde sabemos, este é o primeiro estudo a avaliar sistematicamente o impacto da temperatura e do tempo de exposição na viabilidade de probióticos durante tratamentos tecnológicos pré e pós no contexto da produção de rações. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Evaluating the impact of temperatures and exposure times on probiotics viability under pre- and post- technological processes: Microorganisms such as probiotic yeasts and lactic acid bacteria are capable of surviving—and in some cases thriving—under challenging conditions, including varying feed compositions, moisture levels, and high temperatures typically encountered during feed processing, such as steam pelleting. The primary objective of this study was to evaluate the effect of different temperatures and exposure times on the viability of yeast- and lactic acid bacteria-based probiotics in aqueous solution. Following this, the probiotics were freeze-dried and incorporated separately into a feed matrix to assess their survival during both simulated and actual pelleting processes. In addition, a comparative analysis was conducted to evaluate the viability of Saccharomyces boulardii RC009 under two different drying methods: freeze-drying and fluidized bed drying. All strains evaluated exhibited thermoresistance across the tested temperature range, with yeasts demonstrating greater resistance than bacterial strains. Notably, Saccharomyces spp. and Pediococcus pentosaceus showed the highest thermal tolerance. This enhanced resilience may be attributed to the presence of heat shock proteins (Hsps) and antioxidant defense systems in yeasts, and the production of heat-stable exopolysaccharides (EPS-DPS) in P. pentosaceus. Building on these findings, the freeze-dried probiotics were successfully integrated into a feed matrix and subjected to granulation processes to evaluate their viability post-processing. To our knowledge, this is the first study to systematically assess the impact of temperature and exposure time on probiotic viability during both pre- and post-technological treatments in the context of feed production. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

As comunidades microbianas do solo desempenham papéis vitais na estabilidade ecológica e oferecem potencial significativo para inovações biotecnológicas. Esses microrganismos frequentemente encontram estressores abióticos como o calor, que pode ativar mecanismos de proteção incluindo a superexpressão de proteínas de choque térmico (HSPs). Neste estudo, uma bactéria do solo resiliente, Priestia aryabhattai linhagem PSK.N2, foi isolada dos Gates Ocidentais da Índia e identificada através de uma abordagem polifásica. Os parâmetros de crescimento foram otimizados antes de submeter a linhagem ao estresse térmico, tanto isoladamente quanto na presença de concentrações subletais de antibióticos que visam processos celulares distintos: replicação de DNA, transcrição de RNA, síntese proteica e biossíntese da parede celular. A análise comparativa de proteínas (via SDS-PAGE), ensaios de agregação proteica e avaliações de sobrevivência (diluição em ponto único e enumeração de UFC) revelaram que células submetidas ao estresse térmico mostraram tolerância térmica aumentada em comparação com aquelas cultivadas em condições ótimas. Esta resistência aumentada foi associada à superexpressão transitória de proteínas relacionadas ao estresse de ~17-90 kDa. Em contraste, células tratadas com antibióticos que inibem a transcrição e tradução (rifampicina e cloranfenicol) mostraram tolerância diminuída, provavelmente devido ao comprometimento da síntese de proteínas de resposta ao estresse. Estes achados sugerem que a pré-exposição ao estresse aumenta a preparação celular através da indução seletiva de proteínas, oferecendo insights para o desenvolvimento de linhagens microbianas resistentes ao estresse para aplicações em bioprocessamento, remediação ambiental e terapêutica microbiana. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Stress-induced proteins enhance thermal endurance in soil bacterium Priestia aryabhattai strain PSK.N2: Soil microbial communities play vital roles in ecological stability and offer significant potential for biotechnological innovations. These microorganisms frequently encounter abiotic stressors such as heat, which can activate protective mechanisms including the overexpression of heat shock proteins (HSPs). In this study, a resilient soil bacterium, Priestia aryabhattai strain PSK.N2, was isolated from the Western Ghats of India and identified through a polyphasic approach. Growth parameters were optimized before subjecting the strain to heat stress, both alone and in the presence of sub-lethal concentrations of antibiotics that target distinct cellular processes; DNA replication, RNA transcription, protein synthesis, and cell wall biosynthesis. Comparative protein profiling (via SDS-PAGE), protein aggregation assays, and survival assessments (single spot dilution and CFU enumeration) revealed that heat-stressed cells showed enhanced thermal tolerance compared to those grown under optimal conditions. This increased endurance was associated with the transient overexpression of ~ 17–90 kDa stress-related proteins. In contrast, cells treated with transcription and translation-inhibiting antibiotics (rifampicin and chloramphenicol) showed diminished tolerance, likely due to impaired synthesis of stress-response proteins. These findings suggest that pre-exposure to stress enhances cellular preparedness through selective protein induction, offering insights for developing stress-resilient microbial strains for applications in bioprocessing, environmental remediation, and microbial therapeutics. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

O pulgão-da-soja, Aphis glycines Matsumura (Hemiptera: Aphididae), é uma praga importante em campos de soja. Embora o estresse por alta temperatura induzido pelo aquecimento global possa inicialmente suprimir as populações de pulgões, essas pragas podem eventualmente se adaptar, levando a infestações mais severas e danos às culturas. As proteínas de choque térmico (HSPs), que são reguladas positivamente em resposta ao estresse térmico para proteger o desenvolvimento dos pulgões, também conferem tolerância a outros estressores abióticos, incluindo inseticidas. Para investigar o papel das HSPs na resistência a inseticidas em A. glycines, analisamos os perfis de expressão de três genes AgHsp90 (AgHsp75, AgHsp83 e AgGrp94) após exposição a altas temperaturas e inseticidas. A validação funcional foi realizada usando interferência de RNA (RNAi) para silenciar os genes AgHsp90. Nossos resultados demonstraram que os genes AgHsp90 foram significativamente regulados positivamente sob condições de estresse térmico e por inseticidas. Além disso, após alimentação com dsRNA dos genes AgHsp90, as taxas de mortalidade de A. glycines aumentaram significativamente quando expostas a imidacloprido e lambda-cialotrina. Este estudo fornece evidências de que os genes AgHsp90 desempenham um papel crucial na mediação da tolerância térmica e resistência a inseticidas em A. glycines. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Expression of Heat Shock Protein 90 Genes Induced by High Temperature Mediated Sensitivity of Aphis glycines Matsumura (Hemiptera: Aphididae) to Insecticides: Soybean aphid, Aphis glycines Matsumura (Hemiptera: Aphididae), is a major pest of soybean fields. While high-temperature stress induced by global warming can initially suppress aphid populations, these pests may eventually adapt, leading to more severe infestations and crop damage. Heat shock proteins (HSPs), which are upregulated in response to heat stress to protect aphid development, also confer tolerance to other abiotic stressors, including insecticides. To investigate the role of HSPs in insecticide resistance in A. glycines, we analyzed the expression profiles of three AgHsp90 genes (AgHsp75, AgHsp83, and AgGrp94) following exposure to high temperatures and insecticides. Functional validation was performed using RNA interference (RNAi) to silence AgHsp90 genes. Our results demonstrated that AgHsp90 genes were significantly upregulated under both heat and insecticide stress conditions. Furthermore, after feeding on dsRNA of AgHsp90 genes, mortality rates of A. glycines significantly increased when exposed to imidacloprid and lambda-cyhalothrin. This study provides evidence that AgHsp90 genes play a crucial role in mediating thermal tolerance and insecticide resistance in A. glycines. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Para lidar melhor com as mudanças na temperatura da água, a maioria dos ectotérmicos aquáticos sofre aclimatação fisiológica que frequentemente altera sua tolerância térmica. O período de tempo e a contribuição relativa de vários mecanismos subjacentes permanecem pouco claros, mas são cruciais para entender as previsões dos impactos das mudanças climáticas. Investigamos três mecanismos candidatos envolvidos na aclimatação térmica em peixes: expressão de proteínas de choque térmico (especificamente HSP70), densidade mitocondrial (expressão de citrato sintase [CS]) e fluidez da membrana (via polarização de fluorescência espectroscópica). Zebrafish foram aclimatados a temperaturas frias (20 °C), controle (28 °C) ou quentes (35 °C) por duas semanas, seguido pela metade de cada grupo recebendo um choque térmico de 3 horas para observar seu potencial para aclimatação rápida adicional (endurecimento térmico). Como esperado, a tolerância ao aquecimento agudo (CT<inf>max</inf>) aumentou com a temperatura de aclimatação de longo prazo. CT<inf>max</inf> também aumentou em ∼0,5–1 °C após o choque térmico de 3 horas, o que é surpreendentemente rápido. A expressão de HSP70 no cérebro foi fortemente regulada positivamente após a aclimatação ao calor de longo prazo e rápida, alinhando-se com os resultados de CT<inf>max</inf>. A expressão de CS não foi afetada pela aclimatação térmica nessas escalas de tempo. A fluidez da membrana no músculo diminuiu para peixes aclimatados ao calor de longo prazo quando medida a uma temperatura comum (21 °C), enquanto o choque térmico de 3 horas não teve efeito. Coletivamente, isso sugere que os ajustes na fluidez da membrana são lentos, enquanto a resposta ao choque térmico com expressão de HSP pode agir suficientemente rápido para responder a flutuações rápidas de temperatura e provavelmente está envolvida na determinação da tolerância térmica em peixes. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Physiological mechanisms of rapid and long-term thermal acclimation in a fish: To better cope with changing water temperatures, most aquatic ectotherms undergo physiological acclimation which often alters their thermal tolerance. The timeframe and relative contribution of various underlying mechanisms remain unclear, but are crucial to understand for predictions of climate change impacts. We investigated three candidate mechanisms involved in thermal acclimation in fish: heat shock protein expression (specifically HSP70), mitochondrial density (citrate synthase [CS] expression), and membrane fluidity (via spectroscopic fluorescence polarization). Zebrafish were acclimated to cold (20 °C), control (28 °C), or warm (35 °C) temperatures for two weeks, followed by half of each group receiving a 3-h heat shock to observe their potential for additional rapid acclimation (heat hardening). As expected, acute warming tolerance (CT<inf>max</inf>) increased with long-term acclimation temperature. CT<inf>max</inf> also increased by ∼0.5–1 °C following the 3-h heat shock, which is surprisingly fast. Expression of HSP70 in the brain was strongly upregulated after both long-term and rapid warm acclimation, aligning with the CT<inf>max</inf> results. CS expression was not affected by thermal acclimation at these time scales. Membrane fluidity in muscle decreased for long-term warm-acclimated fish when measured at a common temperature (21 °C), whereas the 3 h heat shock had no effect. Collectively, this suggest that adjustments in membrane fluidity are slow while the heat shock response with HSP expression can act sufficiently fast to respond to rapid temperature fluctuations and is likely involved in determining thermal tolerance in fish. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os lipídios são componentes fundamentais de muitas estruturas biológicas, e sua composição é parcialmente dependente da dieta. Diferenças na composição lipídica podem impactar o funcionamento das membranas celulares e proteínas, subsequentemente alterando a capacidade do organismo de responder às condições ambientais. A lagosta americana (Homarus americanus) é um crustáceo economicamente importante na Nova Inglaterra e é frequentemente mantida em viveiros por períodos prolongados, tipicamente com uma dieta de arenque, que difere da dieta natural de lagostas capturadas na natureza. Neste estudo, comparamos a composição lipídica do músculo, coração e hepatopâncreas de lagostas capturadas na natureza e de lagostas mantidas em viveiros que foram alimentadas com arenque ou mexilhões. Realizamos análise lipidômica, medimos a função mitocondrial, determinamos a expressão gênica de marcadores de estresse celular e avaliamos a tolerância ao estresse térmico através da avaliação da frequência cardíaca e ventilatória, bem como da oxigenação da hemolinfa durante um desafio de temperatura progressiva rápida. Encontramos uma mudança significativa na composição lipídica nos corações de lagostas mantidas em viveiros, juntamente com função mitocondrial reduzida e aumento da transcrição gênica dos marcadores de estresse celular HSP70 e AMPK, indicando um estado nutricional pior em comparação com lagostas alimentadas na natureza. As mudanças não levaram a uma alteração nos limiares térmicos, indicando uma plasticidade e tolerância substanciais para compensar condições adversas induzidas pela dieta. Este estudo liga mecanicamente dieta, composição lipídica, função mitocondrial e tolerância térmica e destaca a necessidade de uma compreensão mais detalhada dos processos celulares para entender os impactos induzidos pelas mudanças climáticas em invertebrados marinhos. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Dietary effects on cardiac lipid composition, mitochondrial respiration, stress proteins and thermal tolerance in the American lobster (Homarus americanus): Lipids are fundamental components of many biological structures, and their composition is partially diet dependent. Differences in lipid composition can impact the functioning of cellular membranes and proteins, subsequently altering the organism’s ability to respond to environmental conditions. The American lobster (Homarus americanus) is an economically important shellfish in New England and is frequently kept in lobster impoundments (pounds) for prolonged periods, typically on a diet of herring, which differs from the natural diet of wild-caught lobsters. In this study, we compared the lipid composition of lobster muscle, heart and hepatopancreas from wild-caught and from pound-kept lobsters that were fed either herring or blue mussels. We performed lipidomic analysis, measured mitochondrial function, determined gene expression of cellular stress markers and evaluated thermal stress tolerance by assessing heart and ventilation rate, as well as hemolymph oxygenation during a fast progressive temperature challenge. We found a significant shift in lipid composition in pound-kept lobster hearts together with reduced mitochondrial function, and increased gene transcription of the cellular stress markers HSP70 and AMPK, indicating a worse nutritional state, compared with wild-fed lobsters. The changes did not lead to a shift in thermal thresholds, indicating a substantial plasticity and tolerance to compensate for adverse diet-induced conditions. This study mechanistically links diet, lipid composition, mitochondrial function and thermal tolerance and highlights the need for a more detailed understanding of cellular processes to understand climate change-induced impacts on marine invertebrates. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A terapia de perfusão hipertermica (HPT) é um tratamento emergente e eficaz para tumores intracavitários, envolvendo a circulação de uma solução aquecida diretamente em cavidades corporais como os espaços peritoneal ou pleural, direcionando-se aos tumores de forma mais eficaz enquanto minimiza a toxicidade sistêmica. No entanto, a aplicação clínica da HPT está atualmente restrita a tumores intracavitários, e sua eficácia é prejudicada pela regulação positiva de genes de resistência ao estresse térmico, que aumentam a tolerância térmica das células cancerígenas. Neste estudo, desenvolvemos um hidrogel de metilcelulose sensível à temperatura com injetabilidade e removibilidade para permitir HPT direcionada para o câncer de mama triplo negativo (TNBC). Usando triagem bioinformática, identificamos a 17-alilamino-17-demethoxygeldanamicina como um potente inibidor e a incorporamos juntamente com nanopartículas derivadas de tinta de choco biocompatíveis (CINPs), um agente fototérmico natural, no hidrogel sensível à temperatura. Sob irradiação de infravermelho próximo (NIR), as CINPs medeiam a ablação fototérmica do tumor, enquanto a 17-alilamino-17-demethoxygeldanamicina reduz a resistência das células tumorais à hipertermia. Além disso, a transição de fase termorresponsiva do hidrogel permite sua remoção completa após o tratamento, estendendo o alcance da HPT além dos tumores intracavitários e minimizando a inflamação no local da injeção. Esta abordagem de HPT baseada em materiais alcançou resultados notáveis em modelos tumorais ortotópicos e metastáticos, inibindo a progressão do câncer de mama e a metástase pulmonar. Esses achados destacam o potencial da HPT baseada em materiais como um tratamento eficaz para o TNBC. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

In-situ injectable hydrogel for near-infrared-regulated hyperthermic perfusion therapy of triple-negative breast cancer: Hyperthermic perfusion therapy (HPT) is an emerging and effective treatment for intracavitary tumors, involving circulating a heated solution directly into body cavities such as the peritoneal or pleural spaces, targeting tumors more effectively while minimizing systemic toxicity. However, the clinical application of HPT is currently restricted to intracavitary tumors, and its efficacy is hampered by the up-regulation of thermal stress resistance genes, which enhance the thermal tolerance of cancer cells. Herein, we developed a temperature-sensitive methyl cellulose hydrogel with injectability and removability to enable targeted HPT for the triple-negative breast cancer (TNBC). Using bioinformatics screening, we identified 17-allylamino-17-demethoxygeldanamycin as a potent inhibitor and incorporated it alongside biocompatible cuttlefish ink-derived nanoparticles (CINPs), a natural photothermal agent, into the temperature-sensitive hydrogel. Under near-infrared (NIR) irradiation, CINPs mediate photothermal tumor ablation, while 17-allylamino-17-demethoxygeldanamycin reduces tumor cell resistance to hyperthermia. Moreover, the temperature-responsive phase transition of the hydrogel allows for its complete removal post-treatment, extending the scope of HPT beyond intracavitary tumors and minimizing inflammation at the injection site. This material-engineered HPT approach, achieved remarkable outcomes in both orthotopic and metastatic tumor models, inhibiting breast cancer progression and lung metastasis. These findings highlight the potential of materials-based HPT as an effective treatment for TNBC. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Em seus ambientes naturais, os peixes são expostos a flutuações térmicas diárias, cuja amplitude deve aumentar drasticamente com as mudanças climáticas. Recentemente, foi postulado que moduladores epigenéticos como microRNAs (miRNAs) poderiam amortecer os peixes contra tais mudanças. Para investigar isso, conduzimos dois experimentos sequenciais usando zebrafish (Danio rerio). No Experimento 1, expomos zebrafish a temperaturas constantes de controle (CTRL; 28°C), flutuantes (FLUX; 28±5°C) ou elevadas (HEAT; 33°C) durante o desenvolvimento inicial (embrião a juvenil, até 30 dias pós-fertilização [dpf]). Ao longo do desenvolvimento inicial, avaliamos sobrevivência, metabolismo e a expressão de sete miRNAs termossensíveis e três proteínas de choque térmico (HSPs). Enquanto as condições HEAT reduziram significativamente a sobrevivência, a exposição FLUX não o fez. Ambos os juvenis FLUX e HEAT exibiram compensação metabólica, embora isso tenha sido mais pronunciado nos peixes FLUX. Notavelmente, miR-181a-5p, que regula a biogênese mitocondrial e respiração, foi significativamente superexpresso em juvenis FLUX, sugerindo seu envolvimento na melhoria do desempenho metabólico. O Experimento 2 avaliou os efeitos de longo prazo da variabilidade térmica ontogenética. A partir de 30 dpf, os peixes restantes em ambos os tratamentos CTRL e FLUX foram mantidos sob condições CTRL até a idade adulta. Em seguida, avaliamos a expressão de miRNA no cérebro e a tolerância térmica (CT<inf>max</inf>). miR-181a-5p permaneceu elevado nos cérebros de peixes adultos com histórico desenvolvimental FLUX, embora CT<inf>max</inf> não tenha sido afetado. Juntos, esses achados sugerem que a exposição precoce a flutuações térmicas diárias induz mudanças epigenéticas duradouras, potencialmente otimizando o desempenho metabólico a curto prazo ao custo de capacidade reduzida para tolerância térmica adicional e recuperação do estresse mais tarde na vida. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Developmental exposure to constant elevated temperatures and diel thermal variation alters microRNA expression and performance in zebrafish (Danio rerio).: In their natural environments, fish are exposed to diel thermal fluctuations, the range of which is expected to increase dramatically with climate change. Recently, it has been posited that epigenetic modulators like microRNAs (miRNAs) could buffer fish against such changes. To investigate this, we conducted two sequential experiments using zebrafish (Danio rerio). In Experiment 1, we exposed zebrafish to constant control (CTRL; 28°C), fluctuating (FLUX; 28±5°C), or elevated (HEAT; 33°C) temperatures throughout early development (embryo to juvenile, up to 30 days post-fertilization [dpf]). Throughout early development, we assessed survival, metabolism, and the expression of seven thermosensitive miRNAs and three heat shock proteins (HSPs). While HEAT conditions significantly reduced survival, FLUX exposure did not. Both FLUX and HEAT juveniles exhibited metabolic compensation, though this was more pronounced in FLUX fish. Notably, miR-181a-5p, which regulates mitochondrial biogenesis and respiration, was significantly upregulated in FLUX juveniles, suggesting its involvement in improving metabolic performance. Experiment 2 evaluated the long-term effects of ontogenetic thermal variability. Starting at 30 dpf, remaining fish in both CTRL and FLUX treatments were maintained under CTRL conditions until adulthood. We then assessed miRNA expression in the brain and thermal tolerance (CT<inf>max</inf>). miR-181a-5p remained elevated in the brains of adult fish with FLUX developmental histories, though CT<inf>max</inf> was unaffected. Together, these findings suggest that early-life exposure to diel thermal fluctuations induces lasting epigenetic changes, potentially optimizing metabolic performance in the short-term at the cost of reduced capacity for further thermal tolerance and stress recovery later in life. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Cryptococcus deneoformans (Cd) e C. neoformans (Cn) diferem na prevalência geográfica e dermatotropismo, com cepas de Cd mais comumente isoladas de regiões temperadas e infecções de pele. O aumento das temperaturas globais levanta preocupações quanto à seleção de espécies fúngicas ambientais com maior termotolerância, uma vez que as altas temperaturas mamíferas fornecem proteção contra muitas espécies fúngicas. Cepas de Cd e Cn exibem variações na suscetibilidade térmica, com cepas de Cd sendo mais suscetíveis a temperaturas mais altas. Aqui, identificamos diferenças na liberação de polissacarídeo capsular, adesão e formação de biofilme entre as cepas tanto in vivo quanto in vitro. Resultados histológicos sugeriram que a predileção dermatotrópica associada ao Cd está relacionada à formação de biofilme, possivelmente facilitando a latência e estendendo a sobrevivência fúngica através da proteção contra altas temperaturas. Demonstramos que cepas de Cn foram mais tolerantes a temperaturas mamíferas e febris do que cepas de Cd. Similarmente, cepas de Cd mostraram expressão reduzida das proteínas de choque térmico 60 e 70, após exposição prolongada a alta temperatura. Nossos achados sugerem que adesão fúngica, formação de biofilme, inflamação e termotolerância contribuem para o tropismo tecidual e manifestação da doença por Cn e Cd, apoiando a distinção de espécies recentemente atribuída a cada um desses sorotipos. Este registro é proveniente do MEDLINE/PubMed, um banco de dados da Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA.

Reduced growth and biofilm formation at high temperatures contribute to Cryptococcus deneoformans dermatotropism: Cryptococcus deneoformans (Cd) and C. neoformans (Cn) differ in geographic prevalence and dermatotropism, with Cd strains more commonly isolated from temperate regions and skin infections. Rising global temperatures prompt concerns regarding selection for environmental fungal species with increased thermotolerance, as high mammalian temperatures provide protection against many fungal species. Cd and Cn strains exhibit variations in thermal susceptibility, with Cd strains being more susceptible to higher temperatures. Here, we identified differences in capsular polysaccharide release, adhesion and biofilm formation between strains both in vivo and in vitro. Histological results suggested that the dermatotropic predilection associated with Cd relates to biofilm formation, possibly facilitating latency and extending fungal survival through protection from high temperatures. We demonstrated that Cn strains were more tolerant to mammalian and febrile temperatures than Cd strains. Similarly, Cd strains showed reduced expression of heat-shock protein 60 and 70, after prolonged exposure to high temperature. Our findings suggest that fungal adhesion, biofilm formation, inflammation and thermotolerance contribute to tissue tropism and disease manifestation by Cn and Cd, supporting the recently assigned species distinction to each of these serotypes. This record is sourced from MEDLINE/PubMed, a database of the U.S. National Library of Medicine

As mudanças climáticas globais intensificaram as flutuações de temperatura, impactando significativamente as populações de insetos. A tolerância térmica emergiu como um determinante crítico da distribuição das espécies e do potencial de invasão. Liriomyza trifolii, uma praga invasora economicamente importante, tem se expandido rapidamente nas regiões costeiras do sudeste da China, deslocando gradualmente suas congêneres L. sativae e L. huidobrensis. Esta vantagem competitiva está intimamente associada com suas estratégias superiores de adaptação térmica. Aqui, primeiro examinamos a dominância competitiva mediada por temperatura de L. trifolii, depois elucidamos sistematicamente os mecanismos fisiológicos, bioquímicos e moleculares subjacentes à sua tolerância térmica, revelando suas estratégias de sobrevivência sob temperaturas extremas. Notavelmente, L. trifolii exibe uma temperatura limiar de desenvolvimento inferior e maior constante térmica, estendendo seu período de dano, enquanto seu ponto de super-resfriamento significativamente menor confere capacidade excepcional de sobrevivência ao inverno. Fisiologicamente, o endurecimento rápido ao frio (RCH) melhora a tolerância ao frio através do acúmulo de glicerol e aumento da insaturação de ácidos graxos, enquanto a aclimatação ao calor melhora a termotolerência através de uma compensação entre processos de desenvolvimento e investimento reprodutivo. Análises moleculares demonstram que L. trifolii combina as características indutíveis de baixa temperatura de L. huidobrensis com as vantagens responsivas de alta temperatura de L. sativae nos padrões de expressão de proteínas de choque térmico (Hsp). Estudos transcriptômicos identificam ainda expressões diferenciais de genes do metabolismo lipídico e relacionados a chaperonas como chave para a adaptação térmica. As limitações atuais da pesquisa incluem a compreensão incompleta das redes regulatórias de genes não-Hsp e discrepâncias entre adaptação laboratorial e de campo. Estudos futuros devem integrar abordagens multi-ômicas com modelagem ecológica para prever a expansão de L. trifolii sob cenários de mudança climática e desenvolver estratégias verdes de controle baseadas em temperatura. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal Adaptation in Liriomyza trifolii (Diptera: Agromyzidae): From Interspecific Competition to Mechanisms: Global climate change has intensified temperature fluctuations, significantly impacting insect populations. Thermal tolerance has emerged as a critical determinant of species distribution and invasion potential. Liriomyza trifolii, an economically important invasive pest, has been rapidly expanding in southeastern coastal regions of China, gradually displacing its congeners L. sativae and L. huidobrensis. This competitive advantage is closely associated with its superior thermal adaptation strategies. Here, we first examine the temperature-mediated competitive dominance of L. trifolii, then systematically elucidate the physiological, biochemical, and molecular mechanisms underlying its temperature tolerance, revealing its survival strategies under extreme temperatures. Notably, L. trifolii exhibits a lower developmental threshold temperature and higher thermal constant, extending its damage period, while its significantly lower supercooling point confers exceptional overwintering capacity. Physiologically, rapid cold hardening (RCH) enhances cold tolerance through glycerol accumulation and increased fatty acid unsaturation, while heat acclimation improves thermotolerance via a trade-off between developmental processes and reproductive investment. Molecular analyses demonstrate that L. trifolii combines the low-temperature inducible characteristics of L. huidobrensis with the high-temperature responsive advantages of L. sativae in heat shock protein (Hsp) expression patterns. Transcriptomic studies further identify differential expressions of lipid metabolism and chaperone-related genes as key to thermal adaptation. Current research limitations include incomplete understanding of non-Hsp gene regulatory networks and laboratory–field adaptation discrepancies. Future studies should integrate multi-omics approaches with ecological modeling to predict L. trifolii’s expansion under climate change scenarios and develop temperature-based green control strategies. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

As células bacterianas ativam vias de detecção e mitigação de estresse empregando vários reguladores de transcrição, alguns dos quais podem ligar-se diretamente à RNA polimerase para ativar vias de resposta específicas ao estresse. No entanto, mutações nos genes da RNA polimerase podem acumular-se sob certas condições de seleção e ativar vias de mitigação de estresse de maneira parcialmente independente de reguladores específicos da via. Neste estudo, caracterizamos uma mutação novata no gene rpoB que transforma a RNA polimerase em uma polimerase "rigorosa" na ausência de um dos fatores-chave de ativação da resposta rigorosa (RR) (p)ppGpp, produzido pelo produto do gene relA. O alelo mutante da RNA polimerase, rpoB58, elevou a termotolerância e permitiu o crescimento sem as chaperonas moleculares-chave (DnaKJ) e proteases (Lon, ClpP) em temperaturas não permissivas para células que expressam os genes da RNA polimerase selvagem. Notavelmente, rpoB58 também reverteu o defeito de divisão celular de ΔdnaJ em uma temperatura não permissiva, mas não conseguiu superar seu fenótipo resistente ao fago lambda. O resgate mediado por rpoB58 do defeito de crescimento de ΔdnaKJ foi parcialmente revertido na ausência de DksA, uma proteína que atua sinergicamente com (p)ppGpp para transformar a RNA polimerase em um estado rigoroso. Os dados sugerem que a RR pré-ativada confere termotolerância e independência de chaperonas em parte pela redução da síntese proteica. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Characterization of a Novel RNA Polymerase Mutant of Escherichia coli That Confers Thermotolerance and Chaperone Independence: Bacterial cells activate stress-sensing and stress-mitigating pathways by employing a number of transcription regulators, some of which can bind directly to RNA polymerase to activate stress-specific response pathways. However, mutations in the RNA polymerase genes can accumulate under certain selection conditions and activate stress-mitigating pathways in a manner that is partly independent of pathway-specific regulators. In this study, we characterized a novel mutation in the rpoB gene that transforms RNA polymerase into a “stringent” polymerase in the absence of one of the key stringent response (SR) activating factors (p)ppGpp, produced by the relA gene product. The mutant RNA polymerase allele, rpoB58, elevated thermotolerance and permitted growth without the key molecular chaperones (DnaKJ) and proteases (Lon, ClpP) at temperatures nonpermissive to cells expressing the wild type RNA polymerase genes. Remarkably, rpoB58 also reversed the cell division defect of ΔdnaJ at a nonpermissive temperature but could not overcome its lambda phage-resistant phenotype. The rpoB58-mediated rescue of the ΔdnaKJ growth defect was partly reversed in the absence of DksA, a protein that acts synergistically with (p)ppGpp to transform RNA polymerase into a stringent state. The data suggest that pre-activated SR confers thermotolerance and chaperone independence in part by lowering protein synthesis. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Em 2013, uma onda de calor marinha chamada "Blob" causou uma diminuição significativa nas populações de kelp-bola (Nereocystis luetkeana) no norte da Califórnia. A perde desta espécie fundamental motivou investigações recentes sobre a tolerância térmica das kelps para entender como eventos de aquecimento podem impactar seu desempenho fisiológico. Testamos o efeito da temperatura de aclimatação na kelp-bola medindo a abundância proteína de uma chaperona molecular, a proteína de choque térmico 70 (Hsp70). Lâminas foram coletadas em dois locais (Big River e Russian Gulch) e aclimatadas por 7 dias em duas temperaturas (13 e 17 °C) antes de os tecidos serem submetidos a um choque térmico de 1 hora (13, 17, 20, 23 e 26 °C). Os resultados mostraram uma diferença significativa entre as temperaturas de aclimatação, com 20% maior abundância total da proteína Hsp70 nas kelps-bola aclimatadas ao tratamento quente, enquanto o local foi apenas marginalmente diferente. A temperatura do choque térmico não teve efeito sobre a abundância total da proteína Hsp70. Este estudo é o primeiro a relatar sobre a resposta ao choque térmico da kelp-bola e descobriu que a história térmica de um organismo é um fator importante para determinar se um organismo pode montar uma resposta ao choque térmico. Esta informação pode ajudar a entender a tolerância da kelp-bola a futuras ondas de calor marinhas. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of thermal history on the heat shock response of bull kelp (Nereocystis luetkeana): In 2013, a marine heatwave called the “Blob” caused northern California bull kelp (Nereocystis luetkeana) populations to decrease significantly. The loss of this foundation species motivated recent investigations on kelp thermal tolerance to understand how warming events might impact their physiological performance. We tested the effect of acclimation temperature on bull kelp by measuring the protein abundance of a molecular chaperone, heat shock protein 70 (Hsp70). Blades were collected from two sites (Big River and Russian Gulch) and acclimated for 7-days at two temperatures (13 and 17 °C) before tissues were subjected to a 1-h heat shock (13, 17, 20, 23, and 26 °C). Results showed a significant difference between acclimation temperature with 20 % greater total Hsp70 protein abundance in bull kelp acclimated to the warm treatment, while site was only marginally different. Heat shock temperature had no effect on total Hsp70 protein abundance. This study is the first to report about the heat shock response of bull kelp and found that thermal history of an organism is an important factor in determining whether an organism can mount a heat shock response. This information can help understand bull kelp’s tolerance to future marine heatwaves. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A cochonilha-do-mamoeiro, Paracoccus marginatus, uma praga invasora significativa em regiões tropicais e subtropicais, exibe uma capacidade notável de suportar estresse por altas temperaturas. Para elucidar a base molecular dessa termotolerância, investigamos o papel dos genes da proteína de choque térmico 90 (Hsp90) nesta espécie. As sequências completas de cDNA de três genes Hsp90—PmHsp90-1, PmHsp90-2 e PmTRAP1—foram clonadas, submetidas à análise bioinformática, e seus perfis de expressão sob estresse térmico foram detectados. A supressão mediada por RNAi de PmTRAP1 foi conduzida para avaliar a sobrevivência em condições de temperatura extremamente alta. Os quadros de leitura aberta (ORFs) de PmHsp90-1, PmHsp90-2 e PmTRAP1 têm 2175 pb, 2178 pb e 2085 pb de comprimento, codificando proteínas compreendendo 724, 725 e 694 aminoácidos, respectivamente. Análises filogenéticas e estruturais confirmaram que PmHsp90-1 e PmHsp90-2 são isoformas citosólicas, cada uma contendo um motivo MEEVD C-terminal característico, enquanto PmTRAP1 foi identificada como a isoforma mitocondrial. Todos os três genes foram significativamente regulados positivamente sob estresse térmico. O knockdown mediado por RNAi de PmTRAP1 reduziu marcadamente a taxa de sobrevivência de P. marginatus sob temperatura extremamente alta. Esses achados demonstram que PmTRAP1 é essencial para a tolerância ao calor na cochonilha-do-mamoeiro. Este estudo fornece insights cruciais sobre os mecanismos moleculares de adaptação térmica em insetos e identifica PmTRAP1 como um alvo potencial para pesquisas futuras sobre o gerenciamento de respostas de insetos ao estresse ambiental. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The Mitochondrial Hsp90 Homolog PmTRAP1 Mediates Thermal Tolerance in the Papaya Mealybug, Paracoccus marginatus: The papaya mealybug, Paracoccus marginatus, a significant invasive pest in tropical and subtropical regions, exhibits a notable capacity to withstand high-temperature stress. To elucidate the molecular basis of this thermotolerance, we investigated the role of heat shock protein 90 (Hsp90) genes in this species. The full-length cDNA sequences of three Hsp90 genes—PmHsp90-1, PmHsp90-2, and PmTRAP1—were cloned, subjected to bioinformatic analysis, and their expression profiles under heat stress were detected. RNAi-mediated suppression of PmTRAP1 was conducted to evaluate survival under extreme high-temperature conditions. The open reading frames (ORFs) of PmHsp90-1, PmHsp90-2, and PmTRAP1 are 2175 bp, 2178 bp, and 2085 bp in length, encoding proteins comprising 724, 725, and 694 amino acids, respectively. Phylogenetic and structural analyses confirmed that PmHsp90-1 and PmHsp90-2 are cytosolic isoforms, each containing a characteristic C-terminal MEEVD motif, while PmTRAP1 was identified as the mitochondrial isoform. All three genes were significantly upregulated under heat stress. RNAi-mediated knockdown of PmTRAP1 markedly reduced the survival rate of P. marginatus under extreme high temperature. These findings demonstrate that PmTRAP1 is essential for heat tolerance in the papaya mealybug. This study provides crucial insights into the molecular mechanisms of thermal adaptation in insects and identifies PmTRAP1 as a potential target for future research on managing insect responses to environmental stress. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Como os organismos se adaptam ao ambiente no contexto das mudanças climáticas globais é um tópico clássico na ecologia molecular. O polimorfismo de tolerância ao calor em múltiplos níveis organizacionais pode aumentar a resistência e resiliência das espécies ao aquecimento global, e esclarecer esse polimorfismo pode substancialmente melhorar nossa capacidade de avaliar e prever as respostas dos organismos às mudanças climáticas globais. No presente estudo, moluscos asiáticos foram coletados ao longo da costa da China para explorar sua diversidade genética, bem como respostas transcricionais e fisiológicas ao estresse térmico após aclimatação em ambiente comum. Nossos achados indicam que SNPs neutros do transcriptoma podem diferenciar as duas espécies, Meretrix petechialis e M. lusoria, enquanto M. lusoria e M. petechialis exibiram diferentes estratégias moleculares e fisiológicas de conservação de energia. A via do ribossomo e da fosforilação oxidativa pode explicar a diferença no padrão de resposta molecular entre M. petechialis e M. lusoria. A resposta ao choque térmico mediada por BAG3 foi uma resposta transcricional compartilhada ao estresse térmico em Meretrix, e os níveis de expressão dos genes de proteínas de choque térmico próximos à temperatura subletal foram positivamente correlacionados com os limites térmicos superiores dos moluscos. Altas variações interindividuais nas curvas de desempenho térmico cardíaco existiram em M. petechialis e M. lusoria, indicando um alto grau de polimorfismo fisiológico térmico. No geral, M. petechialis e M. lusoria exibiram polimorfismo genético e perfis diferenciais de expressão gênica em resposta ao estresse térmico nos níveis individual, populacional e de espécie. Os resultados destacam a importância das variações na diversidade genética, perfis de expressão gênica e desempenho fisiológico na previsão de como os organismos responderão às futuras mudanças climáticas. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Insights into variations in thermal tolerance of intertidal clams: Genetic diversity, transcriptomic profiles and physiological response to heat stress: How organisms adapt to the environment in the context of global climate change is a classic topic in molecular ecology. Heat tolerance polymorphism at multiple organizational levels can enhance species resistance and resilience to global warming, and so clarifying heat tolerance polymorphism can substantially enhance our capability in assessing and predicting organisms' responses to global climate change. In the present study, Asian hard clams were collected along China's coast to explore their genetic diversity, as well as transcriptional and physiological responses to heat stress after common garden acclimation. Our findings indicate that transcriptome-neutral SNPs can differentiate between the two species, Meretrix petechialis and M. lusoria, while M. lusoria and M. petechialis exhibited different molecular and physiological energy-conserved strategies. The ribosome and oxidative phosphorylation pathway can explain the difference in the molecular response pattern between M. petechialis and M. lusoria. BAG3-mediated heat shock response was a shared transcriptional response to heat stress in Meretrix, and the expression levels of heat shock protein genes around the sublethal temperature were positively correlated with the clams' upper thermal limits. High inter-individual variations of cardiac thermal performance curves existed in M. petechialis and M. lusoria, indicating a high degree of thermal physiological polymorphism. Overall, M. petechialis and M. lusoria exhibited genetic polymorphism and differential gene expression profiles in response to heat stress at levels of individual, population, and species. The results highlight the significance of variations in genetic diversity, gene expression profiles, and physiological performance in predicting how organisms will respond to future climate change. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Introdução: À medida que as mudanças climáticas tornam as ondas de calor marinhas mais intensas e frequentes, as espécies marinhas sofrem cada vez mais com o estresse térmico. Esse estresse pode resultar em crescimento reduzido, ciclos reprodutivos interrompidos, vulnerabilidade a doenças e patógenos, e aumento das taxas de mortalidade. O abalone (gênero Haliotis) é um grupo ecologicamente significativo de gastrópodes marinhos e está entre os produtos marinhos mais valorizados. No entanto, eventos de estresse térmico tiveram impactos devastadores tanto em populações cultivadas quanto selvagens. Os membros deste gênero estão entre as espécies marinhas mais suscetíveis aos impactos das mudanças climáticas, com mais de 40% de todas as espécies de abalone listadas como ameaçadas de extinção. Isso motivou pesquisadores a explorar a genética ligada ao estresse térmico em abalone. Uma parte substancial dos estudos disponíveis publicamente empregou abordagens transcriptômicas para investigar a resposta genética do abalone ao estresse térmico. No entanto, até o momento, nenhuma meta-análise foi conduzida para determinar a resposta comum ao estresse térmico (ou seja, a resposta central) em todo o gênero. Este estudo usa um pipeline bioinformático padronizado para reanalisar e comparar conjuntos de dados de RNA-seq disponíveis publicamente de diferentes estudos sobre estresse térmico em abalone. Resultados: Nove conjuntos de dados de RNA-seq disponíveis publicamente de nove estudos diferentes sobre estresse térmico em abalone de sete espécies diferentes de abalone e três híbridos foram incluídos na meta-análise. Identificamos um conjunto central de 74 genes diferencialmente expressos (DEGs) em resposta ao estresse térmico em pelo menos sete dos nove estudos. Este conjunto central de DEGs incluiu principalmente genes associados a splicing alternativo, proteínas de choque térmico (HSPs), Sistema Ubiquitina-Proteassoma (UPS) e outras vias de processamento e dobramento de proteínas. Conclusões: A detecção de um conjunto consistente de genes que respondem ao estresse térmico em vários estudos, apesar das diferenças no desenho experimental (ex.: intensidade do estresse, espécies estudadas - distribuição geográfica, faixa de temperatura preferida, etc.), fortalece nossa proposta de que esses genes são elementos-chave da resposta ao estresse térmico em abalone. A identificação da resposta central ao estresse térmico em abalone estabelece uma base importante para pesquisas futuras. Em última análise, este estudo auxiliará os esforços de conservação e aquicultura através da identificação de populações resilientes, programas de melhoramento genético, possíveis manipulações como exposição precoce ao estresse, edição gênica e o uso de imunostimulantes para melhorar a tolerância térmica. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Synthesis of transcriptomic studies reveals a core response to heat stress in abalone (genus Haliotis): Background: As climate change causes marine heat waves to become more intense and frequent, marine species increasingly suffer from heat stress. This stress can result in reduced growth, disrupted breeding cycles, vulnerability to diseases and pathogens, and increased mortality rates. Abalone (genus Haliotis) are an ecologically significant group of marine gastropods and are among the most highly valued seafood products. However, heat stress events have had devastating impacts on both farmed and wild populations. Members of this genus are among the most susceptible marine species to climate change impacts, with over 40% of all abalone species listed as threatened with extinction. This has motivated researchers to explore the genetics linked to heat stress in abalone. A substantial portion of publicly available studies has employed transcriptomic approaches to investigate abalone genetic response to heat stress. However, to date, no meta-analysis has been conducted to determine the common response to heat stress (i.e. the core response) across the genus. This study uses a standardized bioinformatic pipeline to reanalyze and compare publicly available RNA-seq datasets from different heat stress studies on abalone. Results: Nine publicly available RNA-seq datasets from nine different heat-stress studies on abalone from seven different abalone species and three hybrids were included in the meta-analysis. We identified a core set of 74 differentially expressed genes (DEGs) in response to heat stress in at least seven out of nine studies. This core set of DEGs mainly included genes associated with alternative splicing, heat shock proteins (HSPs), Ubiquitin–Proteasome System (UPS), and other protein folding and protein processing pathways. Conclusions: The detection of a consistent set of genes that respond to heat stress across various studies, despite differences in experimental design (e.g. stress intensity, species studied—geographical distribution, preferred temperature range, etc.), strengthens our proposal that these genes are key elements of the heat stress response in abalone. The identification of the core response to heat stress in abalone lays an important foundation for future research. Ultimately, this study will aid conservation efforts and aquaculture through the identification of resilient populations, genetic-based breeding programs, possible manipulations such as early exposure to stress, gene editing and the use of immunostimulants to enhance thermal tolerance. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os recifes de coral enfrentam ameaças crescentes com o aumento das temperaturas do mar, desencadeando eventos generalizados de branqueamento em massa e mortalidade. O pré-condicionamento térmico, um processo no qual corais expostos a estresse térmico subletal tornam-se mais tolerantes a estresses térmicos subsequentes, é cada vez mais reconhecido como uma estratégia promissora para fins de restauração. No entanto, seus mecanismos subjacentes permanecem pouco claros. Além disso, as respostas específicas por espécie ao pré-condicionamento térmico devem ser compreendidas para garantir sua ampla aplicabilidade. Neste estudo, realizamos uma análise abrangente de biomarcadores moleculares múltiplos para investigar os efeitos fisiológicos e moleculares do pré-condicionamento térmico em duas espécies de coral, Pocillopora damicornis e Stylophora pistillata, expondo-as a um estresse térmico subletal de +3 °C acima da temperatura ambiente, seguido por um estresse agudo de 32 °C (+8 °C). Em ambas as espécies, os corais pré-condicionados apresentaram branqueamento retardado, mantendo concentrações de clorofila a e c2, juntamente com a densidade de Symbiodiniaceae, por períodos mais longos em comparação com corais não pré-condicionados. No nível molecular, essa maior tolerância térmica pode estar ligada à maior atividade de enzimas antioxidantes medidas, sugerindo proteção aprimorada contra estresse oxidativo e, consequentemente, níveis mais baixos de danos por peroxidação lipídica (LPO). Os corais pré-condicionados também exibiram uma regulação negativa mais lenta da Hsp70 ou expressão sustentada de Hsp70 acima dos níveis basais durante o estresse térmico agudo, possivelmente refletindo homeostase celular prolongada. Além disso, demonstraram expressão gênica hsp70 retardada ou reduzida, indicando uma resposta menos imediata ao estresse térmico. Adicionalmente, a tolerância térmica adquirida durou mais tempo em P. damicornis, destacando uma resposta específica da espécie ao pré-condicionamento térmico. Nosso estudo fornece informações moleculares cruciais sobre os complexos mecanismos do pré-condicionamento térmico, que serão essenciais para desenvolver protocolos de pré-condicionamento mais eficazes e direcionados por espécie para aplicação prática em esforços de restauração de recifes de coral. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

A multi-molecular biomarker assessment of thermal preconditioning in two scleractinian coral species: Coral reefs face escalating threats from rising sea temperatures, triggering widespread mass bleaching and mortality events. Thermal preconditioning, a process in which corals exposed to sublethal thermal stress become more tolerant to subsequent thermal stress, is increasingly recognised as a promising strategy for restoration purposes. However, its underlying mechanisms remain unclear. Furthermore, species-specific responses to thermal preconditioning must be understood to ensure its broad applicability. In this study, we conducted a comprehensive multi-molecular biomarker analysis to investigate the physiological and molecular effects of thermal preconditioning on two coral species, Pocillopora damicornis and Stylophora pistillata, by exposing them to a sublethal thermal stress of + 3 °C above ambient temperature, followed by an acute stress of 32 °C (+ 8 °C). In both species, preconditioned corals showed delayed bleaching, maintaining chlorophyll a and c2 concentrations, along with Symbiodiniaceae density, for longer periods compared to non-preconditioned corals. At the molecular level, this increased thermal tolerance could be linked to the higher activity of antioxidant enzymes measured, suggesting enhanced protection against oxidative stress and consequently lower levels of lipid peroxidation (LPO) damage. Preconditioned corals also exhibited a slower downregulation of Hsp70 or sustained Hsp70 expression above basal levels during acute heat stress, possibly reflecting prolonged cellular homeostasis. Additionally, they demonstrated delayed or reduced hsp70 gene expression, indicating a less immediate response to thermal stress. Furthermore, the acquired thermal tolerance lasted longer in P. damicornis, highlighting a species-specific response to thermal preconditioning. Our study provides crucial molecular insights into the complex mechanisms of thermal preconditioning, which will be essential for developing more effective and species-targeted preconditioning protocols for practical application in coral reef restoration efforts. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Hyphantria cunea (Lepidoptera: Erebidae), uma praga quarentenária globalmente significativa, está enfrentando estresse térmico durante sua expansão para o sul na China. Os membros da família de proteínas de choque térmico 70 (HSP70) servem como componentes-chave nas redes moleculares de insetos sob estresse térmico. No entanto, os estudos permanecem limitados sobre a tolerância desta praga a temperaturas altas persistentes e o papel da HSP70 sob tais condições de estresse. Neste estudo, o tratamento de calor extremo (EHT; ciclo diário de 31 °C (6 h), 34 °C (6 h), 37 °C (6 h) e 34 °C (6 h)) reduziu drasticamente a sobrevivência das larvas de H. cunea, impedindo a conclusão do ciclo de vida. O tratamento de calor (HT; ciclo diário de 28 °C (6 h), 31 °C (6 h), 34 °C (6 h) e 31 °C (6 h)) durante os estágios iniciais teve efeitos menores no desenvolvimento larval, enquanto a exposição durante os estágios larvais tardios encurtou a duração do desenvolvimento, reduziu a fecundidade e diminuiu a aptidão. Para explorar os mecanismos moleculares, quatro genes HSP70 de H. cunea foram clonados e caracterizados. A análise filogenética revelou alta conservação entre as HcHSP70s, mostrando uma relação próxima com as de insetos Noctuidae. Os transcritos de HcHSP70 foram significativamente regulados positivamente durante o estresse térmico, exibindo flutuação diurna com pico de expressão em horários específicos. Estes resultados mostram que H. cunea pode tolerar estresse térmico moderado, mas o estresse térmico pré-reprodutivo reduz a fecundidade. A regulação positiva da expressão de HSP70 contribui para a maior termotolerância nesta praga. No geral, esta pesquisa fornece uma referência para a previsão populacional de H. cunea em regiões com aumento do estresse térmico. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of long-term thermal stress on population dynamics and HSP70 expression of Hyphantria cunea (Lepidoptera: Erebidae): Hyphantria cunea (Lepidoptera: Erebidae), a globally significant quarantine pest, is facing thermal stress during its southward expansion in China. Heat shock protein 70 (HSP70) family members serve as key components in insect molecular networks under heat stress. However, studies remain limited on this pest’s tolerance to persistent high temperatures and the role of HSP70 under such stress conditions. In this study, extreme heat treatment (EHT; daily cycle of 31 °C (6 h), 34 °C (6 h), 37 °C (6h), and 34 °C (6 h)) drastically reduced H. cunea larval survival, preventing life cycle completion. Heat treatment (HT; daily cycle of 28 °C (6 h), 31 °C (6 h), 34 °C (6 h), and 31 °C (6 h)) during early stages had minor effects on larval development, whereas exposure during late larval stages shortened developmental duration, reduced fecundity, and decreased fitness. To explore the molecular mechanisms, four HSP70 genes of H. cunea were cloned and characterized. Phylogenetic analysis revealed high conservation among HcHSP70s, showing a close relationship with those from Noctuidae insects. HcHSP70 transcripts were significantly upregulated during heat stress, exhibiting diurnal fluctuation with peak expression at specific times. These results show that H. cunea can tolerate moderate heat stress, but pre-reproductive thermal stress reduces fecundity. The upregulation of HSP70 expression contributes to enhanced thermotolerance in this pest. Overall, this research provides a reference for population prediction of H. cunea in regions with increasing heat stress. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Conspectus: Os microambientes complexos e dinâmicos de sítios patológicos, incluindo infecções, tumores e desordens neurológicas, impõem desafios formidáveis às terapias convencionais devido a características como desregulação de ferro, acidez localizada, barreiras de biofilme e adaptação térmica. Aproveitar essas pistas microambientais para projetar plataformas terapêuticas ativadas por luz e responsivas ao microambiente oferece uma estratégia promissora para tratamentos precisos e controlados espaciotemporalmente. A imunidade nutricional restringe a disponibilidade de ferro para suprimir a proliferação de patógenos, enquanto as bactérias implantam sistemas especializados de captação mediada por sideróforos para contornar essa restrição. Explorando essa vulnerabilidade, nanoplataformas "cavalo de Troia", como um nanocompósito multifuncional (Ga-CT@P), podem sequestrar vias de captação de ferro bacterianas, induzir fome de ferro e exercer efeitos antimicrobianos potentes. Cálculos de DFT revelaram que Ga³⁺ exibe ligação mais forte e uniforme à enterobactina do que Fe³⁺, levando a complexos estáveis e redox-inertes que enganam os sistemas de transporte bacterianos.

Além da interferência com íons metálicos, a terapia fotodinâmica (TFD) responsiva a ácido oferece ativação espaciotemporalmente precisa em locais infecciosos, minimizando a toxicidade fora do alvo. Nosso desenvolvimento de DHTPA, um fotossensibilizador AIE responsivo ao pH, permite geração robusta de espécies reativas de oxigênio (ERO) exclusivamente sob condições levemente ácidas, aumentando a eficácia bactericida. Esta plataforma demonstrou fortes efeitos antibacterianos contra patógenos resistentes a drogas e promoveu efetivamente a cicatrização de feridas in vivo, mostrando o potencial da TFD "sob demanda" específica da lesão.

Para abordar barreiras de biofilme, nanodisfarces camuflados com OMV integram sinergicamente aquecimento fototérmico, interferência iônica e geração de ERO para desmantelar biofilmes enquanto induzem colapso metabólico em patógenos. Simultaneamente, nanodisfarces revestidos com OMV exploram vias de adesão bacteriana para entrega direcionada, permitindo a interrupção fotônica do metabolismo do patógeno.

Em microambientes termossensíveis, onde a tolerância térmica mediada por proteínas de choque térmico limita a terapia fototérmica (TFT), desenvolvemos estratégias de TFT com laser duplo usando NIR-II AIEgens (PM331@F127) para alcançar regulação térmica precisa e escalonada. Esta estratégia suprime rapidamente os mecanismos de tolerância ao calor em temperaturas mais altas e mantém ablação térmica moderada, maximizando a eficácia enquanto reduz danos colaterais.

Em sistemas de alta barreira, como o sistema nervoso central (SNC), cruzar a barreira hematoencefálica (BHE) é essencial para fototerapia efetiva. Projetamos DK@RA-PEG, uma plataforma fotossensibilizadora NIR-II funcionalizada com peptídeos RVG e aptâmeros de ácido nucleico, para permitir penetração da BHE, direcionamento específico a vírus e erradicação viral mediada por ERO sob luz NIR. Esta abordagem demonstrou tratamento efetivo da infecção por vírus da raiva in vivo enquanto mantinha neurocompatibilidade.

Coletivamente, estes avanços estabelecem uma estrutura versátil para terapias controladas por luz e responsivas ao microambiente que decodificam e aproveitam assinaturas bioquímicas e físicas dentro de tecidos doentes, alcançando precisão espaciotemporal além das modalidades convencionais. Integrando modulação de sinalização química, design molecular inteligente e penetração de barreiras fisiológicas, estas plataformas iluminam um caminho para fototerapias inteligentes e personalizadas para paisagens de doenças complexas. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Precision Phototherapy Enabled by Decoding Complex Microenvironments: Conspectus: The complex and dynamic microenvironments of pathological sites, including infections, tumors, and neurological disorders, impose formidable challenges on conventional therapies due to features such as iron dysregulation, localized acidity, biofilm barriers, and thermal adaptation. Harnessing these microenvironmental cues to design light-activated, microenvironment-responsive therapeutic platforms offers a promising strategy for precise, spatiotemporally controlled treatments.Nutritional immunity restricts iron availability to suppress pathogen proliferation, while bacteria deploy specialized siderophore-mediated uptake systems to circumvent this restriction. By exploiting this vulnerability, “Trojan horse” nanoplatforms such as a multifunctional nanocomposite (Ga-CT@P) can hijack bacterial iron uptake pathways, induce iron starvation, and exert potent antimicrobial effects. DFT calculations revealed that Ga3+exhibits stronger, more uniform binding to enterobactin than Fe3+, leading to stable, redox-inert complexes that mislead bacterial transport systems.Beyond metal ion interference, acid-responsive photodynamic therapy (PDT) offers spatiotemporally precise activation at infectious sites while minimizing off-target toxicity. Our development of DHTPA, a pH-responsive AIE photosensitizer, enables robust reactive oxygen species (ROS) generation exclusively under mildly acidic conditions, enhancing bactericidal efficacy. This platform demonstrated strong antibacterial effects against drug-resistant pathogens and effectively promoted wound healing in vivo, showcasing the potential of lesion-specific “on-demand” PDT.To address biofilm barriers, OMV-camouflaged nanodisguisers synergistically integrate photothermal heating, ion interference, and ROS generation to dismantle biofilms while inducing metabolic collapse in pathogens. Simultaneously, OMV-coated nanodisguisers exploit bacterial adhesion pathways for targeted delivery, enabling photonic disruption of pathogen metabolism.In thermosensitive microenvironments, where heat-shock-protein-mediated thermal tolerance limits photothermal therapy (PTT), we developed dual-laser PTT strategies using NIR-II AIEgens (PM331@F127) to achieve precise, stepwise thermal regulation. This strategy rapidly suppresses heat tolerance mechanisms at higher temperatures and maintains moderate thermal ablation, maximizing efficacy while reducing collateral damage.In high-barrier systems such as the central nervous system (CNS), crossing the blood–brain barrier (BBB) is essential for effective phototherapy. We designed DK@RA-PEG, an NIR-II photosensitizer platform functionalized with RVG peptides and nucleic acid aptamers, to enable BBB penetration, virus-specific targeting, and ROS-mediated viral eradication under NIR light. This approach demonstrated effective treatment of rabies virus infection in vivo while maintaining neurocompatibility.Collectively, these advances establish a versatile framework for microenvironment-responsive, light-controlled therapies that decode and harness biochemical and physical signatures within diseased tissues, achieving spatiotemporal precision beyond conventional modalities. By integrating chemical signaling modulation, smart molecular design, and physiological barrier penetration, these platforms illuminate a path toward intelligent, personalized phototherapies for complex disease landscapes. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tolerância térmica influencia a sobrevivência, desempenho e distribuição de organismos ectotérmicos. Seus efeitos são especialmente importantes diante do advento das rápidas mudanças climáticas. Embora a qualidade da dieta tenha demonstrado modular a temperatura crítica máxima (CT<inf>max</inf>) em formigas sob condições laboratoriais, permanece incerto se esta resposta e a velocidade com que aparece são as mesmas em formigas silvestres. Aqui, testamos se uma dieta enriquecida com carboidratos poderia aumentar rapidamente a CT<inf>max</inf> em Dorymyrmex thoracicus, uma espécie de formiga tolerante ao calor na Caatinga brasileira. Usando dois experimentos de campo, descobrimos que formigas com acesso a uma solução de sacarose a 20% exibiram valores de CT<inf>max</inf> significativamente maiores do que formigas que não tiveram acesso à solução de sacarose. O segundo experimento mostrou que esta diferença apareceu poucas horas após o tratamento, sugerindo a operação de respostas fisiológicas rápidas potencialmente ligadas à disponibilidade energética e síntese de proteínas de choque térmico. Assim, a ingestão de carboidratos pode modular imediatamente a tolerância térmica sob condições naturais, um resultado que pode nos ajudar a prever como formigas, e outros ectotérmicos, podem responder a mudanças climáticas na disponibilidade de alimentos e estresse térmico. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Carbohydrate-Enriched Diet Quickly Enhances Heat Tolerance in Wild Colonies of Dorymyrmex thoracicus: Thermal tolerance influences the survival, performance, and distribution of ectothermic organisms. Its effects are especially important given the advent of rapid climate change. While diet quality has been shown to modulate critical thermal maxima (CT<inf>max</inf>) in ants under laboratory conditions, it remains unclear whether this response and the speed at which it appears are the same in wild ants. Here, we tested whether a carbohydrate-enriched diet could quickly increase CT<inf>max</inf> in Dorymyrmex thoracicus, a heat-tolerant ant species in the Brazilian Caatinga. Using two field-based experiments, we found that ants given access to a 20% sucrose solution exhibited significantly higher CT<inf>max</inf> values than did ants who did not have access to the sucrose solution. The second experiment showed that this difference appeared a few hours after the treatment, suggesting the operation of rapid physiological responses potentially linked to energy availability and heat shock protein synthesis. Thus, carbohydrate intake can immediately modulate thermal tolerance under natural conditions, a result that can help us predict how ants, and other ectotherms, may respond to climate-driven shifts in food availability and thermal stress. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aumento da temperatura devido ao aquecimento global nas regiões do Himalaia tem implicações severas para a sobrevivência de ectotérmicos aquáticos. Para estudar a aclimatação térmica e tolerância ao calor de uma espécie de peixe himalaio ameaçada, Tor putitora, examinamos padrões de expressão de mRNA específicos por tecido de proteínas de choque térmico (HSP90β; HSP70, HSP60, HSP47, HSP30 e HSP20), proteínas de aclimatação a temperaturas quentes (WAP65-1) e do gene inibidor de quinase dependente de ciclina 1B (CDKN1B) nos tecidos de fígado, cérebro, brânquia, rim, músculo e gônada nos intervalos de 10, 20 e 30 dias durante um tratamento de alta temperatura (34,0 °C) por 30 dias. Todos os genes testados exibiram padrões de expressão específicos por tecido e dependentes do tempo. A expressão diferencial e modulação das proteínas de choque térmico através dos tecidos examinados indicam seu papel na adaptação celular de longo prazo, proteção contra o efeito citotóxico da hipertermia e aclimatação da espécie a temperaturas mais altas. A expressão de WAP65-1 e CDKN1B nos grupos de tratamento sugere seu envolvimento na manutenção da homeostase, aclimatação térmica de longo prazo e termotolerância durante exposição térmica crônica. A resposta dos genes estudados sob estresse térmico indica seu potencial uso como biomarcadores de estresse ambiental nesta espécie. O presente estudo elucida mecanismos moleculares que regulam a capacidade de aclimatação térmica e termotolerância de T. putitora e sua sobrevivência sob projeções futuras de aquecimento generalizado na região do Himalaia. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

State of thermal tolerance in an endangered himalayan fish Tor putitora revealed by expression modulation in environmental stress related genes: Increasing temperature due to global warming in the Himalayan regions has severe implications for the survival of aquatic ectotherms. To study the thermal acclimation and heat tolerance of an endangered Himalayan fish species, Tor putitora, we examined tissue-specific mRNA expression patterns of heat-shock proteins (HSP90β; HSP70, HSP60, HSP47, HSP30, and HSP20), warm-temperature acclimation proteins (WAP65-1) and cyclin-dependent kinase inhibitor 1B (CDKN1B) genes in liver, brain, gill, kidney, muscle, and gonad tissues at the intervals of 10, 20, and 30 days during a high-temperature treatment (34.0 °C) for 30 days. All the tested genes have exhibited tissue-specific and time-dependent expression patterns. Heat shock proteins’ differential expression and modulation across examined tissues indicate their role in long-term cellular adaptation, protection against the cytotoxic effect of hyperthermia, and species acclimation to higher temperatures. WAP65-1 and CDKN1B expression in treatment groups suggests its involvement in maintaining homeostasis, long-term temperature acclimation, and thermotolerance during chronic thermal exposure. The response of studied genes under heat stress indicates their potential use as environmental stress biomarkers in this species. The present study elucidates molecular mechanisms regulating the thermal acclimation capacity and thermotolerance of T. putitora and its survival under future projections of widespread warming in the Himalayan region. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Embora a importância da termorregulação e plasticidade como mecanismos compensatórios para mudanças climáticas tenha sido reconhecida há muito tempo, elas têm sido amplamente estudadas de forma independente. Assim, sabemos comparativamente pouco sobre como elas interagem para moldar a variação fisiológica em populações naturais. Aqui, testamos a hipótese de que a termorregulação comportamental e a aclimatização térmica interagem para moldar fenótipos fisiológicos em uma população natural do lagarto diurno, Sceloporus torquatus. Mensalmente durante um ano examinamos a efetividade termorregulatória e mudanças na média populacional em três parâmetros fisiológicos: tolerância ao frio (Ctmin), tolerância ao calor (Ctmax) e temperatura corporal preferida (Tpref), para avaliar indiretamente a aclimatização térmica nas médias populacionais. Descobrimos que S. torquatus é um termorregulador ativo durante todo o ano, com a temperatura corporal variando pouco apesar de fortes mudanças sazonais de temperatura. Embora não tenhamos observado um sinal forte de aclimatização em Ctmax, encontramos que Ctmin muda em paralelo com as temperaturas noturnas ao longo do ano. Isso provavelmente ocorre, pelo menos em parte, porque a termorregulação é substancialmente menos eficaz em amortecer os organismos da seleção nos limites fisiológicos inferiores do que nos limites fisiológicos superiores. A termorregulação ativa é eficaz em limitar a exposição a temperaturas extremas durante o dia, mas é menos eficaz à noite, potencialmente contribuindo para maior plasticidade em Ctmin do que em Ctmax. Entretanto, é importante notar que Tpref acompanhou as mudanças sazonais de temperatura, o que é um dos fatores que contribuem para a termorregulação altamente eficaz durante todo o ano. Assim, o comportamento e a plasticidade fisiológica nem sempre operam independentemente, o que poderia impactar como os organismos podem responder ao aumento das temperaturas. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Interactions between thermoregulatory behavior and physiological acclimatization in a wild lizard population: Although the importance of thermoregulation and plasticity as compensatory mechanisms for climate change has long been recognized, they have largely been studied independently. Thus, we know comparatively little about how they interact to shape physiological variation in natural populations. Here, we test the hypothesis that behavioral thermoregulation and thermal acclimatization interact to shape physiological phenotypes in a natural population of the diurnal lizard, Sceloporus torquatus. Every month for one year we examined thermoregulatory effectiveness and changes in the population mean in three physiological parameters: cold tolerance (Ct<inf>min</inf>), heat tolerance (Ct<inf>max</inf>), and the preferred body temperature (T<inf>pref</inf>), to indirectly assess thermal acclimatization in population means. We discovered that S. torquatus is an active thermoregulator throughout the year, with body temperature varying little despite strong seasonal temperature shifts. Although we did not observe a strong signal of acclimatization in Ct<inf>max</inf>, we did find that Ct<inf>min</inf> shifts in parallel with nighttime temperatures throughout the year. This likely occurs, at least in part, because thermoregulation is substantially less effective at buffering organisms from selection on lower physiological limits than upper physiological limits. Active thermoregulation is effective at limiting exposure to extreme temperatures during the day, but is less effective at night, potentially contributing to greater plasticity in Ct<inf>min</inf> than Ct<inf>max</inf>. Importantly, however, T<inf>pref</inf> tracked seasonal changes in temperature, which is one the factors contributing to highly effective thermoregulation throughout the year. Thus, behavior and physiological plasticity do not always operate independently, which could impact how organisms can respond to rising temperatures. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Introdução: Os organismos utilizam pistas ambientais para adequar seu fenótipo à futura disponibilidade de recursos e condições ambientais. Mudanças na magnitude e frequência de pistas ambientais como fotoperíodo e temperatura ao longo das latitudes podem ser usadas pelos organismos para prever mudanças sazonais. Embora o papel da variação de temperatura na indução de respostas plásticas e sazonais esteja bem estabelecido, a importância do fotoperíodo para prever mudanças sazonais é menos explorada. Materiais e métodos: Aqui estudamos mudanças em características de história de vida e resistência ao estresse térmico em Drosophila subobscura em resposta à variação do fotoperíodo (ciclos de luz:escuro de 6:18, 12:12 e 18:6) simulando variações sazonais na duração do dia. As populações de D. subobscura foram coletadas em cinco locais ao longo de um gradiente latitudinal (do Norte da África e Europa). Essas populações foram expostas a diferentes fotoperíodos por duas gerações, após o que foram avaliadas a viabilidade de ovo a adulto, produtividade, peso corporal seco, tolerância térmica e resistência à inanição. Resultados: Encontramos fortes efeitos do fotoperíodo, origem das populações e suas interações sobre as características de história de vida e resistência ao estresse. A resistência térmica variou entre as populações e o efeito do fotoperíodo dependeu da característica e do método aplicado para a avaliação da resistência térmica. Perspectivas: Nossos resultados mostram um forte efeito da origem da população e do fotoperíodo sobre uma série de características relacionadas à aptidão e fornecem evidências de adaptação local a pistas ambientais (interação fotoperíodo por população). Os achados enfatizam um papel importante e frequentemente negligenciado do fotoperíodo em estudos sobre resistência térmica e sugerem que pistas induzidas pelo fotoperíodo podem fornecer algum amortecimento permitindo que as populações lidem com um clima futuro mais variável e imprevisível. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of photoperiod on life-history and thermal stress resistance traits across populations of Drosophila subobscura: Introduction: Organisms use environmental cues to match their phenotype with the future availability of resources and environmental conditions. Changes in the magnitude and frequency of environmental cues such as photoperiod and temperature along latitudes can be used by organisms to predict seasonal changes. While the role of temperature variation on the induction of plastic and seasonal responses is well established, the importance of photoperiod for predicting seasonal changes is less explored. Materials and methods: Here we studied changes in life-history and thermal stress resistance traits in Drosophila subobscura in response to variation in photoperiod (6:18, 12:12 and 18:6 light:dark cycles) mimicking seasonal variations in day length. The populations of D. subobscura were collected from five locations along a latitudinal gradient (from North Africa and Europe). These populations were exposed to different photoperiods for two generations, whereafter egg-to-adult viability, productivity, dry body weight, thermal tolerance, and starvation resistance were assessed. Results: We found strong effects of photoperiod, origin of populations, and their interactions on life-history and stress resistance traits. Thermal resistance varied between the populations and the effect of photoperiod depended on the trait and the method applied for the assessment of thermal resistance. Perspectives: Our results show a strong effect of the origin of population and photoperiod on a range of fitness-related traits and provide evidence for local adaptation to environmental cues (photoperiod by population interaction). The findings emphasize an important and often neglected role of photoperiod in studies on thermal resistance and suggest that cues induced by photoperiod may provide some buffer enabling populations to cope with a more variable and unpredictable future climate. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os efeitos da salinidade e temperatura no desempenho fotossintético e de crescimento das ervas marinhas Cymodocea nodosa e Ruppia cirrhosa foram estudados para compreender sua sazonalidade e distribuição local. Brotos de Cymodocea nodosa foram coletados no Cabo Vrasidas, e brotos de R. cirrhosa na lagoa costeira Fanari, todos da Região da Macedônia Oriental e Trácia, Grécia. O rendimento quântico efetivo (ΔF/Fm′), o conteúdo de clorofila-a foliar (mg g-1 de massa úmida) e o crescimento (% do máximo) foram testados em diferentes temperaturas (10-40°C) e salinidades (5-60). Os resultados mostraram que: (a) R. cirrhosa foi mais eurialina (5-55/60) que C. nodosa (10-50), (b) a tolerância térmica superior de C. nodosa (34-35°C) foi maior que a de R. cirrhosa (32-34°C), (c) C. nodosa não tolerou 10°C, enquanto R. cirrhosa tolerou, e (d) o ótimo de crescimento de C. nodosa foi 30°C e o de R. cirrhosa 20-30°C. Os ótimos térmicos e tolerâncias de crescimento e fotossíntese confirmam os padrões sazonais de R. cirrhosa, mas não de C. nodosa. Entretanto, a sensibilidade de C. nodosa a baixas salinidades e temperaturas pode explicar sua ausência em lagoas costeiras rasas. Ruppia cirrhosa poderia ser vulnerável a futuras mudanças climáticas. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of salinity and temperature on the performance of Cymodocea nodosa and Ruppia cirrhosa: A medium-term laboratory study: The effects of salinity and temperature on the photosynthetic and growth performance of the seagrasses Cymodocea nodosa and Ruppia cirrhosa were studied to understand their local seasonality and distribution. Cymodocea nodosa shoots were collected from Cape Vrasidas, and R. cirrhosa shoots from the coastal lagoon Fanari, all from the Eastern Macedonian and Thrace Region, Greece. Effective quantum yield (ΔF/Fm′), leaf chlorophyll-a content (mg g-1 wet mass) and growth (% of maximum) were tested at different temperatures (10-40°C) and salinities (5-60). The results showed that: (a) R. cirrhosa was more euryhaline (5-55/60) than C. nodosa (10-50), (b) the upper thermal tolerance of C. nodosa (34-35°C) was higher than that of R. cirrhosa (32-34°C), (c) C. nodosa could not tolerate 10°C, whereas R. cirrhosa could, and (d) the growth optimum of C. nodosa was 30°C and that of R. cirrhosa 20-30°C. The thermal optima and tolerances of growth and photosynthesis confirm the seasonal patterns of R. cirrhosa but not of C. nodosa. However, the sensitivity of C. nodosa to low salinities and temperatures may explain its absence from shallow coastal lagoons. Ruppia cirrhosa could be vulnerable to future climate change. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

A substituição de florestas de kelp e fucoides por comunidades de tapete de baixa biomassa ou desertos de ouriços-do-mar tem sido identificada em ecossistemas marinhos temperados em todo o mundo. A variação nos mecanismos de declínio (ex.: pastejo por ouriços, estresse térmico) e nos aparentes fatores de estresse (ex.: sobrepesca, sedimentação, aquecimento global) tem limitado bastante o desenvolvimento de estratégias de manejo generalizadas. Limiares de densidade de ouriços e tolerância térmica para macroalgas formadoras de habitat estão cada vez mais estabelecidos, mas limiares de turbidez raramente são considerados. Dada a necessidade universal de luz em macrófitas aquáticas, a estimativa dos limites de radiação fotossinteticamente ativa (PAR) pode ajudar a fundamentar estruturas para melhor manejo de estressores terrestres. Aqui examinei a variabilidade espacial e temporal do PAR em florestas da kelp gigante Macrocystis pyrifera ao longo de um gradiente de exposição a sedimentos de origem terrestre. A exposição a sedimentos suspensos em excesso empurrou o PAR abaixo dos limiares críticos para o crescimento líquido de esporófitos (<1,0 mol m−2 dia−1), afetando as densidades de kelp gigante, mas também impactando uma série de métricas ecológicas incluindo: densidade de fucoides; densidade de laminarianas; métricas de diversidade beta; composição do subdossel; e densidade de ouriços. Embora kelps e fucoides tenham respondido a limiares de luz semelhantes, as kelps parecem ser vulneráveis à interrupção física por sedimentos, enquanto os fucoides são tolerantes aos mecanismos de interrupção física, mas vulneráveis à diminuição da disponibilidade de luz. Limiares de luz de 1,0 mol m−2 dia−1 podem ser um alvo útil para o manejo de estressores que afetam a claridade da água (ex.: sedimentação, eutrofização), com aplicabilidade universal entre diversos grupos de fotoautótrofos aquáticos. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Giant kelp forests at critical light thresholds show compromised ecological resilience to environmental and biological drivers: Replacement of kelp and fucoid forests by low biomass turfing communities or urchin barrens has been identified in temperate marine ecosystems worldwide. Variation in the mechanisms of decline (e.g., urchin grazing, temperature stress) and apparent driving stressors (e.g., overfishing, sedimentation, global warming) has greatly limited the development of generalized management strategies. Thresholds of urchin density and thermal tolerance for habitat-forming seaweeds are increasingly well established, yet thresholds of turbidity are rarely considered. Given the universal requirement for light in aquatic macrophytes, estimation of photosynthetically active radiation (PAR) limits may help underpin frameworks for better management of terrestrial stressors. Here I have examined spatial and temporal variability of PAR in forests of the giant kelp Macrocystis pyrifera across a gradient of exposure to land-derived sediments. Exposure to excess suspended sediments pushed PAR below critical thresholds for net sporophyte growth (<1.0 mol m −2 day −1 ), affecting giant kelp densities, but also impacting a range of ecological metrics including: fucoid density; laminarian density; beta diversity metrics; subcanopy composition; and urchin density. While kelps and fucoids responded to similar light thresholds, kelps appear to be vulnerable to physical disruption by sediments whereas fucoids are tolerant of physical disruption mechanisms, but vulnerable to declining light availability. Light thresholds of 1.0 mol m −2 day −1 may be a useful target for management of stressors affecting water clarity (e.g., sedimentation, eutrophication), with universal applicability across diverse groups of aquatic photoautotrophs. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

A Etiópia é um país ecologicamente diverso; as regiões de baixa altitude são quentes e úmidas, enquanto as regiões de alta altitude são mais frias. Neste estudo, analisamos a resposta do transcriptoma de galinhas de alta altitude (Adis Abeba) e baixa altitude (Awash) às condições de estresse térmico prevalentes nas regiões de baixa altitude. As galinhas foram mantidas soltas por 20 horas em um cercado em Awash, e então os tecidos do coração, músculo peitoral e baço foram coletados às 6h, 12h e 18h para acompanhar um ciclo circadiano diário. Por meio da análise de RNA-sequenciamento, identificamos genes diferencialmente expressos (GDEs) que foram significativos (q < 0,05). Esses GDEs foram submetidos a análises de rede de interação proteína-proteína (IPP) e rede de coexpressão gênica (RCG) para compreender seu papel. A análise de vias KEGG e a análise de Ontologia Gênica de todos os GDEs identificados e dos genes identificados a partir das análises de rede IPP e RCG revelaram que várias vias relacionadas à imunidade, como proteassoma, adesão focal, influenza A, via de sinalização ErbB e metabolismo de glicerofosfolipídios, foram enriquecidas em resposta ao estresse térmico. Esses resultados sugerem que as galinhas de alta altitude estavam sob estresse térmico e podem ser imunologicamente suscetíveis. Nossos achados ajudarão no desenvolvimento de uma abordagem genética para mitigar a perda de produção devido ao estresse térmico. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Comparative transcriptome analysis of Ethiopian indigenous chickens from low and high altitudes under heat stress condition reveals differential immune response: Ethiopia is an ecologically diverse country; the low altitude regions are hot and humid whereas the high altitude regions are cooler. In this study we analyzed the transcriptome response of high altitude (Addis Ababa) and low altitude (Awash) chickens to heat stress conditions that are prevalent in the low altitude regions. The chickens were free ranged for 20 h in an enclosure in Awash, and then the heart, breast muscle and spleen tissues were collected at 6:00 am, 12:00 noon and 6:00 pm to follow a daily circadian cycle. Through RNA-sequencing analysis, we identified differentially expressed genes (DEGs) that were significant (q < 0.05). These DEGs were subjected to protein–protein interaction (PPI) network and gene co-expression network (GCN) analyses to understand their role. KEGG pathway analysis and Gene Ontology analysis of all the identified DEGs and the genes identified from the PPI network and GCN analyses revealed that several immune-related pathways, such as proteasome, focal adhesion, influenza A, the ErbB signaling pathway and glycerophospholipid metabolism, were enriched in response to heat stress. These results suggest that the high altitude chickens were under heat stress and might be immunologically susceptible. Our findings will help in developing a genetic approach to mitigate production loss due to heat stress. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

O fogo tem moldado há muito tempo as respostas biológicas das plantas e comunidades vegetais em muitos ecossistemas; no entanto, incêndios florestais descontrolados frequentemente colocam pessoas e infraestrutura em risco. A queima de redução de combustível ou perigo fora da temporada histórica de incêndios é uma prática comum e difundida que visa reduzir o risco de incêndios de alta severidade, que idealmente também considera valores de biodiversidade. Dentro de sistemas propensos a incêndios, bancos de sementes são críticos para a regeneração de espécies vegetais, e as sementes são tipicamente adaptadas para sobreviver à passagem do fogo e regenerar em resposta a pistas associadas a regimes históricos de fogo. No entanto, existem tolerâncias específicas de espécies ao calor do fogo; provavelmente influenciadas por uma variedade de características físicas, fisiológicas e morfológicas das sementes, que podem diferir entre as estações. A identificação dessas tolerâncias e características de sementes associadas pode informar o manejo do fogo e das espécies. Determinamos as temperaturas letais para sementes em relação ao seu teor de umidade e outras características-chave que hipotetizamos poderiam estar associadas à sobrevivência. Sementes de 14 espécies nativas e 4 espécies não nativas das áreas propensas a incêndios das florestas de Banksia de clima mediterrâneo do sudoeste da Austrália Ocidental foram expostas a temperaturas entre 50 e 180°C por 3 minutos em três diferentes teores de umidade. A temperatura na qual metade das sementes foi morta (T₅₀) foi estimada usando modelagem não linear. Massa da semente, forma da semente, tipo de embrião, capacidade de rebrota da planta, síndrome de armazenamento de sementes e status nativo/não nativo foram quantificados e modelados para sua relação com T₅₀. O aumento do teor de umidade foi um preditor significativo da mortalidade elevada de sementes. Sementes com maior umidade (95% de umidade relativa [UR]) pereceram em temperaturas muito mais baixas. Sementes com baixo teor de umidade (15% ou 50% UR) foram capazes de sobreviver a temperaturas significativamente mais altas (aumento mediano de 38 e 31°C mais altas, respectivamente). Sementes com embriões basais mostraram T₅₀ significativamente menor do que outros tipos de embrião. Síntese. Sementes com teores de umidade elevados têm limiares de temperatura letal mais baixos, levando ao aumento da mortalidade de sementes durante eventos de fogo quando as sementes (e solos) estão úmidas. A tolerância térmica variou entre espécies coexistentes dentro deste sistema propenso a incêndios. Esses dados sugerem preocupação potencial com os impactos de práticas de queima fora de época (ou seja, queima na estação fria/úmida) e destacam a importância de levar em conta o teor de umidade das sementes ao planejar e implementar queimas prescritas. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Seed moisture content as a primary trait regulating the lethal temperature thresholds of seeds: Fire has long shaped biological responses of plants and plant communities in many ecosystems; yet, uncontrolled wildfire frequently puts people and infrastructure at risk. Fuel or hazard reduction burning outside of the historic fire season is a common and widespread practice aimed at reducing the risk of high-severity fires, which ideally also considers biodiversity values. Within fire-prone systems, seed banks are critical for plant species’ regeneration, and seeds are typically adapted to survive the passage of fire and to regenerate in response to cues associated with historic fire regimes. However, species-specific tolerances to the heat from fire exist; likely influenced by a range of physical, physiological, and morphological seed traits, which may differ between seasons. The identification of these tolerances and associated seed traits may inform fire and species management. We determined the lethal temperatures for seeds in relation to their moisture content, and other key traits that we hypothesised may be associated with survival. Seeds from 14 native species and 4 species non-native to fire-prone Mediterranean climate Banksia woodlands of south-west Western Australia were exposed to temperatures between 50 and 180°C for 3 min at three different moisture contents. The temperature at which half the seeds were killed (T<inf>50</inf>) was estimated using nonlinear modelling. Seed mass, seed shape, embryo type, plant resprouting ability, seed storage syndrome, and native/non-native status were quantified and modelled for their relationship with T<inf>50</inf>. Increased moisture content was a significant predictor of elevated seed mortality. Seeds with higher moisture (95% relative humidity [RH]) content perished at much lower temperatures. Seeds with low moisture content (15% or 50% RH) were able to survive significantly higher temperatures (median increase of 38 and 31°C higher respectively). Seeds with basal embryos showed significantly lower T<inf>50</inf> than other embryo types. Synthesis. Seeds with elevated moisture contents have lower lethal temperature thresholds, leading to increased seed mortality during fire events when seeds (and soils) are moist. Thermal tolerance varied among coexisting species within this fire-prone system. These data suggest potential concern for the impacts of aseasonal burning practices (i.e., cool/wet season burning), and highlight the importance of taking seed moisture content into account when planning and implementing prescribed burning. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Neste estudo, investigamos as mudanças sazonais em características ecofisiológicas-chave de uma população selvagem de truta-das-neves, Schizothorax richardsonii do rio Gola na região do Himalaia indiano durante um ano. Espécimes vivos (5,8–31,4 g) foram capturados por pesca-elétrica em seu habitat natural durante meses representativos das quatro estações com diferenças notáveis na temperatura da água, concentração e saturação de oxigênio. Após 24–72 h de aclimatação em cativeiro, os peixes foram examinados quanto aos limites térmicos críticos superior e inferior (CT<inf>max</inf> e CT<inf>min</inf>), limiares letais incipientes de oxigênio (ILOC e ILOS), taxas aparentes de consumo rotineiro e máximo de oxigênio (M<inf>O2rout</inf> e M<inf>O2max</inf>) e hemoglobina-hematócrito sanguíneo. Ao longo das estações, os valores médios de CT<inf>min</inf> e CT<inf>max</inf> variaram de ∼0 a 34,6 °C, sugerindo uma faixa de tolerância térmica aguda relativamente ampla para este peixe predominantemente de água fria. Mudanças na condição térmica do habitat durante o inverno até o verão foram refletidas nas estimativas de CT<inf>min</inf> (∼0–2,4 °C) e CT<inf>max</inf> (31,7–34,4 °C), enquanto o maior escopo térmico (CT<inf>max</inf>-CT<inf>min</inf>; 33,2 °C) foi registrado no outono. Simultaneamente, o limiar letal incipiente de hipóxia observado no outono (ILOS-2,6% e ILOC-0,19 mgO<inf>2</inf>/L) foi significativamente menor do que nas outras três estações, possivelmente ligado à aclimatação ao calor. A redução nos níveis de hemoglobina-hematócrito sanguíneo durante o inverno poderia limitar a capacidade de transporte de oxigênio, com possíveis reciprocidades na tolerância térmica e metabolismo aeróbico. Em relação ao consumo de oxigênio corrigido pela massa corporal, o M<inf>O2rout</inf> aparente aumentou de forma dependente da temperatura de 150,3 mgO<inf>2</inf>/kg/h a 12 °C para 315,2 mgO<inf>2</inf>/kg/h a 26 °C, com Q<inf>10</inf> variando de 1,6 a 2,2. Enquanto isso, mudanças no M<inf>O2max</inf> não foram sensíveis à temperatura (Q<inf>10</inf> de 0,7–1,3), exceto durante a primavera-verão (Q<inf>10</inf>-2), com as menores e maiores medições na primavera e outono (934 e 1514 mgO<inf>2</inf>/kg/h), respectivamente. Coletivamente, estes dados formam o primeiro relatório de informação sobre a plasticidade sazonal na fisiologia térmica e respiratória de uma espécie de peixe Schizothoracinae, carregando significância para sua conservação, aquicultura e monitoramento de habitat. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Temperature and oxygen related ecophysiological traits of snow trout (Schizothorax richardsonii)are sensitive to seasonal changes in a Himalayan stream environment: In this study, we investigated the seasonal changes in key eco-physiological traits of a wild population of snow trout, Schizothorax richardsonii from river Gola in the Indian Himalayan region over one year. Live specimens (5.8–31.4 g)were electro-fished from their natural habitat during representative months of four seasons with notable differences in water temperature, oxygen concentration and saturation. After 24–72 h of captive-acclimation, the fishes were examined for upper and lower critical thermal limits (CT<inf>max</inf> and CT<inf>min</inf>), incipient lethal oxygen thresholds (ILOC and ILOS), apparent routine and maximum oxygen consumption rates (M<inf>O2rout</inf> and M<inf>O2max</inf>), and blood haemoglobin-haematocrit. Across the seasons, mean CT<inf>min</inf> and CT<inf>max</inf> values ranged from ∼0 to 34.6 °C, suggesting a relatively wide acute thermal tolerance range for this predominantly cold-water fish. Changes in the habitat's thermal condition during winter to summer was reflected in the CT<inf>min</inf> (∼0–2.4 °C)and CT<inf>max</inf> (31.7–34.4 °C)estimates, while the highest thermal scope (CT<inf>max</inf>-CT<inf>min</inf>; 33.2 °C)was recorded in autumn. Concurrently, the incipient lethal hypoxia threshold observed in autumn (ILOS-2.6% and ILOC-0.19 mgO<inf>2</inf>/L)was significantly lower than the other three seasons, possibly linked to warm-acclimation. The reduction in blood haemoglobin-haematocrit levels during winter could limit the oxygen carrying capacity, with possible reciprocations in thermal tolerance and aerobic metabolism. Concerning body mass corrected oxygen consumption, the apparent M<inf>O2rout</inf> was found to increase in a temperature-dependent manner from 150.3 mgO<inf>2</inf>/kg/h at 12 °C to 315.2 mgO<inf>2</inf>/kg/h at 26 °C, with Q<inf>10</inf> ranging from 1.6 to 2.2. Whereas, changes in M<inf>O2max</inf> was not temperature sensitive (Q<inf>10</inf> of 0.7–1.3), except during spring-summer (Q<inf>10</inf>-2), with lowest and highest measurements in spring and autumn (934 and 1514 mgO<inf>2</inf>/kg/h), respectively. Collectively, these data form the first information report on the seasonal plasticity in thermal and respiratory physiology of a Schizothoracine fish species, bearing significance for their conservation, aquaculture and habitat monitoring. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Para examinar os efeitos da temperatura constante e da flutuação nictemeral na tolerância térmica do peixe-zebra (Danio rerio) em diferentes estágios de história de vida, larvas recém-eclodidas, peixes juvenis e fêmeas e machos sexualmente maduros foram aclimatados à temperatura constante (28°C) e à temperatura com flutuação nictemeral (26-30°C) por duas semanas. Em seguida, os máximos térmicos críticos (CTmax), máximos térmicos letais (LTmax), mínimos térmicos críticos (CTmin) e mínimos térmicos letais (LTmin) do peixe-zebra em diferentes estágios de história de vida foram medidos usando a metodologia térmica crítica de Becker e Genoway. A temperatura de aclimatação, o estágio de história de vida e suas interações tiveram efeitos significativos na tolerância térmica do peixe-zebra (P<0,05), enquanto a temperatura de aclimatação e o gênero não tiveram efeito significativo na tolerância térmica do peixe-zebra adulto (P>0,05). A tolerância térmica das larvas foi mais fraca do que a dos peixes juvenis e adultos, com CTmax e LTmax mais baixos e CTmin e LTmin mais altos. Essas características podem estar relacionadas aos hábitos de vida e ao ambiente do habitat dos peixes em diferentes estágios de história de vida. A temperatura com flutuação nictemeral não teve efeito na tolerância térmica de peixes juvenis e adultos, mas aumentou o comprimento corporal e diminuiu a amplitude de resistência térmica nas larvas, sugerindo uma compensação entre crescimento e tolerância térmica. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of constant and diel-fluctuating temperature on thermal tolerance of zebrafish at different life-history stages: To examine the effects of constant and diel-fluctuating temperature on thermal tolerance of zebrafish (Danio rerio) at different life-history stages, the newly hatched fry, juvenile fish, and sexually mature females and males were acclimated to constant temperature (28°C) and diel-fluctuating temperature (26-30°C) for two weeks. Then, the critical thermal maxima (CT<inf>max</inf>), lethal thermal maxima (LT<inf>max</inf>), critical thermal minima (CT<inf>min</inf>), and lethal thermal minima (LT<inf>min</inf>) of zebrafish at different life-history stages were measured using the critical thermal methodology of Becker and Genoway. Acclimation temperature, life-history stage, and their interactions had significant effects on thermal tolerance of zebrafish (P<0.05), whereas acclimation temperature and gender had no significant effect on thermal tolerance of adult zebrafish (P>0.05). The thermal tolerance of larvae was weaker than that of juvenile and adult fish, with lower CT<inf>max</inf> and LT<inf>max</inf> and higher CT<inf>min</inf> and LT<inf>min</inf>. These characteristics might be related to the living habits and habitat environment of fishes at different life-history stages. The diel-fluctuating temperature had no effect on the thermal tolerance of juvenile and adult fish, but it increased body length and decreased thermal endurance scope in larvae, suggesting a trade-off between growth and thermal tolerance. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aquecimento dos oceanos afeta o ciclo de vida e a adaptação dos organismos marinhos, entre outros fatores, aumentando o metabolismo animal e reduzindo a disponibilidade de oxigênio. Nos habitats costeiros, os animais vivem em estreita associação com organismos fotossintéticos cujo suprimento de oxigênio sustenta as demandas metabólicas e pode compensar o aquecimento agudo. Utilizando um conjunto de dados de monitoramento de alta frequência único, mostramos que a supersaturação de oxigênio resultante da fotossíntese acompanha de perto o aumento da temperatura do mar durante os ciclos diurnos nos habitats costeiros do Mar Vermelho. Demonstramos experimentalmente que a supersaturação de oxigênio estende a sobrevivência a temperaturas mais extremas de seis espécies de quatro filos. Esclarecemos a base mecanicista da tolerância térmica estendida ao mostrar que a hiperóxia atende à demanda metabólica aumentada em altas temperaturas. Ao modelar um ano de temperaturas da água e concentrações de oxigênio, prevemos que a supersaturação de oxigênio proveniente da atividade fotossintética invariavelmente alimenta a demanda metabólica animal máxima, representando um fator subestimado de resistência e resiliência ao aquecimento dos oceanos em ectotérmicos. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Oxygen supersaturation protects coastal marine fauna from ocean warming: Ocean warming affects the life history and fitness of marine organisms by, among others, increasing animal metabolism and reducing oxygen availability. In coastal habitats, animals live in close association with photosynthetic organisms whose oxygen supply supports metabolic demands and may compensate for acute warming. Using a unique high-frequency monitoring dataset, we show that oxygen supersaturation resulting from photosynthesis closely parallels sea temperature rise during diel cycles in Red Sea coastal habitats. We experimentally demonstrate that oxygen supersaturation extends the survival to more extreme temperatures of six species from four phyla. We clarify the mechanistic basis of the extended thermal tolerance by showing that hyperoxia fulfills the increased metabolic demand at high temperatures. By modeling 1 year of water temperatures and oxygen concentrations, we predict that oxygen supersaturation from photosynthetic activity invariably fuels peak animal metabolic demand, representing an underestimated factor of resistance and resilience to ocean warming in ectotherms. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

A fase larval planctônica do ciclo de vida dos corais escleractíneos representa um estágio crucial quando a dispersão ocorre e a diversidade genética entre populações é mantida. Compreender a dinâmica que influencia a sobrevivência larval é especialmente relevante no contexto das mudanças climáticas, uma vez que as larvas podem ser mais vulneráveis a distúrbios ambientais do que os adultos. Vários parâmetros fisiológicos de larvas de coral demonstraram variar conforme o momento de liberação e o histórico ambiental prévio. No entanto, a contribuição de efeitos parentais ou genéticos é amplamente desconhecida. Para investigar esses potenciais efeitos familiares, coletamos colônias adultas de Porites astreoides em abril de 2018 de duas zonas recifais no baixo Florida Keys e quantificamos características fisiológicas e tolerância térmica das larvas recém-liberadas. A família explicou mais variação do que o dia de liberação e a origem do recife, com >60% da variação no conteúdo de clorofila a e proteína explicada pela família. A sobrevivência das larvas sob estresse térmico agudo de 36 °C também estava fortemente vinculada à colônia parental da qual foram liberadas. Durante um experimento de estresse térmico moderado a 32 °C, as larvas costeiras tenderam a sofrer menos branqueamento do que as larvas oceânicas, refletindo a maior resistência ao branqueamento previamente observada em populações de corais adultos costeiros. Os efeitos familiares significativos identificados no presente estudo sugerem que os pesquisadores devem ser cautelosos ao interpretar resultados de estudos que agrupam larvas de diferentes famílias, e que estudos futuros devem tomar cuidado para considerar essa variação. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Family matters: Variation in the physiology of brooded Porites astreoides larvae is driven by parent colony effects: The planktonic larval phase of scleractinian coral life-history represents a crucial stage when dispersal takes place and genetic diversity among populations is maintained. Understanding the dynamics influencing larval survival is especially relevant in the context of climate change, as larvae may be more vulnerable to environmental disturbances than adults. Several physiological parameters of coral larvae have been shown to vary by release time and past environmental history. However, the contribution of parental or genetic effects is largely unknown. To investigate these potential familial effects, we collected adult Porites astreoides colonies in April 2018 from two reef zones in the lower Florida Keys and quantified physiological traits and thermal tolerance of the newly released larvae. Family accounted for more variation than day of release and reef origin, with >60% of the variation in chlorophyll a and protein content explained by family. The survivorship of larvae under 36 °C acute temperature stress was also tightly linked to what parent colony they were released from. During a 32 °C moderate temperature stress experiment, inshore larvae tended to bleach less than offshore larvae, mirroring the enhanced bleaching resistance previously observed in inshore adult coral populations. The significant familial effects identified in the present study suggest that researchers should be cautious when interpreting results of studies which pool larvae among families, and that future studies should take care to account for this variation. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os efeitos do aquecimento oceânico no desempenho fisiológico de organismos marinhos têm sido amplamente estudados. No entanto, poucos estudos consideraram a relevância da aclimatação sazonal a temperaturas elevadas e se espécies nativas e não nativas têm tolerâncias semelhantes ao aquecimento. Testamos as hipóteses de que a suscetibilidade ao aquecimento em duas espécies de anêmonas-do-mar de latitudes temperadas é (i) maior no inverno do que no verão, e (ii) maior na espécie nativa do que na espécie não nativa. A variabilidade sazonal no limite superior de tolerância térmica de indivíduos de Anthothoe chilensis (nativa) e Anemonia alicemartinae (não nativa) da costa centro-norte do Chile foi avaliada em experimentos laboratoriais durante o inverno austral de 2015 e verão de 2016. Em consonância com nossas previsões, o aquecimento da água do mar (até 16 °C acima dos níveis naturais) suprimiu significativamente os indicadores de desempenho individual, como sobrevivência e reprodução assexuada (fissão longitudinal) na espécie nativa, mas não na espécie não nativa. No entanto, a reprodução assexuada na anêmona-do-mar não nativa foi rara entre os tratamentos de aquecimento, e a espécie nativa mostrou uma capacidade mais forte de se destacar do substrato sob condições térmicas adversas. Os efeitos negativos do aquecimento na sobrevivência e fissão foram evidentes apenas no inverno, quando a reprodução assexuada é mais intensa nesses táxons. Finalmente, temperaturas da água de 30 °C ou mais foram letais para ambas as anêmonas-do-mar nativas e não nativas. Estes resultados mostram que a espécie não nativa pode ter uma tolerância térmica mais ampla (em termos de sobrevivência) do que a espécie taxonomicamente relacionada nativa, mas esta última exibe adaptações comportamentais para evitar condições adversas de altas temperaturas. Sugerimos que o conhecimento sobre características do ciclo de vida relacionadas a variações sazonais na temperatura da água e o status de invasão de uma espécie podem ajudar a prever seu desempenho em um oceano em aquecimento. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Season-dependent effects of ocean warming on the physiological performance of a native and a non-native sea anemone: The effects of ocean warming on the physiological performance of marine organisms have been widely studied. However, few studies have considered the relevance of seasonal acclimation to elevated temperatures and whether native and non-native species have similar tolerances to warming. We tested the hypotheses that the susceptibility to warming in two species of sea anemones from temperate latitudes is (i) higher in winter than in summer, and (ii) higher in the native than in the non-native species. Seasonal variability in the upper thermal tolerance limit of Anthothoe chilensis (native) and Anemonia alicemartinae (non-native) individuals from the northern-central coast of Chile was assessed in laboratory experiments during the austral winter 2015 and summer 2016. In line with our predictions, seawater warming (up to 16 °C above natural levels) significantly suppressed individual performance proxies such as survival and asexual reproduction (longitudinal fission) in the native species, but not in the non-native species. However, asexual reproduction in the non-native sea anemone was rare across warming treatments, and the native species showed a stronger capacity to detach from the substratum under adverse thermal conditions. Negative effects of warming on survival and fission were evident only in winter, when asexual reproduction is more intense in these taxa. Finally, water temperatures of 30 °C or more were lethal for both native and non-native sea anemones. These results show that the non-native species may have a broader thermal tolerance (in terms of survival) than the native taxonomically related species, but the latter displays behavioral adaptations to avoid adverse conditions of high temperatures. We suggest that knowledge about life history traits related to seasonal variations in water temperature and the invasion status of a species can help to predict its performance in a warming ocean. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Poucos dados estão disponíveis sobre a tolerância térmica de larvas de tilápia-do-Nilo em relação ao seu estado imunológico e sobrevivência. Os objetivos deste trabalho foram avaliar o estado imunológico do estágio larval de tilápia-do-Nilo (Oreochromis niloticus) com um dia de idade coletadas no início (março), meio (agosto) e final (outubro) da temporada de eclosão através da avaliação morfométrica dos parâmetros das larvas, incluindo diâmetro do saco vitelínico, comprimento e largura do corpo, bem como a expressão de alguns genes relacionados à imunidade (rag, sacs e tlr), inflamatórios (il1b e il8) e genes relacionados ao estresse (hsp27, hsp70). Também, comparar o efeito de três diferentes imunoestimulantes (β-glucano, Vitamina C e mistura de aminoácidos metionina/lisina) na expressão dos genes estudados em duas temperaturas variantes (23 ± 1 °C e 30 ± 1 °C) em estudo experimental por 21 dias. O estado imunológico da tilápia-do-Nilo é afetado pela flutuação térmica ao longo da temporada de eclosão refletida pelo tamanho alterado do saco vitelínico, comprimento e expressão dos genes imunológicos e de estresse das larvas, sendo os melhores desempenhos observados no início da temporada de eclosão (março). A alta temperatura (30 °C) suprime as respostas imunológicas e ao estresse através da regulação negativa de todos os genes em estudo, mascara quaisquer efeitos dos imunoestimulantes, aumentou a mortalidade nas larvas de peixe sugerindo uma faixa de tolerância térmica estreita para as larvas em comparação com os peixes adultos. Recomendamos o uso da mistura de aminoácidos como imunoestimulante para larvas de tilápia-do-Nilo, pois reduz a porcentagem de mortalidade e melhora a resposta celular. Além disso, o uso de β-glucano deve ser proibido durante este estágio de desenvolvimento das larvas, pois induziu a maior porcentagem de mortalidade. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The impacts of seasonal variation on the immune status of Nile tilapia larvae and their response to different immunostimulants feed additives: Few data are available on the thermal tolerance of Nile tilapia fish larvae in relation to their immune status and survival. The aims of this work were to evaluate the immune status of one day old Nile tilapia (Oreochromis niloticus) larval stage collected at the beginning (March), middle (August) and at the end (October) of hatching season through morphometric assessment of the larvae parameters including yolk sac diameter, body length and width as well as the expression of some immune-related genes (rag, sacs and tlr), inflammatory (il1b and il8) and stress related genes (hsp27, hsp70). Also, to compare the effect of three different immunostimulants (β-glucan, Vitamin C, and methionine/lysine amino acids mix) on the expression of the studied genes at two variant temperatures (23 ± 1 °C and 30 ± 1 °C) in experimental study for 21 days. The immune status of Nile tilapia is affected by thermal fluctuation throughout the hatching season reflected by altered yolk sac size, length, and expression of the immune and stress related genes of the larvae, the best performances was observed at the beginning of the hatching season (March). High temperature (30 °C) suppress immune and stress responses throughout downregulation of all the genes under study, mask any effects for the immunostimulants, increased mortality in fish larvae suggesting narrow thermal tolerance range for the larvae compared with the adult fish. We recommend the use of amino acid mix as immunostimulant for Nile tilapia larvae, it reduces the mortality percentage and improve cellular response. Also, the use of β-glucan should be prohibited during this developmental stage of larvae, it induced the highest mortality percentage. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Um modelo de simulação foi utilizado para prever como a temperatura influencia o controle biológico de moscas-dos-estábulos (Stomoxys calcitrans (L.)) pelo parasitóide de pupas Spalangia cameroni. A temperatura, que era constante ou flutuava devido à variação sazonal e/ou estocasticidade ambiental, foi modelada como um processo de autocorrelação de primeira ordem. As simulações mostraram que as moscas-dos-estábulos podem tolerar um intervalo de temperatura mais amplo do que o esperado a partir de sua curva de desempenho térmico (TPC). Isso foi atribuído ao fato de que as moscas imaturas se desenvolvem no esterco, que as protege contra baixas temperaturas do ar. Em contraste, os parasitoides apresentaram uma faixa de tolerância térmica mais estreita do que o esperado a partir de sua TPC. Isso foi atribuído à resposta funcional dependente da temperatura de S. cameroni, que foi um fator limitante para o desenvolvimento e sobrevivência do parasitóide quando as densidades de hospedeiros eram baixas em temperaturas subótimas. Os efeitos da variação sazonal sobre os limites térmicos críticos foram estudados por meio de diagramas de desempenho térmico (TPDs). Temperaturas flutuantes estreitaram a faixa de tolerância térmica de ambas as espécies. Em temperaturas constantes, as simulações mostraram que a temperatura ideal para usar S. cameroni no controle de moscas-dos-estábulos é ∼20°C e que o parasitóide pode persistir em ambientes com temperaturas médias anuais entre 18 e 29°C. No entanto, se a variação de temperatura fosse considerada, isso alterou tanto a temperatura ideal quanto o intervalo de temperatura no qual o controle biológico será possível. Isso indica que as mudanças climáticas que causam o aumento das temperaturas combinado com maiores flutuações podem ter consequências graves para o controle biológico de pragas. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Modeling the influence of ambient temperature on the interactions between the stable fly (Diptera: Muscidae) and its natural enemy Spalangia cameroni (Hymenoptera: Pteromalidae) to assess consequences of climate change: A simulation model was used to predict how temperature influences biological control of stable flies (Stomoxys calcitrans (L.)) by the pupal parasitoid Spalangia cameroni. Temperature, which was either constant or fluctuated due to seasonal variation and/or environmental stochasticity, was modeled as a first order autocorrelation process. The simulations showed that stable flies could tolerate a wider temperature interval than expected from their thermal performance curve (TPC). This was attributed to the fact that immature flies develop in manure, which protects them against low air temperatures. In contrast, the parasitoids were found to have a narrower thermal tolerance range than expected from their TPC. This was attributed to the temperature-dependent functional response of S. cameroni, which was a limiting factor for the parasitoid's development and survival when host densities were low at suboptimal temperatures. The effects of seasonal variation on critical thermal limits were studied by means of thermal performance diagrams (TPDs). Fluctuating temperatures narrowed the thermal tolerance range of both species. At constant temperatures, the simulations showed that the optimal temperature for using S. cameroni in control of stable flies is ∼20°C and that the parasitoid can persist in environments with yearly average temperatures between 18 and 29°C. However, if temperature variation was taken into consideration, it changed both the optimal temperature and the temperature interval at which biological control will be possible. This indicates that climate change causing increasing temperatures compounded with greater fluctuations may have serious consequences for biological control of pests. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

A plasticidade fenotípica tem o potencial de influenciar a adaptação ambiental em escalas de tempo evolutivas extremamente curtas. A plasticidade transgeracional (TGP) permite que os pais provisionem sua prole para mudanças ambientais rápidas em apenas uma geração. Nossa hipótese foi que organismos que produzem múltiplas gerações de prole a cada ano usam TGP para maximizar sua aptidão sob flutuações previsíveis em ambientes sazonais. Usando a lesma-do-mar de erva-marinha Phyllaplysia taylori, bivoltina e de desenvolvimento direto, como caso de teste, examinamos os impactos da variação térmica sazonal (isto é, temperatura média e estresse térmico agudo) na tolerância fisiológica, provisionamento materno e plasticidade do desenvolvimento através de múltiplas gerações. No laboratório, aclimatamos adultos aclimatados sazonalmente de gerações sucessivas a 13, 17 e 21°C para avaliar a plasticidade dos limites de tolerância térmica. Também examinamos os efeitos da aclimatação térmica e do estresse térmico no rendimento reprodutivo dentro de uma única geração para caracterizar a TGP. A plasticidade fisiológica, incluindo mas não limitada à TGP, manteve com sucesso a viabilidade da prole sob 2 condições sazonais regularmente experimentadas na natureza, apesar das diferenças na densidade de prole por desova e grandes diferenças individuais no número de descendentes sob essas condições. Estes resultados indicam que condições mais quentes (21°C) perturbam os padrões atuais de plasticidade e justificam investigação adicional dos efeitos de longo prazo do estresse crônico na TGP sob as mudanças climáticas. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal exposure and transgenerational plasticity influence embryonic success in a bivoltine estuarine sea hare: Phenotypic plasticity has the potential to influence environmental adaptation on extremely short evolutionary timescales. Transgenerational plasticity (TGP) allows parents to provision their offspring for rapid environmental shifts in as little as one generation. We hypothesized that organisms that produce multiple generations of offspring each year use TGP to maximize their fitness under predictable fluctuations in seasonal environments. Using the direct-developing bivoltine eelgrass sea hare Phyllaplysia taylori as a test case, we examined the impacts of seasonal thermal variation (i.e. average temperature and acute heat stress) on physiological tolerance, maternal provisioning, and developmental plasticity across multiple generations. In the laboratory, we acclimated seasonally acclimatized adults from successive generations at 13, 17, and 21°C in order to assess plasticity of thermal tolerance limits. We also examined the effects of thermal acclimation and heat stress on reproductive output within a single generation in order to characterize TGP. Physiological plasticity, including but not limited to TGP, successfully maintained the viability of offspring under 2 seasonal conditions regularly experienced in the wild, despite differences in the density of offspring per clutch and large individual differences in offspring numbers under these conditions. These results indicate that warmer conditions (21°C) disrupt current patterns of plasticity and warrant further investigation of the long-term effects of chronic stress on TGP under climate change. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Lampreias-marinhas invasoras (Petromyzon marinus) nos Grandes Lagos são controladas através da aplicação do pesticida (lampricida) 3-trifluorometil-4-nitrofenol (TFM) em águas infestadas por larvas de lampreia. No entanto, a eficácia do tratamento pode ser comprometida por larvas "residuais" de lampreia-marinha que sobrevivem à exposição ao TFM e subsequentemente completam a metamorfose em lampreias juvenis parasitas que predam peixes cultural e economicamente importantes. Investigamos como a estação do ano e a temperatura influenciaram a tolerância ao TFM em larvas de lampreia-marinha. Testes de toxicidade aguda em lampreias coletadas do Rio Au Sable, Michigan, revelaram que a CL<inf>50</inf> e CL<inf>99,9</inf> de 12 horas foram 2,0 a 2,5 vezes maiores no final da primavera e verão, do que no início da primavera e outono. Testes de toxicidade subsequentes indicaram que a maior tolerância ao TFM no verão foi devida a temperaturas mais quentes, baseado em uma CL<inf>50</inf> e CL<inf>99,9</inf> de 12 horas quase 2 vezes maior em água quente (24 °C) comparada com água fria (6 °C). Variações nas reservas energéticas (glicogênio, lipídios, proteínas) ou condição não pareceram afetar a sensibilidade ao TFM. Concluímos que a temperatura da água mais elevada é o fator primário que impulsiona a maior tolerância da larva de lampreia-marinha ao TFM durante o verão, possivelmente devido a um aumento em sua capacidade de detoxificar o TFM. Considerar variações sazonais de temperatura pode ser prudente ao selecionar e tratar riachos infestados por lampreias-marinhas com TFM para minimizar resíduos do tratamento. A longo prazo, aumentos nas temperaturas médias e máximas da água devido às mudanças climáticas podem resultar em maiores requisitos e custos de TFM devido à maior tolerância das larvas de lampreia-marinha ao TFM em temperaturas mais quentes. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Warmer waters increase the larval sea lamprey's (Petromyzon marinus) tolerance to the lampricide 3-trifluoromethyl-4-nitrophenol (TFM): Invasive sea lampreys (Petromyzon marinus) in the Great Lakes are controlled by applying the pesticide (lampricide) 3-trifluoromethyl-4-nitrophenol (TFM) to waters infested with larval lamprey. However, treatment effectiveness can be undermined by “residual” larval sea lamprey that survive TFM exposure, and subsequently complete metamorphosis into parasitic juvenile sea lamprey that prey on culturally and economically important fishes. We investigated how season and temperature influenced the TFM tolerance of larval sea lamprey. Acute toxicity tests on lamprey collected from the Au Sable River, Michigan, revealed that the 12-h LC<inf>50</inf> and LC<inf>99.9</inf> were 2.0- to 2.5-fold greater in late spring and summer, than in early spring and fall. Subsequent toxicity tests indicated that greater TFM tolerance in summer was due to warmer temperatures, based on an almost 2-fold greater 12-h LC<inf>50</inf> and LC<inf>99.9</inf> in warm (24 °C) compared to cool (6 °C) water. Variations in energy stores (glycogen, lipid, protein) or condition did not appear to affect TFM sensitivity. We conclude that higher water temperature is the primary factor driving the larval sea lamprey's greater tolerance to TFM during the summer, possibly due to an increase in their capacity to detoxify TFM. Considering seasonal variations in temperature may be prudent when selecting and treating sea lamprey infested streams with TFM to minimize treatment residuals. In the longer term, increases in average and peak water temperatures due to climate change could result in greater TFM requirements and costs due to the greater tolerance of larval sea lamprey to TFM at warmer temperatures. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Testes de hipóteses para a evolução da fisiologia térmica frequentemente dependem de temperaturas médias, mas evidências crescentes sugerem que a variação geográfica em temperaturas extremas também é um importante preditor das tolerâncias térmicas das espécies. Embora os trópicos sejam menos termicamente variáveis que regiões de latitudes mais altas, sombras de chuva nos lados sotavento de montanhas podem experimentar maior variação diurna e sazonal de temperatura que locais a barlavento. Sombras de chuva proporcionam oportunidades para testar previsões sobre as relações de temperaturas extremas com a fisiologia térmica enquanto se controla a latitude. Testamos a hipótese de que populações de formigas-cortadeiras (Atta cephalotes) em locais sotavento, montanos e barlavento na Costa Rica difeririam nas tolerâncias térmicas superiores (CT<inf>máx</inf>) das operárias. Conforme previsto a partir dos efeitos de sombra de chuva via temperaturas altas extremas, o local de sombra de chuva sotavento produziu a maior CT<inf>máx</inf> média (local de sombra de chuva 42,1 ± 0,3°C, local montano 38,2 ± 0,5°C e local barlavento 38,2 ± 0,3°C). Isso sugere que extremos de alta temperatura em florestas tropicais de sombra de chuva podem selecionar tolerâncias térmicas mais altas. CT<inf>máx</inf> aumentou com o tamanho corporal das operárias dentro dos locais, mas CT<inf>máx</inf> aumentou com o tamanho corporal mais gradualmente nos dois locais de terras baixas, conforme previsto se temperaturas locais altas selecionassem mais fortemente os membros da sociedade mais termicamente vulneráveis (operárias pequenas). Isso sugere que climas de terras baixas mais quentes selecionaram colônias com menos variação na tolerância ao calor que climas de alta elevação mais frios. O resumo em espanhol está disponível com o material online. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Rain shadow effects predict population differences in thermal tolerance of leaf-cutting ant workers (Atta cephalotes): Tests of hypotheses for the evolution of thermal physiology often rely on mean temperatures, but mounting evidence suggests geographic variation in temperature extremes is also an important predictor of species’ thermal tolerances. Although the tropics are less thermally variable than higher latitude regions, rain shadows on the leeward sides of mountains can experience greater diel and seasonal variation in temperature than windward sites. Rain shadows provide opportunities to test predictions about the relationships of extreme temperatures with thermal physiology while controlling for latitude. We tested the hypothesis that populations of leaf-cutting ants (Atta cephalotes) in leeward, montane, and windward sites in Costa Rica would differ in upper thermal tolerances (CT<inf>max</inf>) of workers. As predicted from rain shadow effects via extreme high temperatures, the leeward rain shadow site yielded the highest mean CT<inf>max</inf> (rain shadow site 42.1 ± 0.3°C, Montane site 38.2 ± 0.5°C, and windward site 38.2 ± 0.3°C). This suggests that high-temperature extremes in tropical rain shadow forests can select for higher thermal tolerances. CT<inf>max</inf> increased with worker body size within sites, but CT<inf>max</inf> increased with body size more gradually at the two lowland sites, as predicted if local high temperatures selected more strongly on the most thermally vulnerable society members (small workers). This suggests that warmer lowland climates selected for colonies with less variation in heat tolerance than cooler high elevation climates. Abstract in Spanish is available with online material. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Organismos que vivem em ambientes com temperaturas oscilantes podem depender de características plásticas para manter a tolerância térmica durante períodos de alta temperatura. A plasticidade fenotípica no máximo térmico crítico (CTmax) é uma poderosa estratégia termorreguladora que permite aos organismos ajustar o CTmax quando as temperaturas ambientes não correspondem à preferência térmica. Considerando que as temperaturas globais estão aumentando em uma taxa sem precedentes, identificar fatores que afetam a resposta plástica no CTmax pode ajudar a prever como os organismos provavelmente responderão às mudanças em sua paisagem térmica. Usando uma câmara térmica experimental em campo, investigamos o efeito da aclimatação de curto prazo no CTmax e na margem de segurança térmica (TSM) do dace-de-lado-vermelho selvagem, Clinostomus elongatus, (n = 197) em uma população norteña no Rio Two Tree, Ontário. Testes de CTmax à beira do riacho foram usados para identificar a temperatura máxima na qual o dace-de-lado-vermelho mantém o equilíbrio, fornecendo uma ferramenta poderosa para entender como o estresse térmico afeta o desempenho individual. O CTmax e TSM do dace-de-lado-vermelho foram sensíveis a mudanças de temperatura, independentemente da estação, sugerindo que pulsos de temperatura causados pelas mudanças climáticas ou atividades urbanas podem impor consequências negativas na aptidão durante todo o ano. Curiosamente, o histórico térmico recente de um indivíduo foi mais influente em sua tolerância térmica do que a temperatura atual da água ambiente. Embora o CTmax do dace-de-lado-vermelho tenha aumentado com o tamanho corporal, o efeito do tamanho corporal no TSM permanece incerto com base em nossos modelos. Os resultados fornecem insights sobre o desempenho térmico do dace-de-lado-vermelho que, até hoje, tem sido difícil de avaliar devido à raridade da espécie e à falta de protocolos adequados à beira do riacho. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Seasonal variation in thermal tolerance of redside dace Clinostomus elongatus: Organisms living in environments with oscillating temperatures may rely on plastic traits to sustain thermal tolerance during high temperature periods. Phenotypic plasticity in critical thermal maximum (CTmax) is a powerful thermoregulative strategy that enables organisms to adjust CTmax when ambient temperatures do not match thermal preference. Given that global temperatures are increasing at an unprecedented rate, identifying factors that affect the plastic response in CTmax can help predict how organisms are likely to respond to changes in their thermal landscape. Using an experimental thermal chamber in the field, we investigated the effect of short-term acclimation on the CTmax and thermal safety margin (TSM) of wild-caught redside dace, Clinostomus elongatus, (n = 197) in a northern population in Two Tree River, Ontario. Streamside CTmax trials were used to identify the maximum temperature at which redside dace maintain equilibrium, providing a powerful tool for understanding how thermal stress affects individual performance. CTmax and TSM of redside dace were sensitive to changes in temperature, regardless of season, suggesting that temperature pulses caused by climate change or urban activities can impose negative fitness consequences year round. Interestingly, an individual's recent thermal history was more influential to its thermal tolerance than the current ambient water temperature. While the CTmax of redside dace increased with body size, the effect of body size on TSM remains unclear based on our models. The results provide insight into the thermal performance of redside dace that, to date, has been difficult to assess due to the species' rarity and lack of suitable streamside protocols. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

As mudanças climáticas têm levado a grandes deslocamentos no momento dos eventos biológicos, com muitos estudos demonstrando fenologia mais precoce em resposta ao aquecimento. No entanto, poucos desses estudos investigaram os efeitos das mudanças climáticas na fenologia de larvas em espécies marinhas. Deslocamentos fenológicos podem resultar em desencontros entre consumidores e presas e, consequentemente, afetar o crescimento e a sobrevivência de indivíduos, e, por fim, a demografia populacional. Investigamos as mudanças temporais na fenologia e abundância das larvas de caranguejos braquiúros dominantes no sul do Golfo de São Lourenço (leste do Canadá) com base em coletas de plâncton abrangendo 1982–2012. O Golfo de São Lourenço aqueceu desde o início dos anos 1990, e nossas análises revelaram que as larvas de caranguejo-das-neves (Chionoecetes opilio) e caranguejos-sapo (Hyas spp.) exibiram uma tendência significativa em direção a uma fenologia mais precoce durante o período de estudo de 30 anos. Este deslocamento na fenologia pareceu ser uma consequência do efeito do aquecimento climático tanto no momento da eclosão quanto na taxa de desenvolvimento larval. A abundância larval respondeu diferentemente por táxon de caranguejo ao aquecimento climático, provavelmente devido a diferenças na tolerância térmica. A tendência de aquecimento foi desfavorável para o caranguejo-das-neves, que é o mais adaptado ao frio e estenotérmico dos táxons examinados neste estudo. A abundância de larvas de caranguejo-das-neves foi menor quando o recuo do gelo marinho ocorreu mais cedo do que o dia 110 do ano e a temperatura da superfície do mar foi superior a 8,5°C. Por outro lado, a abundância larval do caranguejo-rocha (Cancer irroratus), que prefere temperaturas mais altas, foi positivamente relacionada à temperatura superficial. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Long-term trends and drivers of larval phenology and abundance of dominant brachyuran crabs in the Gulf of St. Lawrence (Canada): Climate change has led to major shifts in the timing of biological events, with many studies demonstrating earlier phenology in response to warming. However, few of these studies have investigated the effects of climate change on the phenology of larvae in marine species. Phenological shifts can result in mismatches between consumers and prey and hence affect growth and survival of individuals, and ultimately population demography. We investigated the temporal changes in phenology and abundance of the larvae of dominant brachyuran crabs in the southern Gulf of St. Lawrence (eastern Canada) based on plankton collections spanning 1982–2012. The Gulf of St. Lawrence has warmed since the early 1990s, and our analyses revealed that larvae of snow crab (Chionoecetes opilio) and toad crabs (Hyas spp.) exhibited a significant trend towards earlier phenology over the 30-year study period. This shift in phenology appeared to be a consequence of the effect of climate warming on both the timing of hatching and larval development rate. Larval abundance responded differently by crab taxon to climate warming, likely due to differences in thermal tolerance. The warming trend was unfavourable to snow crab, which is the most cold-adapted and stenothermic of the taxa examined in this study. The abundance of snow crab larvae was lower when sea ice retreat occurred earlier than day 110 of the year and sea surface temperature was higher than 8.5°C. On the other hand, larval abundance of rock crab (Cancer irroratus), which prefers higher temperatures, was positively related to surface temperature. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Contexto: Compreender a adaptação envolve estabelecer conexões entre agentes seletivos e respostas populacionais benéficas. Entretanto, relativamente pouca atenção tem sido dada à adaptação sazonal, em parte porque requer conhecimento complexo e integrativo sobre fatores ambientais flutuantes sazonalmente, os efeitos da fenologia variável na exposição a esses fatores e evidências de especialização temporal. Na mariposa da broca do milho europeia, Ostrinia nubilalis, raças simpátricas de feromônios exploram a mesma planta hospedeira (Zea mays) mas podem diferir geneticamente em fenologia e estar reprodutivamente "isoladas pelo tempo". Populações da raça Z no leste da América do Norte demonstraram ter uma diapausa larval prolongada e produzir um voo nupcial anual (julho), enquanto populações da raça E completam um voo nupcial mais precoce (junho) e outro mais tardio (agosto) ao encurtar a duração da diapausa. Aqui, encontramos evidências consistentes com "adaptação pelo tempo" sazonal entre esses ecótipos. Resultados: Utilizamos 12 anos de observação de campo da abundância sazonal de adultos para estimar a fenologia dos ciclos de vida dos ecótipos e quantificar condições climáticas específicas por estágio de vida. Descobrimos que a redução observada na duração da diapausa na raça E leva seus estágios de vida ativos não-diapausantes a experimentarem um ambiente ~4 °C mais frio comparado aos estágios de vida equivalentes na raça Z. Para um par representativo de populações em condições laboratoriais controladas, comparamos a tolerância ao frio específica por estágio de vida e descobrimos que os estágios de vida ativos não-diapausantes na raça E têm até 60% maior capacidade de sobreviver a choques rápidos de frio. A maior resistência ao frio parece não relacionada a mudanças específicas por estágio de vida na temperatura em que os tecidos congelam. Conclusões: Nossos resultados sugerem que isolamento pelo tempo e adaptação pelo tempo podem ambos contribuir para a divergência populacional, e defendem um estudo expandido nesta espécie de populações alocrônicas na natureza experimentando o espectro completo de ambientes sazonais. Pressões seletivas cíclicas são propriedades inerentes de habitats sazonais. Diversos agentes seletivos flutuantes ao longo de cada ano (temperatura, predação, competição, precipitação, etc.) podem portanto ser subestimados como impulsionadores da diversidade biológica. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Phenology-dependent cold exposure and thermal performance of Ostrinia nubilalis ecotypes: Background: Understanding adaptation involves establishing connections between selective agents and beneficial population responses. However, relatively little attention has been paid to seasonal adaptation, in part, because it requires complex and integrative knowledge about seasonally fluctuating environmental factors, the effects of variable phenology on exposure to those factors, and evidence for temporal specialization. In the European corn borer moth, Ostrinia nubilalis, sympatric pheromone strains exploit the same host plant (Zea mays) but may genetically differ in phenology and be reproductively "isolated by time." Z strain populations in eastern North America have been shown to have a prolonged larval diapause and produce one annual mating flight (July), whereas E strain populations complete an earlier (June) and a later (August) mating flight by shortening diapause duration. Here, we find evidence consistent with seasonal "adaptation by time" between these ecotypes. Results: We use 12 years of field observation of adult seasonal abundance to estimate phenology of ecotype life cycles and to quantify life-stage specific climatic conditions. We find that the observed reduction of diapause duration in the E strain leads their non-diapausing, active life stages to experience a ~ 4 °C colder environment compared to the equivalent life stages in the Z strain. For a representative pair of populations under controlled laboratory conditions, we compare life-stage specific cold tolerance and find non-diapausing, active life stages in the E strain have as much as a 60% greater capacity to survive rapid cold shock. Enhanced cold hardiness appears unrelated to life-stage specific changes in the temperature at which tissues freeze. Conclusions: Our results suggest that isolation by time and adaptation by time may both contribute to population divergence, and they argue for expanded study in this species of allochronic populations in nature experiencing the full spectrum of seasonal environments. Cyclical selective pressures are inherent properties of seasonal habitats. Diverse fluctuating selective agents across each year (temperature, predation, competition, precipitation, etc.) may therefore be underappreciated drivers of biological diversity. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

O estudo foi conduzido para investigar a adaptação térmica e o impacto das diferenças individuais no desenvolvimento da tolerância térmica quando a temperatura externa cai abaixo de 10°C. A aplicabilidade do modelo do voto médio estimado (PMV) também foi investigada. O conceito de 'Temperamento' do ocupante foi avaliado como um fator de adaptação psicológica. Duas hipóteses principais foram: (a) pessoas com diferentes temperamentos experimentariam diferentes sensações térmicas e (b) o modelo clássico PMV - percentual previsto de insatisfeitos (PPD) é capaz de prever a sensação neutra em edificações aquecidas sob temperaturas externas frias. Houve uma relação direta entre o temperamento individual e o nível de vestimenta, bem como a sensação térmica. Os ocupantes que foram avaliados como tendo temperamento frio tenderam a usar roupas mais grossas e foram mais sensíveis às variações na temperatura interna do ar do que outros. Mulheres com temperamento frio tiveram mais que o dobro de probabilidade de serem afetadas pela temperatura interna do ar do que aquelas com temperamento quente. O modelo PMV-PPD foi capaz de prever a temperatura neutra média nas edificações aquecidas mesmo quando a temperatura externa caiu abaixo de 10°C. No entanto, quando os ocupantes puderam controlar a alta temperatura interna, a porcentagem de previsão verdadeira dos votos médios reais pelo modelo adaptativo de balanço térmico foi maior do que pelo modelo clássico PMV. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Inter-personal factors affecting building occupants’ thermal tolerance at cold outdoor condition during an autumn–winter period: The study was conducted to investigate thermal adaptation and the impact of individual differences on developing thermal tolerance when the outdoor temperature falls below 10°C. The applicability of the predicted mean vote (PMV) model was investigated, too. The concept of occupant’s ‘Temperament’ was evaluated as a psychological-adaptation factor. Two main hypotheses were: (a) people with different temperaments would experience different thermal sensations and (b) the classic PMV- predicted percentage dissatisfied (PPD) model is capable of predicting the neutral sensation in heated buildings under cold outdoor temperatures. There was a direct relationship between individual temperament and clothing level as well as thermal sensation. The occupants who were assessed to have cold temperament tend to wear thicker clothes and were more sensitive to variations in indoor air temperature than others. Females with a cold temperament were more than twice as likely to be affected by indoor air temperature as those with a warm temperament. The PMV-PPD model was able to predict the mean neutral temperature in the heated buildings even when the outdoor temperature fell below 10°C. However, when occupants were able to control high indoor temperature, the percentage of true prediction of actual mean votes by the adaptive thermal heat balance model was more than that by the classic PMV model. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

À medida que os rios aquecem, espécies de peixes de água fria podem aliviar o estresse térmico movendo-se para refúgios térmicos localizados, como plumas de água fria criadas por influxos de afluentes frios. Quantificamos o uso de duas plumas de confluência de afluentes por trutas-arco-íris juvenis, Oncorhynchus mykiss, ao longo do verão, incluindo como as trutas se posicionaram em relação à temperatura dentro das plumas de confluência. Em duas confluências, Cedar e Elder creeks, ao longo do South Fork Eel River, Califórnia, EUA, monitoramos temperaturas usando grades de registradores in situ durante o verão de 2016. Os peixes foram contados dentro das confluências por meio de levantamentos de mergulho cinco vezes ao dia durante 5 dias em cada local. Encontramos dependência diária e sazonal do uso da confluência por trutas-arco-íris, especialmente na confluência do Cedar Creek, onde as temperaturas do canal principal excederam 28°C. Neste local, os peixes moveram-se para a confluência nos dias mais quentes e nos horários mais quentes do dia. Os peixes observados dentro da pluma de confluência do Cedar Creek foram mais comuns em locais entre 20-22°C, em vez dos locais mais frios (14,5°C). No Elder Creek, onde as temperaturas do canal principal permaneceram abaixo de 24°C, houve pouca relação entre a temperatura do canal principal e a presença de trutas-arco-íris na pluma de confluência. Em ambos os locais, a distribuição das trutas-arco-íris dentro das plumas foi influenciada pela variação espacial da temperatura e pela temperatura média nas células da grade pesquisadas. Nossos resultados mostram que afluentes frios que fluem para trechos do canal principal mais quentes (acima de 24°C) provavelmente criam refúgios térmicos importantes para trutas-arco-íris juvenis. À medida que os rios do canal principal aquecem com as mudanças climáticas, os influxos de afluentes de água fria podem tornar-se mais importantes para sustentar salmonídeos de água fria perto do extremo sul de sua distribuição. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Tributary confluences are dynamic thermal refuges for a juvenile salmonid in a warming river network: As rivers warm, cold-water fish species may alleviate thermal stress by moving into localized thermal refuges such as cold-water plumes created by cool tributary inflows. We quantified use of two tributary confluence plumes by juvenile steelhead, Oncorhynchus mykiss, throughout the summer, including how trout positioned themselves in relation to temperature within confluence plumes. At two confluences, Cedar and Elder creeks, along the South Fork Eel River, California, USA, we monitored temperatures using in situ logger grids throughout summer 2016. Fish were counted within confluences via snorkel surveys five times a day on 5 days at each site. We found diel and seasonal dependence on confluence use by steelhead, especially at the Cedar Creek confluence, where mainstem temperatures exceeded 28°C. At this site, fish moved into the confluence on the warmest days and warmest times of the day. Fish observed within the Cedar Creek confluence plume were most common in locations between 20–22°C, rather than the coldest locations (14.5°C). At Elder Creek, where mainstem temperatures remained below 24°C, there was little relationship between mainstem temperature and steelhead presence in the confluence plume. At both sites, steelhead distribution within plumes was influenced by spatial variation of temperature and mean temperature in surveyed grid cells. Our results show that cool tributaries flowing into warmer mainstem reaches (over 24°C) likely create important thermal refuges for juvenile steelhead. As mainstem rivers warm with climate change, cool-water tributary inputs may become more important for sustaining cold-water salmonids near the southern end of their range. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os efeitos do aumento ou diminuição de temperaturas extremas em bivalves dependem de sua capacidade fisiológica e bioquímica de responder a mudanças na temperatura ambiente. Testamos a resposta do molusco Anomalocardia flexuosa a ondas de calor marinhas e eventos de frio intenso simulados, sob condições experimentais de verão e inverno. Buscamos informações sobre parâmetros fisiológicos e bioquímicos, bem como taxas de sobrevivência durante dois bioensaios de 43 dias cada. As simulações de frio intenso no inverno mostraram que temperaturas extremas atuaram como um estímulo fisiológico e bioquímico, ligado a um aumento nas taxas metabólicas e, consequentemente, maiores custos de manutenção, como estratégias de aclimatação. Por outro lado, as temperaturas extremas das ondas de calor no verão excederam os limites de tolerância térmica dos indivíduos, resultando em incapacidade de aclimatação e alta mortalidade. Esses experimentos sugerem que A. flexuosa pode ser considerada um indicador sensível de eventos de ondas de calor. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Impact of marine heat waves and cold spell events on the bivalve Anomalocardia flexuosa: A seasonal comparison: The effects of increasing or decreasing extreme temperatures on bivalves depend on their physiological and biochemical capacity to respond to changes in ambient temperature. We tested the response of the clam Anomalocardia flexuosa to simulated marine heat waves and cold spells, under summer and winter experimental conditions. We sought information about physiological and biochemical parameters, as well as survival rates during two bioassays of 43 days each. The winter cold spell simulations showed that extreme temperatures acted as a physiological and biochemical stimulus, linked to an increase in metabolic rates, and consequently higher maintenance costs, as acclimatory strategies. On the other hand, the summer heat wave extreme temperatures exceeded the individuals’ thermal tolerance limits, resulting in an inability to acclimate and a high mortality. These experiments suggest that A. flexuosa can be considered as a sensitive indicator of heat wave events. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura é um fator abiótico importante que direciona a evolução de ectotérmicos devido aos seus efeitos generalizados em todos os níveis de organização. Embora a tolerância térmica de uma espécie seja ambientalmente direcionada dentro de um cline espacial, ela pode ser limitada ao longo do tempo devido à herança filogenética diferencial. Nos limites da tolerância térmica, o oxigênio da hemolinfa é reduzido e a formação de lactato é aumentada devido ao descompasso entre oferta e demanda de oxigênio; o desequilíbrio entre flexibilidade/estabilidade enzimática também prejudica a capacidade de gerar energia. Aqui, caracterizamos os efeitos dos limites térmicos críticos inferior (LL₅₀) e superior (UL₅₀) em descritores selecionados do metabolismo aeróbico e anaeróbico em 12 espécies de caranguejos de entre-marés distribuídos do norte do Brasil (≈7,8°S) ao sul da Patagônia (≈53,2°S), considerando sua filogenia. Testamos (i) compensações funcionais relativas ao metabolismo aeróbico e anaeróbico e à cinética da LDH na moldagem da tolerância térmica; (ii) influência da ancestralidade compartilhada e da província térmica na evolução metabólica; e (iii) presença de convergências evolutivas e picos adaptativos na filogenia dos caranguejos. As espécies tropicais e subtropicais mostraram respostas sistêmicas e cinéticas similares, ambas diferindo dos caranguejos subantárticos. Os UL₅₀ mais baixos dos caranguejos subantárticos podem refletir descompasso entre a evolução do metabolismo aeróbico e anaeróbico, uma vez que estes caranguejos exibem menor consumo de oxigênio, mas maior formação de lactato do que as espécies tropicais e subtropicais também em seus respectivos UL₅₀. A atividade da LDH aumentou com o aumento da temperatura, enquanto KₘPyr permaneceu bastante constante; o coeficiente catalítico correlacionou-se negativamente com o nicho térmico. A tolerância térmica pode depender de uma suposta compensação evolutiva entre metabolismo aeróbico e anaeróbico em relação ao fornecimento de energia, enquanto a compensação térmica do desempenho cinético é direcionada pelo habitat térmico, conforme revelado pelo equilíbrio afinidade/eficiência da LDH. A evolução fisiológica geral revelou dois picos adaptativos homoplásicos nos caranguejos subantárticos com uma mudança adicional no clado tropical/subtropical. Os traços fisiológicos no UL₅₀ evoluíram de maneira filogenética, enquanto todos os outros foram mais plásticos. Assim, a herança compartilhada e o ambiente térmico direcionaram a tolerância térmica e a evolução metabólica dos caranguejos, revelando transformações fisiológicas que surgiram tanto em climas mais frios quanto mais quentes, especialmente em níveis mais altos de organização biológica e diversidade filogenética. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Living on the Edge: Physiological and Kinetic Trade-Offs Shape Thermal Tolerance in Intertidal Crabs From Tropical to Sub-Antarctic South America: Temperature is an important abiotic factor that drives the evolution of ectotherms owing to its pervasive effects at all levels of organization. Although a species’ thermal tolerance is environmentally driven within a spatial cline, it may be constrained over time due to differential phylogenetic inheritance. At the limits of thermal tolerance, hemolymph oxygen is reduced and lactate formation is increased due to mismatch between oxygen supply and demand; imbalance between enzyme flexibility/stability also impairs the ability to generate energy. Here, we characterized the effects of lower (LL<inf>50</inf>) and upper (UL<inf>50</inf>) critical thermal limits on selected descriptors of aerobic and anaerobic metabolism in 12 intertidal crab species distributed from northern Brazil (≈7.8°S) to southern Patagonia (≈53.2°S), considering their phylogeny. We tested for (i) functional trade-offs regarding aerobic and anaerobic metabolism and LDH kinetics in shaping thermal tolerance; (ii) influence of shared ancestry and thermal province on metabolic evolution; and (iii) presence of evolutionary convergences and adaptive peaks in the crab phylogeny. The tropical and subtropical species showed similar systemic and kinetic responses, both differing from the sub-Antarctic crabs. The lower UL<inf>50</inf>’s of the sub-Antarctic crabs may reflect mismatch between the evolution of aerobic and anaerobic metabolism since these crabs exhibit lower oxygen consumption but higher lactate formation than tropical and subtropical species also at their respective UL<inf>50</inf>’s. LDH activity increased with temperature increase, while K<inf>m</inf>Pyr remained fairly constant; catalytic coefficient correlated negatively with thermal niche. Thermal tolerance may rely on a putative evolutionary trade-off between aerobic and anaerobic metabolism regarding energy supply, while temperature compensation of kinetic performance is driven by thermal habitat as revealed by the LDH affinity/efficiency equilibrium. The overall physiological evolution revealed two homoplastic adaptive peaks in the sub-Antarctic crabs with a further shift in the tropical/subtropical clade. The physiological traits at UL<inf>50</inf> have evolved in a phylogenetic manner while all others were more plastic. Thus, shared inheritance and thermal environment have driven the crabs’ thermal tolerance and metabolic evolution, revealing physiological transformations that have arisen in both colder and warmer climes, especially at higher levels of biological organization and phylogenetic diversity. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Testamos o conceito de que alces (Alces alces) começam a mostrar sinais de estresse térmico em temperaturas ambientes do ar tão baixas quanto 14 °C. Determinamos a resposta de alces fêmeas do Alasca às condições ambientais de maio a setembro, medindo temperatura corporal central, frequência cardíaca, frequência respiratória, taxa de perda de calor do ar exalado, temperatura da pele, e glicocorticoides fecais e salivares. Padrões sazonais e diários na temperatura corporal dos alces não seguiram passivamente os mesmos padrões das variáveis ambientais. Usamos grandes mudanças na temperatura corporal (≥1,25 °C em 24h) para indicar dias de tolerância fisiológica a estressores térmicos. A tolerância térmica correlacionou-se com altas temperaturas ambientes do ar do dia anterior e com picos sazonais de radiação solar (junho), temperatura ambiente do ar e pressão de vapor (julho). Ao meio-dia (12:00h), os alces exibiram mínimos diários de temperatura corporal, frequência cardíaca e temperatura da pele (diferença entre a artéria auricular e o pavilhão auricular) que coincidiram com máximos diários na frequência respiratória e na taxa de calor perdido pela respiração. O cortisol salivar medido em alces durante a manhã relacionou-se positivamente com a mudança na temperatura do ar durante a hora anterior à coleta da amostra, enquanto os níveis de glicocorticoides fecais aumentaram com o aumento da radiação solar durante o dia anterior. Nossos resultados sugerem que alces de vida livre não têm um limiar estático de temperatura ambiente do ar no qual ficam estressados pelo calor durante a estação quente. No início do verão, a temperatura corporal dos alces é influenciada pela interação da temperatura ambiente do dia anterior com o pico sazonal de radiação solar. No final do verão, a temperatura corporal dos alces é influenciada pela interação entre temperatura ambiente e pressão de vapor. A tolerância térmica dos alces depende da intensidade e duração dos parâmetros climáticos diários e da capacidade do animal de usar respostas fisiológicas e comportamentais para dissipar cargas de calor. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Redefining physiological responses of moose (Alces alces) to warm environmental conditions: We tested the concept that moose (Alces alces) begin to show signs of thermal stress at ambient air temperatures as low as 14 °C. We determined the response of Alaskan female moose to environmental conditions from May through September by measuring core body temperature, heart rate, respiration rate, rate of heat loss from exhaled air, skin temperature, and fecal and salivary glucocorticoids. Seasonal and daily patterns in moose body temperature did not passively follow the same patterns as environmental variables. We used large changes in body temperature (≥1.25 °C in 24hr) to indicate days of physiological tolerance to thermal stressors. Thermal tolerance correlated with high ambient air temperatures from the prior day and with seasonal peaks in solar radiation (June), ambient air temperature and vapor pressure (July). At midday (12:00hr), moose exhibited daily minima of body temperature, heart rate and skin temperature (difference between the ear artery and pinna) that coincided with daily maxima in respiration rate and the rate of heat lost through respiration. Salivary cortisol measured in moose during the morning was positively related to the change in air temperature during the hour prior to sample collection, while fecal glucocorticoid levels increased with increasing solar radiation during the prior day. Our results suggest that free-ranging moose do not have a static threshold of ambient air temperature at which they become heat stressed during the warm season. In early summer, body temperature of moose is influenced by the interaction of ambient temperature during the prior day with the seasonal peak of solar radiation. In late summer, moose body temperature is influenced by the interaction between ambient temperature and vapor pressure. Thermal tolerance of moose depends on the intensity and duration of daily weather parameters and the ability of the animal to use physiological and behavioral responses to dissipate heat loads. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Análises da tolerância ao calor em insetos frequentemente sugerem que essa característica é relativamente invariável, levando ao uso de máximas térmicas fixas em modelos que preveem a distribuição futura de espécies em um mundo em aquecimento. Ambientes sazonais expõem populações a uma ampla variação anual de temperatura. Para avaliar a suposição simplificadora de máximas térmicas invariáveis, quantificamos a tolerância ao calor de 26 espécies de formigas ao longo de três estações que variam duas vezes na temperatura média. Nosso objetivo final era testar a hipótese de que a tolerância ao calor acompanha a temperatura mensal. Forrageadoras testadas no final do verão, em setembro, apresentaram maior média de temperatura crítica máxima (CT<inf>max</inf>) comparado às de março e dezembro. Quatro de cinco generalistas sazonais, espécies que forrageiam ativamente nos três meses focais, tiveram, em média, 6°C maior CT<inf>max</inf> em setembro. A formiga-de-fogo invasora, Solenopsis invicta, estava entre as espécies termicamente plásticas, mas as especialistas térmicas nativas ainda mantiveram CT<inf>max</inf> mais alto que S. invicta. Nosso estudo mostra que a tolerância ao calor pode ser plástica, e isso deve ser considerado ao examinar adaptações em nível de espécie. Além disso, a plasticidade de características térmicas, embora potencialmente custosa, também pode gerar uma vantagem competitiva sobre espécies com características fixas e promover resiliência às mudanças climáticas. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Seasonal plasticity of thermal tolerance in ants: Analyses of heat tolerance in insects often suggest that this trait is relatively invariant, leading to the use of fixed thermal maxima in models predicting future distribution of species in a warming world. Seasonal environments expose populations to a wide annual temperature variation. To evaluate the simplifying assumption of invariant thermal maxima, we quantified heat tolerance of 26 ant species across three seasons that vary two-fold in mean temperature. Our ultimate goal was to test the hypothesis that heat tolerance tracks monthly temperature. Ant foragers tested at the end of the summer, in September, had higher average critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>) compared to those in March and December. Four out of five seasonal generalists, species actively foraging in all three focal months, had, on average, 6°C higher CT<inf>max</inf> in September. The invasive fire ant, Solenopsis invicta, was among the thermally plastic species, but the native thermal specialists still maintained higher CT<inf>max</inf> than S. invicta. Our study shows that heat tolerance can be plastic, and this should be considered when examining species-level adaptations. Moreover, the plasticity of thermal traits, while potentially costly, may also generate a competitive advantage over species with fixed traits and promote resilience to climate change. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

As abordagens atuais para avaliar e prever o impacto do aquecimento climático em ectotérmicos são baseadas principalmente em sua sensibilidade fisiológica à temperatura. No entanto, esses estudos fisiológicos fornecem pouca compreensão sobre os mecanismos pelos quais espécies particulares respondem ao aumento das temperaturas através do comportamento, plasticidade fenotípica ou adaptação genética. Neste trabalho, focamos no potencial dos comportamentos termorreguladores de ectotérmicos terrestres para amortecer o impacto das mudanças climáticas. Usando como modelos duas espécies simpátricas de formigas cortadeiras (Acromyrmex lobicornis e A. striatus), tentamos investigar se sua distribuição altitudinal ao longo de uma montanha de base árida é prevista por seus limites térmicos críticos fisiológicos (CT<inf>max</inf> e CT<inf>min</inf>), temperatura de atividade de forrageamento e profundidade do jardim de fungo. Descobrimos que ambas as espécies diferiam em seus limites térmicos críticos, mas essa diferença não explicou seu padrão de abundância ao longo do gradiente altitudinal. Ambas as espécies mostraram plasticidade em suas respostas comportamentais às mudanças de temperatura ao longo do gradiente elevacional. O início e o padrão diário de atividade de forrageamento mudaram com a altitude, de modo que a faixa de temperaturas na qual ambas as espécies forrageavam, bem como a temperatura de máxima atividade de forrageamento, foram mantidas em todas as elevações. A profundidade da câmara do fungo mudou em função da temperatura ambiental, sendo mais profunda durante o verão em comparação com o inverno, e na base da montanha em comparação com a elevação mais alta. Nossos resultados mostram que precisamos ir além da fisiologia térmica para prever como algumas espécies de ectotérmicos respondem às mudanças climáticas e que a plasticidade nas respostas comportamentais a temperaturas extremas poderia permitir que as espécies persistissem em habitats mais quentes apesar do aumento das temperaturas. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Coping with temperature extremes: Thermal tolerance and behavioral plasticity in desert leaf-cutting ants (Hymenoptera: Formicidae) across an altitudinal gradient: Current approaches to assess and predict the impact of climate warming on ectotherms are largely based on their physiological sensitivity to temperature. However, these physiological studies provide little insight into the mechanisms by which particular species respond to increasing temperatures through behavior, phenotypic plasticity, or genetic adaptation. In this work, we focus on the potential of thermoregulatory behaviors of terrestrial ectotherms to buffer the impact of climate change. Using as models two sympatric species of leaf-cutting ants (Acromyrmex lobicornis and A. striatus), we attempt to investigate whether their altitudinal distribution across an arid-base mountain is predicted by their physiological critic thermal limits (CT<inf>max</inf> and CT<inf>min</inf>), temperature of foraging activity, and fungus garden depth. We found that both species differed in their critical thermal limits, but this difference did not explain their pattern of abundance along the altitudinal gradient. Both species showed plasticity in their behavioral responses to temperature changes across the elevational gradient. The onset and daily pattern of foraging activity changed with altitude, such that the range of temperatures at which both species foraged as well as the temperature of maximum foraging activity were maintained across all elevations. The depth of the fungus chamber changed as a function of the environmental temperature, being deeper during the summer compared with the winter, and at the base of the mountain compared with the highest elevation. Our results show that we need to go beyond thermal physiology to predict how some ectotherms species respond to climate change and that the plasticity in behavioral responses to extreme temperature could allow species to persist in warmer habitats despite increasing temperatures. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Ambientes termicamente variáveis são particularmente desafiadores para ectotérmicos, uma vez que as funções fisiológicas são termo-dependentes. Como consequência, prevê-se que ectotérmicos em ambientes altamente sazonais tenham maior plasticidade térmica. No entanto, grande parte do nosso entendimento sobre plasticidade térmica vem de experimentos controlados em ambiente laboratorial. Relativamente poucos estudos investigam a plasticidade térmica em animais de vida livre em seu ambiente natural. Investigamos a presença de plasticidade térmica dentro de uma única estação de atividade em machos adultos de uma população natural de alto altitude do lagarto de White (Liopholis whitii) no sudeste da Austrália. Esta espécie vive em um local de residência permanente (fenda de rocha e/ou toca), facilitando a captura repetida dos mesmos indivíduos ao longo da estação de atividade. Monitoramos a variação térmica no local de estudo e ao longo da estação de atividade, e testamos as tolerâncias térmicas e o desempenho de machos de L. whitii em três ocasiões durante sua estação de atividade. As temperaturas máximas e médias variaram no local de estudo, e as temperaturas aumentaram gradualmente durante o período de estudo. Evidências de plasticidade temporal foram identificadas no mínimo térmico crítico e na amplitude de tolerância térmica, mas não no máximo térmico crítico. O desempenho térmico também mostrou-se plástico, mas nenhum padrão temporal foi evidente. Nossos resultados de plasticidade temporal são consistentes com grande parte da literatura anterior, mas este é um dos primeiros estudos a identificar esses padrões em uma população de vida livre. Além disso, nossos resultados indicam que o desempenho pode ser mais plástico do que a literatura anterior sugere. No geral, nosso estudo destaca a necessidade de associar estudos laboratoriais e de campo para compreender a plasticidade térmica em um contexto ecologicamente relevante. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Temporal variation in thermal plasticity in a free-ranging subalpine lizard: Thermally variable environments are particularly challenging for ectotherms as physiological functions are thermo-dependent. As a consequence, ectotherms in highly seasonal environments are predicted to have greater thermal plasticity. However, much of our understanding of thermal plasticity comes from controlled experiments in a laboratory setting. Relatively fewer studies investigate thermal plasticity in free-ranging animals living in their natural environment. We investigated the presence of thermal plasticity within a single activity season in adult males of a natural high elevation population of White's skink (Liopholis whitii) in south-eastern Australia. This species lives in a permanent home site (rock crevice and/or burrow), facilitating the repeated capture of the same individuals across the activity season. We monitored the thermal variation across the field site and over the activity season, and tested thermal tolerances and performance of male L. whitii on three occasions across their activity season. Maximum and average temperatures varied across the field site, and temperatures gradually increased across the study period. Evidence of temporal plasticity was identified in the critical thermal minimum and thermal tolerance breadth, but not in the critical thermal maximum. Thermal performance was also found to be plastic, but no temporal patterns were evident. Our temporal plasticity results are consistent which much of the previous literature, but this is one of the first studies to identify these patterns in a free-ranging population. In addition, our results indicate that performance may be more plastic than previous literature suggests. Overall, our study highlights the need to pair laboratory and field studies in order to understand thermal plasticity in an ecologically relevant context. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Avaliações realistas dos impactos do aquecimento global no risco de extinção populacional provavelmente exigirão uma análise integrada dos papéis da variação genética existente, da complexidade térmica do micro-habitat e da variação interindividual da tolerância ao calor devido tanto a diferenças genéticas quanto a efeitos de aclimatação sazonal. Aqui, examinamos se a seleção balanceadora e a heterogeneidade de temperatura do micro-habitat podem interagir para melhorar a persistência populacional ao estresse térmico do mexilhão-preto Septifer virgatus. Instalamos registradores de dados biomiméticos na costa para medir a variação térmica específica do micro-habitat de junho de 2014 a abril de 2016. A tolerância térmica dos espécimes foi indexada medindo os efeitos da temperatura na frequência cardíaca. A genotipagem dos espécimes foi realizada usando RADSeq de associação de restrição por dupla digestão (ddRADseq). Nossos resultados mostram que as variações interindividuais na tolerância térmica correlacionam-se significativamente com diferenças genéticas em alguns loci gênicos específicos, e que heterozigotos têm tolerâncias térmicas mais altas que homozigotos. As mudanças sazonais observadas na frequência genotípica sugerem que esses loci estão sob seleção balanceadora. A capacidade de heterozigotos termicamente resistentes de sobreviver em micro-habitats expostos ao sol atua para balancear a perda de homozigotos durante o verão e permitir a persistência de polimorfismos genéticos. A persistência populacional do mexilhão também é facilitada pela variação em microescala da temperatura, que fornece refúgios do estresse térmico. Nossos resultados enfatizam que a variação interindividual na tolerância térmica e na heterogeneidade do micro-habitat em temperatura são importantes para a persistência de populações em habitats costeiros rochosos. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of balancing selection and microhabitat temperature variations on heat tolerance of the intertidal black mussel Septifer virgatus: Realistic assessments of the impacts of global warming on population extinction risk are likely to require an integrated analysis of the roles of standing genetic variation, microhabitat thermal complexity, and the inter-individual variation of heat tolerance due to both genetic differences and seasonal acclimatization effects. Here, we examine whether balancing selection and microhabitat temperature heterogeneity can interact to enhance the population persistence to thermal stress for the black mussel Septifer virgatus. We deployed biomimetic data loggers on the shore to measure the microhabitat-specific thermal variation from June 2014 to April 2016. Thermal tolerance of specimens was indexed by measuring effects of temperature on heart rate. Genotyping of specimens was performed using double digestion restriction association RADSeq (ddRADseq). Our results show that inter-individual variations in thermal tolerance correlate significantly with genetic differences at some specific gene loci, and that heterozygotes have higher thermal tolerances than homozygotes. The observed seasonal changes in genotype frequency suggest that these loci are under balancing selection. The ability of thermally resistant heterozygotes to survive in sun-exposed microhabitats acts to balance the loss of homozygotes during summer and enable the persistence of genetic polymorphisms. Population persistence of the mussel is also facilitated by the micro-scale variation in temperature, which provides refugia from thermal stress. Our results emphasize that inter-individual variation in thermal tolerance and in microhabitat heterogeneity in temperature are important for the persistence of populations in rocky shore habitats. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Compreender como as comunidades biológicas respondem às mudanças climáticas é um grande desafio na ecologia. A resposta dos ectotérmicos às mudanças de temperatura depende não apenas de suas tolerâncias térmicas específicas por espécie, mas também de interações mediadas pela temperatura através de diferentes níveis tróficos. Prevê-se que o aquecimento reforce as cascatas tróficas em cadeias alimentares aquáticas lineares, mas pouco se sabe sobre como o aquecimento pode afetar os níveis tróficos inferiores de redes alimentares envolvendo extensa onivoria de peixes, um cenário comum em corpos d'água subtropicais e tropicais. Neste estudo, foi conduzido um experimento de aquecimento em mesocosmo envolvendo uma cadeia alimentar pelágica (peixe–zooplâncton–fitoplâncton) encabeçada pela carpa-cabeça-grande onívora [Aristichthys nobilis (Richardson)]. Descobrimos que a elevação da temperatura aumentou significativamente o crescimento dos peixes e suprimiu o zooplâncton, incluindo metazooplâncton e ciliados, enquanto as abundâncias de fitoplâncton, apesar da interrupção da dinâmica temporal, não aumentaram correspondentemente—provavelmente devido à predação por peixes. Nossos resultados sugerem que as cascatas tróficas são menos prováveis de serem reforçadas pelo aquecimento em cadeias alimentares envolvendo onivoria significativa. Além disso, descobrimos que o aquecimento antecipou o pico de abundância na primavera da abundância de fitoplâncton e do rotífero partenogenético Brachionus quadridentatus; enquanto não teve efeito sobre o único copépode de reprodução sexuada, Mesocyclops leuckarti, presumivelmente devido à sua história de vida prolongada. Nosso estudo também confirmou que o aquecimento pode levar a um descompasso fenológico entre alguns predadores e suas presas devido às distintas histórias de vida entre os táxons, com consequências potencialmente severas para o fluxo de recursos na cadeia alimentar, pelo menos no curto prazo. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Turning up the heat: warming influences plankton biomass and spring phenology in subtropical waters characterized by extensive fish omnivory: Understanding how biological communities respond to climate change is a major challenge in ecology. The response of ectotherms to changes in temperature depends not only on their species-specific thermal tolerances but also on temperature-mediated interactions across different trophic levels. Warming is predicted to reinforce trophic cascades in linear aquatic food chains, but little is known about how warming might affect the lower trophic levels of food webs involving extensive fish omnivory, a common scenario in subtropical and tropical waterbodies. In this study, a mesocosm warming experiment was conducted involving a pelagic food chain (fish–zooplankton–phytoplankton) topped by the omnivorous bighead carp [Aristichthys nobilis (Richardson)]. We found that temperature elevation significantly enhanced the growth of fish and suppressed zooplankton, including both metazooplankton and ciliates, while abundances of phytoplankton, despite disruption of temporal dynamics, did not increase correspondingly—likely due to fish predation. Our results suggest that trophic cascades are less unlikely to be reinforced by warming in food chains involving significant omnivory. Moreover, we found that warming advanced the spring abundance peak of phytoplankton abundance and that of the parthenogenetic rotifer Brachionus quadridentatus; whereas, it had no effect on the only sexually reproducing copepod, Mesocyclops leuckarti, presumably due to its prolonged life history. Our study also confirmed that warming may lead to a phenological mismatch between some predators and their prey because of the distinct life histories among taxa, with potentially severe consequences for resource flow in the food chain, at least in the short term. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os organismos experimentam variação no ambiente térmico em várias escalas temporais diferentes, sendo a sazonalidade particularmente proeminente em regiões temperadas. Para organismos com tempos de geração curtos, a variação sazonal é experimentada entre, em vez de dentro, as gerações. Como isso afeta a evolução sazonal da tolerância térmica e da plasticidade fenotípica é pouco estudado, mas tem implicações diretas para a ecologia térmica desses organismos. Aqui documentamos padrões intra-anuais de tolerância térmica em duas espécies de copépodes Acartia (Crustacea) de um estuário altamente sazonal, mostrando forte variação ao longo do ciclo térmico anual. Experimentos de jardim comum com prole dividida indicam que essa variação sazonal na tolerância térmica, juntamente com a variação sazonal no tamanho corporal e na plasticidade fenotípica, provavelmente é afetada por polimorfismo genético. Nossos resultados mostram que a adaptação à variação sazonal é importante considerar ao prever como as populações podem responder às mudanças climáticas em curso. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Genetic differentiation underlies seasonal variation in thermal tolerance, body size, and plasticity in a short-lived copepod: Organisms experience variation in the thermal environment on several different temporal scales, with seasonality being particularly prominent in temperate regions. For organisms with short generation times, seasonal variation is experienced across, rather than within, generations. How this affects the seasonal evolution of thermal tolerance and phenotypic plasticity is understudied, but has direct implications for the thermal ecology of these organisms. Here we document intra-annual patterns of thermal tolerance in two species of Acartia copepods (Crustacea) from a highly seasonal estuary, showing strong variation across the annual temperature cycle. Common garden, split-brood experiments indicate that this seasonal variation in thermal tolerance, along with seasonal variation in body size and phenotypic plasticity, is likely affected by genetic polymorphism. Our results show that adaptation to seasonal variation is important to consider when predicting how populations may respond to ongoing climate change. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Em muitas espécies aquáticas, o efeito negativo das variações de temperatura tem um impacto significativo no desempenho fisiológico, pois além de Tp (temperatura pejus superior) e Tc (temperaturas críticas), de acordo com a tolerância térmica limitada por oxigênio e capacidade (OCLTT), a transição para hipoxemia e metabolismo mitocondrial desencadeia o aumento na produção de espécies reativas de oxigênio (ROS). No entanto, as mudanças climáticas podem ter impactos espaciais diferentes e, como resultado, áreas com condições climáticas mais favoráveis (refúgios) podem ser identificadas. O objetivo do presente estudo, baseado em respostas celulares ao estresse, é a demarcação dessas áreas e a preservação de espécies marinhas comercialmente importantes. Sob esta perspectiva, indivíduos das espécies Callinectes sapidus (siri-azul), Sepia officinalis (choco-comum), Holothuria tubulosa (pepino-do-mar) e Venus verrucosa (amoladeira) dos golfos Termaico, Pagasítico e Vistônico foram coletados sazonalmente. Os resultados mostraram um aumento nos níveis de vários indicadores de estresse, exibindo o desencadeamento da Resposta ao Choque Térmico, ativação de MAPK, fenômenos apoptóticos e aumento da ubiquitinação durante a amostragem de verão em relação às amostragens de primavera e outono para o siri-azul e a amoladeira, enquanto nenhuma alteração foi observada para o choco-comum e o pepino-do-mar. Parece que essas respostas celulares consistem em um mecanismo citoprotetor contra o estresse térmico ambiental. Em relação aos locais de coleta, para todas as espécies examinadas, níveis mais elevados de estresse celular foram observados no Pagasítico e menores no golfo Vistônico. Espera-se que esta análise de marcadores bioquímicos e moleculares forneça um quadro mais claro para a definição de "refúgios" para as espécies acima. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Seasonal cellular stress responses of commercially important invertebrates at different habitats of the North Aegean Sea: In many aquatic species, the negative effect of temperature variations has a significant impact on physiological performance since beyond Tp (upper pejus) and Tc (critical temperatures), according to the oxygen- and capacity-limited thermal tolerance (OCLTT), transition to hypoxemia and mitochondrial metabolism triggers the increase in reactive oxygen species (ROS) production. However, climate change may have different spatial impact, and as a result, areas with more favorable climatic conditions (refugia) can be identified. The aim of the present study, based on cellular stress responses, is the demarcation of these areas and the preservation of commercially important marine species. Under this prism, individuals of the species Callinectes sapidus (blue crab), Sepia officinalis (common cuttlefish), Holothuria tubulosa (sea cucumber) and Venus verrucosa (clam) from Thermaikos, Pagasitikos and Vistonikos gulf were collected seasonally. The results showed an increase in the levels of several stress indicators exhibiting the triggering of Heat Shock Response, MAPK activation, apoptotic phenomena and increased ubiquitilination during the summer sampling in relation to the spring and autumn samplings concerning blue crab and clam, while no changes were observed for common cuttlefish and sea cucumber. It seems that these cellular responses consist a cytoprotective mechanism against environmental thermal stress. Regarding collection sites, for all examined species, higher cellular stress levels were observed in Pagasitikos, and lower in Vistonikos gulf. This analysis of biochemical and molecular markers is expected to provide a clearer picture for the definition of “refugia” for the above species. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Estressores antropogênicos são previstos para aumentar a temperatura da água, o que pode influenciar processos fisiológicos, individuais e populacionais em peixes. Avaliamos a temperatura crítica máxima (CTmax) do peixe-lima-oriental (Ammocrypta pellucida), um pequeno peixe bentônico listado como ameaçado sob a Lei de Espécies em Risco no Canadá. Testes de campo foram conduzidos à beira do rio de junho a novembro de 2019 no Rio Grand, Ontário, para abranger uma faixa de temperaturas ambientes da água (7-25°C) para as quais foram determinadas a temperatura de agitação (Tag) e CTmax. Medidas adicionais foram realizadas no comparativamente mais turvo Rio Thames para testar o efeito da turbidez em ambas as medidas. No Grand, Tag e CTmax variaram de 23°C a 33°C e 27°C a 37°C, respectivamente, e ambas aumentaram significativamente com a temperatura ambiente da água, com uma alta taxa de resposta de aclimatação (0,49). A margem de segurança térmica (diferença entre temperaturas ambientes e CTmax) foi menor em julho e agosto (∼11°C) indicando que o peixe-lima-oriental vive mais próximo de seu limite fisiológico no verão. A comparação entre rios indicou que a turbidez não teve influência significativa na Tag e CTmax. A comparação da CTmax com temperaturas no rio sugeriu que a temperatura média do rio 24 horas antes do teste foi mais importante para determinar a CTmax. Massa dos peixes, variância da temperatura e temperatura máxima no período de 24 horas antes do teste de CTmax também mostraram ter algum efeito na determinação da CTmax. No geral, os resultados do estudo definem melhor a sensibilidade do peixe-lima-oriental a mudanças de temperatura ao longo da estação de crescimento e fornecem informações para avaliar a disponibilidade de habitat térmico adequado para fins de conservação. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Seasonal and environmental effects on upper thermal limits of eastern sand darter (Ammocrypta pellucida): Anthropogenic stressors are predicted to increase water temperature, which can influence physiological, individual, and population processes in fishes. We assessed the critical thermal maximum (CTmax) of eastern sand darter (Ammocrypta pellucida), a small benthic fish listed as threatened under the Species at Risk Act in Canada. Field trials were conducted stream side June-November 2019 in the Grand River, Ontario, to encompass a range of ambient water temperatures (7-25°C) for which agitation temperature (Tag) and CTmax were determined. Additional measures were taken in the comparatively more turbid Thames River to test the effect of turbidity on both measures. In the Grand, Tag and CTmax ranged from 23°C to 33°C and 27°C to 37°C, respectively, and both significantly increased with ambient water temperature, with a high acclimation response ratio (0.49). The thermal safety margin (difference between ambient temperatures and CTmax) was smallest in July and August (∼11°C) indicating that eastern sand darter lives closer to its physiological limit in summer. The between-river comparison indicated that turbidity had no significant influence on Tag and CTmax. Comparison of CTmax with in-river temperatures suggested that mean stream temperature 24 hours before the trial was most important for determining CTmax. Fish mass, temperature variance and maximum temperature in the 24-hour period prior to the CTmax trial were also shown to have some effect on determining CTmax. Overall, study results better define the sensitivity of eastern sand darter to temperature changes across the growing season and provide information to assess the availability of suitable thermal habitat for conservation purposes. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

A vieira Zhikong (Chlamys farreri Jones et Preston 1904) é um dos moluscos economicamente mais importantes na indústria de aquicultura da China. Melhorar a tolerância térmica da vieira através do melhoramento genético tornou-se uma tarefa crítica para a indústria de cultivo sustentável. A detecção da maioria dos indicadores atuais de tolerância térmica da vieira é geralmente de curto prazo, baixo rendimento e trabalhosa/consome tempo. No presente estudo, primeiro monitoramos as variações na temperatura de quebra de Arrhenius (ABT) com as mudanças anuais naturais da temperatura da água do mar e descobrimos que a ABT apresentou características sazonais. Em seguida, foi realizada análise de correlação entre ABT e taxa de sobrevivência em ambos os sexos da vieira, revelando que o coeficiente de correlação entre |Δ ABT| e |Δ taxa de sobrevivência| das vieiras Zhikong foi relativamente alto e significativo (r = 0,863, P = 0,050). Notavelmente, uma tremenda diminuição na ABT e na taxa de sobrevivência natural, e diferenças significativas entre os sexos da vieira foram observadas simultaneamente em outubro. A verificação adicional do ciclo reprodutivo das vieiras Zhikong com mudanças sazonais demonstrou que a ABT poderia ser aplicada para detectar diferenças sazonais e sexuais de tolerância térmica em vieiras Zhikong. Finalmente, os coeficientes de correlação (r = −0,710, P = 0,001) entre as variações da frequência cardíaca (HR) e os valores finais de ABT foram avaliados, representando o primeiro relato da viabilidade da HR a 11 °C como um indicador indireto para detecção de tolerância térmica em vieiras Zhikong (ABT = -0,427*HR<inf>11 °C</inf> + 33,159, R2 = 0,5028). Nossos resultados enfatizam a importância da ABT na detecção de diferenças sazonais e sexuais de tolerância térmica em vieiras e fornecem um método valioso de detecção de indicadores para desenvolver estratégias de melhoramento para vieiras Zhikong. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Seasonal variation of the thermal tolerance indicator ABT and the development of a rapid detection method in scallop Chlamys farreri: Zhikong scallop (Chlamys farreri Jones et Preston 1904) is one of the most economically important shellfish in the aquaculture industry of China. Improving thermal tolerance of the scallop by breeding has become a critical task for the sustainable farming industry. The detection of the majority of the current indicators of the thermal tolerance of the scallop is generally short-term, low-throughput and laborious/time-consuming. In the present study, we first monitored variations in Arrhenius break temperature (ABT) with annually natural seawater temperature changes and found that ABT showed seasonal characteristics. Then, correlation analysis between ABT and survival rate in both scallop sexes was conducted, revealing that the correlation coefficient between |Δ ABT| and |Δ survival rate| of Zhikong scallops was relatively high and significant (r = 0.863, P = 0.050). Notably, a tremendous decrease in ABT and natural survival rate, and significant differences between scallop sexes were simultaneously observed in October. Further verification of reproductive cycle of Zhikong scallops with seasonal changes demonstrated that ABT could be applied for detecting seasonal and sexual differences of thermal tolerance in Zhikong scallops. Finally, correlation coefficients (r = −0.710, P = 0.001) between heart rate (HR) variations and the ultimate ABT values were further evaluated, representing the first report of the feasibility of HR at 11 °C to be an indirect indicator for thermal tolerance detection in Zhikong scallops (ABT = -0.427*HR<inf>11 °C</inf> + 33.159, R2 = 0.5028). Our results emphasize the importance of ABT in detecting seasonal and sexual differences of thermal tolerance in scallops and provide a valuable indicator detection method for developing breeding strategies for Zhikong scallops. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Comunidades geralmente possuem uma multitude de interações tróficas interconectadas dentro de teias alimentares. Sua regulação geralmente depende de um equilíbrio entre efeitos de base para o topo e de topo para a base. Entretanto, se a sensibilidade à temperatura varia entre as espécies, o aumento das temperaturas pode alterar as interações tróficas através de efeitos diretos e indiretos. Examinamos a temperatura crítica máxima (CT<inf>max</inf>) de 19 espécies de zonas úmidas temperadas (predadores de insetos, larvas de anfíbios, zooplâncton e anfípodes) e determinamos se elas variam em sua sensibilidade ao aquecimento das temperaturas. A CT<inf>max</inf> diferiu entre os grupos, com insetos predadores tendo CT<inf>max</inf> mais alta do que anfíbios (tanto anuros herbívoros larvais quanto salamandras larvais predadoras), anfípodes e zooplâncton. Em um cenário de aquecimento global, essas diferenças na tolerância térmica podem afetar processos de topo para a base e de base para o topo, particularmente considerando que os insetos predadores são mais propensos a manter ou melhorar seu desempenho em temperaturas mais altas, o que poderia levar ao aumento das taxas de predação sobre os herbívoros na teia alimentar. Mais estudos são necessários para entender como a energia flui através das comunidades, como os orçamentos de energia das espécies podem mudar e se outras respostas fisiológicas e comportamentais (como plasticidade fenotípica e termorregulação) podem amortecer ou aumentar essas mudanças na regulação de topo para a base das teias alimentares de zonas úmidas. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Variation in upper thermal tolerance among 19 species from temperate wetlands: Communities usually possess a multitude of interconnected trophic interactions within food webs. Their regulation generally depends on a balance between bottom-up and top-down effects. However, if sensitivity to temperature varies among species, rising temperatures may change trophic interactions via direct and indirect effects. We examined the critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>) of 19 species from temperate wetlands (insect predators, amphibian larvae, zooplankton and amphipods) and determined if they vary in their sensitivity to warming temperatures. CT<inf>max</inf> differed between the groups, with predatory insects having higher CT<inf>max</inf> than amphibians (both herbivorous larval anurans and predatory larval salamanders), amphipods and zooplankton. In a scenario of global warming, these differences in thermal tolerance may affect top-down and bottom-up processes, particularly considering that insect predators are more likely to maintain or improve their performance at higher temperatures, which could lead to increased predation rates on the herbivores in the food web. Further studies are needed to understand how the energy flows through communities, how species’ energy budgets may change and whether other physiological and behavioral responses (such as phenotypic plasticity and thermoregulation) can buffer or increase these changes in the top-down regulation of wetland food webs. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Mexilhões entremaréis experimentam regularmente flutuações sazonais na disponibilidade de alimento e estresse térmico ao longo do ciclo de maré, porém pouco se sabe sobre os mecanismos bioquímicos que ligam a ração alimentar e a tolerância térmica, apesar de evidências de que o alimento melhora a tolerância ao estresse a nível organismal. Hipotetizamos que as sirtuínas (reguladores proteicos dependentes de alimento da homeostase celular), que podem regular a resposta celular ao estresse térmico em mitilídeos durante o estresse térmico, também afetam o desempenho organismal durante a recuperação do estresse térmico. Como parte de um estudo mais amplo, investigamos os efeitos da ração alimentar de aclimatação, temperatura de emersão (ar) de aclimatação e inibidores de sirtuína no comportamento alimentar do mexilhão da Califórnia, Mytilus californianus, durante a recuperação de um choque térmico aéreo agudo. Os mexilhões foram aclimatados por 3 semanas a uma ração algal baixa (0,25% de alga·g de peso seco do mexilhão⁻¹) ou alta (1,5% de alga·g de peso seco do mexilhão⁻¹) e temperaturas de emersão baixas (20 °C) ou altas (30 °C), em tanques simuladores de maré capazes de manter ritmos circadianos e circamareais padrão. Após a aclimatação, os mexilhões foram expostos a dois inibidores de sirtuína (nicotinamida e suramina) ou nenhum inibidor por um ciclo de maré alta. Durante o subsequente ciclo de maré baixa, todos os mexilhões foram expostos a um choque térmico aéreo agudo (33 °C) e então permitidos recuperar em suas respectivas condições de aclimatação. A cada 12 h durante as 48 h antes da inibição da sirtuína e 48 h após o choque térmico agudo (nos períodos correspondentes de maré alta), registramos as taxas de depuração e a atividade de abertura das valvas. Mexilhões aclimatados a uma ração alimentar baixa reduziram significativamente as taxas de depuração com o choque térmico e inibição da sirtuína, mas não apenas com o choque térmico, em relação aos valores pré-tratamento, independentemente da temperatura de emersão. Mexilhões aclimatados a uma ração alimentar baixa e alta temperatura de emersão mostraram reduções significativas na atividade de abertura das valvas após um choque térmico agudo seguido de inibição da sirtuína, mas não em nenhum dos outros grupos de aclimatação. Inesperadamente, apenas o choque térmico reduziu as taxas de depuração de mexilhões aclimatados a alta alimentação e altas temperaturas de emersão, sem qualquer efeito adicional do choque térmico e inibição da sirtuína. Juntos, esses achados sugerem um papel importante das sirtuínas a nível organismal durante a recuperação do choque térmico após aclimatação a uma ração alimentar baixa. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Sirtuin-dependent recovery from aerial heat shock: The effects of food ration, thermal history, and sirtuin inhibition on clearance rates and valve gape activity of the California mussel, Mytilus californianus (Conrad): Intertidal mussels regularly experience seasonal fluctuations in food availability and heat stress over the course of a tidal cycle, yet little is known about the biochemical mechanisms linking food ration and thermal tolerance, despite evidence that food enhances stress tolerance at the organismal level. We hypothesized that sirtuins (food-dependent protein regulators of cellular homeostasis), which may regulate the cellular stress response of mytilids during heat stress, also affect organismal performance during recovery from heat stress. As part of a broader study, we investigated the effects of acclimation food ration, acclimation emersion (air) temperature, and sirtuin inhibitors on the feeding behavior of the California mussel, Mytilus californianus, during recovery from acute aerial heat shock. Mussels were acclimated for 3 wk. to either a low (0.25% algae·g mussel dry wt−1) or high (1.5% algae·g mussel dry wt−1) algal ration and low (20 °C) or high (30 °C) emersion temperatures, in tidal simulator tanks capable of maintaining standard circadian and circatidal rhythms. Following acclimation, mussels were exposed to two sirtuin inhibitors (nicotinamide and suramin) or no inhibitors for one high tide cycle. During the subsequent low tide cycle, all mussels were exposed to an acute aerial heat shock (33 °C) and then allowed to recover in their respective acclimation conditions. Every 12 h during the 48 h before sirtuin inhibition and 48 h following acute heat shock (in the corresponding high tide periods), we recorded clearance rates and valve gape activity. Mussels acclimated to a low food ration significantly reduced clearance rates with heat shock and sirtuin inhibition, but not with heat shock alone, relative to pre-treatment values regardless of emersion temperature. Mussels acclimated to a low food ration and high emersion temperature showed significant reductions in valve gape activity following an acute heat shock following sirtuin inhibition, but not in any of the other acclimation groups. Unexpectedly, heat shock alone reduced clearance rates of mussels acclimated to high food and high emersion temperatures only, without any additional effect by heat shock and sirtuin inhibition. Together, these findings suggest an important role for sirtuins at the organismal level during recovery from heat shock following acclimation to a low food ration. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

A capacidade de ajustar rapidamente a tolerância térmica em resposta a temperaturas variáveis pode facilitar o sucesso de espécies invasoras em áreas não nativas. O lagarto asiático de casa Hemidactylus frenatus é nativo dos trópicos do Sul e Sudeste Asiático. Este pequeno lagarto se espalhou pelo globo e também invadiu com sucesso regiões mais frias da Austrália. Neste estudo, investigamos se esta espécie exibe plasticidade na tolerância térmica em sua área introduzida. Medimos a tolerância ao frio (CT<inf>min</inf>) e a tolerância ao calor (CT<inf>max</inf>) de H. frenatus de duas populações nativas tropicais na Tailândia e duas populações introduzidas subtropicais no sudeste da Austrália. Também exploramos a variação sazonal na tolerância térmica das populações introduzidas. Descobrimos que a tolerância ao calor (CT<inf>max</inf>) dos lagartos não diferiu entre as quatro populações na Tailândia e Austrália (intervalo = 43,4–43,7 °C). Em contraste, os lagartos do sudeste da Austrália tinham menor tolerância ao frio (CT<inf>min</inf>) (média = 10,43 °C) do que os lagartos da Tailândia (média = 11,57 °C). Também documentamos mudanças sazonais na tolerância ao frio de H. frenatus do sudeste da Austrália. Lagartos capturados no inverno tinham tolerâncias ao frio 1–2 °C mais baixas do que aqueles capturados no verão. Inesperadamente, essa mudança na tolerância ao frio foi acompanhada por um aumento de 1–2 °C na tolerância ao calor. Nossos resultados apoiam um corpo crescente de evidências mostrando que invasores tropicais podem ajustar a tolerância ao frio para baixo via plasticidade ou aclimatação. Tais mudanças podem permitir que invasores tropicais expandam sua distribuição geográfica para regiões mais frias de áreas não nativas. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Shifts in thermal tolerance of the invasive Asian house gecko (Hemidactylus frenatus) across native and introduced ranges: The ability to rapidly adjust thermal tolerance in response to variable temperatures may facilitate the success of invasive species in non-native ranges. The Asian house gecko Hemidactylus frenatus is native to the tropics of South and Southeast Asia. This small lizard has spread across the globe and has also successfully invaded colder regions of Australia. In this study, we investigated whether this species displays plasticity in thermal tolerance in its introduced range. We measured cold tolerance (CT<inf>min</inf>) and heat tolerance (CT<inf>max</inf>) of H. frenatus from two native tropical populations in Thailand, and two introduced subtropical populations in southeastern Australia. We also explored seasonal variation in the thermal tolerance of the introduced populations. We found that heat tolerance (CT<inf>max</inf>) of geckos did not differ among four populations in Thailand and Australia (range = 43.4–43.7 °C). By contrast, geckos from southeastern Australia had lower cold tolerance (CT<inf>min</inf>) (mean = 10.43 °C) than geckos from Thailand (mean = 11.57 °C). We also documented seasonal shifts in cold tolerance of H. frenatus from southeastern Australia. Geckos captured in winter had cold tolerances 1–2 °C lower than those captured in summer. Unexpectedly, this shift in cold tolerance was accompanied by a 1–2 °C upward shift in heat tolerance. Our results support a growing body of evidence showing that tropical invaders can adjust cold tolerance downwards via plasticity or acclimation. Such changes may allow tropical invaders to expand their geographic range into colder regions of non-native ranges. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Muitas espécies marinhas temperadas lidam com profundas mudanças sazonais na temperatura. Uma forma pela qual essas espécies se adaptaram a essas condições é adotando características de história de vida que empregam crescimento dependente da estação, maximizando o crescimento no período mais quente do verão antes de experimentar um período de crescimento insignificante e manutenção no período mais frio do inverno. Essa estratégia é considerada para garantir que as espécies temperadas sobrevivam ao período improdutivo do inverno. No entanto, no campo da ecofisiologia, a incapacidade de crescer em ambientes de baixa temperatura é considerada como resultado de limitações fisiológicas no crescimento e digestão impostas pelo baixo escopo aeróbico (EA). Neste estudo, investigamos o crescimento sazonal, mudanças bioenergéticas e requisitos metabólicos de oxigênio (incluindo EA) do pargo Australásio (Sparidae: Chrysophrys auratus) ao longo de ciclos sazonais naturais. Demonstramos que o pargo sofre crescimento acentuado durante um período de 7 meses abrangendo primavera, verão e outono, seguido de crescimento insignificante (ou mesmo negativo) no inverno. Essas respostas de crescimento coincidem com mudanças marcantes nas características fisiológicas, incluindo alterações no armazenamento de energia, composição corporal, desenvolvimento gonadal e variação hematológica. As mudanças biológicas observadas ocorrem em combinação com uma curva de EA ampla que foi relativamente insensível às temperaturas sazonais experimentadas em sua área de distribuição natural. Dentro desta ampla curva de EA, variações na taxa de crescimento não puderam ser explicadas por mudanças no EA, e taxas vastamente diferentes de atividade biológica foram observadas apesar de apenas mudanças modestas na disponibilidade de EA. A relevância da estrutura de tolerância térmica limitada pela capacidade de oxigênio para as respostas sazonais do pargo é discutida. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Growth and energy storage responses vary seasonally in the Australasian snapper Chrysophrys auratus with only modest changes in aerobic scope: Many temperate marine species cope with profound seasonal changes in temperature. One way in which these species have adapted to these conditions is by adopting life-history traits that employ seasonally dependent growth, maximising growth in the warmer summer period before experiencing a period of negligible growth and maintenance in the cooler winter period. This strategy is considered to ensure that temperate species survive the unproductive winter period. However, in the field of eco-physiology, the inability to grow in low temperature environments is considered to result from physiological limitations on growth and digestion imposed by low aerobic scope (AS). In this study, we investigate the seasonal growth, bioenergetic changes and metabolic oxygen requirements (including AS) of the Australasian snapper (Sparidae: Chrysophrys auratus) over natural seasonal cycles. We demonstrate that snapper undergo marked growth over a 7 mo period spanning spring, summer and autumn, then negligible (or even negative) growth in the winter. These growth responses coincide with marked changes in physiological character, including changes in energy storage, body composition, gonadal development and haematological variation. The biological changes observed occur in combination with a broad AS curve that was relatively insensitive to the seasonal temperatures experienced in their natural range. Within this broad AS curve, variations in growth rate could not be explained by changes in AS, and vastly different rates of biological activity were observed despite only modest change in AS availability. The relevance of the oxygen capacity-limited thermal tolerance framework to the seasonal responses of snapper is discussed. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Apesar dos efeitos de barragens e extração de água na hidrologia dos rios e suas consequências para ecossistemas aquáticos serem amplamente reconhecidos, faltam evidências empíricas para muitas regiões (ex.: subtrópicos). Evidências são necessárias para determinar (i) as circunstâncias onde vazões ambientais são necessárias para proteger ou melhorar processos ecológicos e (ii) quais eventos hidrológicos são necessários para alcançar essas características ecológicas. Aqui, a variação temporal na estrutura de tamanho de duas espécies de peixes de pequeno porte com características ecológicas contrastantes (Australian smelt, Cox’s gudgeon) foi comparada entre dois pares de rios não regulados e regulados no sudeste subtropical da Austrália. A frequência de pulsos de vazão no canal em cada rio regulado foi menor comparada aos rios não regulados pareados. Um pulso experimental de vazão foi aplicado em um rio regulado para avaliar os resultados ecológicos de pulsos de vazão no canal e informar decisões futuras sobre o uso de alocações de água ambiental. Mudanças temporais na estrutura de tamanho populacional de ambas as espécies foram similares entre rios não regulados e regulados e não mostraram resposta ao pulso experimental. Embora o pulso experimental tenha suprimido brevemente a temperatura do riacho, as mudanças na temperatura não ultrapassaram os limiares nos quais a desova ocorre ou as tolerâncias térmicas de qualquer das espécies. A estrutura populacional similar entre rios não regulados e regulados pode ser atribuída à magnitude da regulação de vazão ser insuficiente para alterar as condições físico-químicas, o habitat e os mecanismos tróficos que sustentam a dinâmica populacional durante o período de estudo. Isso sugere que a hidrologia regulada atual é protetora das populações locais de Australian smelt e Cox’s gudgeon nestes rios estudados. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Assessing Effects of Flow Regulation and an Experimental Flow Pulse on Population Size Structure of Riverine Fish with Contrasting Biological Characteristics: Despite effects of dams and water extraction on river hydrology and consequences of aquatic ecosystems being broadly appreciated, empirical evidence is lacking for many regions (e.g. subtropics). Evidence is necessary to determine (i) the circumstances where environmental flows are necessary to protect or improve ecological processes and (ii) what hydrological events are required to achieve those ecological characteristics. Here, temporal variation in the size structure of two small-bodied fish species with contrasting ecological characteristics (Australian smelt, Cox’s gudgeon) was compared between two pairs of unregulated and regulated rivers in subtropical Australia. Frequency of in-channel flow pulses in each regulated river was lower compared to paired unregulated rivers. An experimental flow pulse was delivered to one regulated river to assess the ecological outcomes of in-channel flow pulses and inform future decisions about the use of environmental water allocations. Temporal changes in the population size structure of both species were similar between unregulated and regulated rivers and showed no response to the experimental pulse. While the experimental flow briefly suppressed in-stream temperature, changes in temperature were not beyond the thresholds at which spawning occurs or the thermal tolerances for either species. Similar population structure between unregulated and regulated rivers can be attributed to the magnitude of flow regulation being insufficient to alter the physico-chemical conditions, habitat and trophic mechanisms supporting population dynamics during the study period. This suggests current regulated hydrology is protective of local populations of Australian smelt and Cox’s gudgeon in these study rivers. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Limites térmicos críticos são uma das fontes mais importantes de informação sobre os possíveis impactos das mudanças climáticas em microartrópodes do solo. A extensão da plasticidade dos limites de tolerância pode fornecer percepções valiosas sobre as prováveis respostas de ectotérmicos a mudanças ambientais. Embora muitos estudos tenham investigado vários aspectos da resposta aclimatória de limites térmicos a mudanças de temperatura em artrópodes, o número de estudos focando na dinâmica temporal desta resposta plástica é relativamente pequeno. Collembola, um dos grupos de microartrópodes-chave em quase todos os ecossistemas do solo ao redor do mundo, tem sido o foco de vários estudos de aclimatação térmica. No entanto, o curso temporal da aclimatação e sua reversão não foram amplamente estudados neste grupo. Aqui investigamos o curso temporal da aclimatação de máximos térmicos críticos (CTmax) e mínimos (CTmin) de duas espécies de colêmbolos. Expusemos uma espécie de Cryptopygus do sul temperado da Austrália a condições de alta e baixa temperatura e Mucrosomia caeca da Ilha Macquarie Subantártica a condições de alta temperatura. Limites térmicos superiores em ambas as espécies mostraram-se altamente restritos, uma vez que CTmax não apresentou resposta substancial à aclimatação de alta e baixa temperatura tanto na espécie Cryptopygus quanto em M. caeca, enquanto CTmin mostrou respostas significativas a condições de alta e baixa temperatura. A aclimatação começa a se estabilizar em aproximadamente sete dias em todos os tratamentos, exceto para a aclimatação de CTmin sob condições de alta temperatura, onde o padrão de mudança sugere que esta aclimatação pode levar mais tempo para ser completada. Embora a reversão desta aclimatação também comece a se estabilizar em 7 dias, a re-aclimatação foi relativamente lenta, pois não observamos um ponto de estabilização muito claro em 2 dos 3 tratamentos de re-aclimatação. Os limites observados na plasticidade de CTmax indicam que ambas estas espécies podem ser muito limitadas em sua capacidade de responder plasticamente a mudanças rápidas de curto prazo na temperatura (ou seja, extremos de temperatura).

Time course of acclimation of critical thermal limits in two springtail species (Collembola): Critical thermal limits are one of the most important sources of information on the possible impacts of climate change on soil microarthropods. The extent of plasticity of tolerance limits can provide valuable insights about the likely responses of ectotherms to environmental change. Although many studies have investigated various aspects of the acclimatory response of thermal limits to temperature changes in arthropods, the number of studies focusing on the temporal dynamics of this plastic response is relatively small. Collembola, one of the key microarthropods groups in almost all soil ecosystems around the world, have been the focus of several thermal acclimation studies. Yet the time course of acclimation and its reversal have not been widely studied in this group. Here we investigated the time course of acclimation of critical thermal maxima (CT<inf>max</inf>) and minima (CT<inf>min</inf>) of two springtail species. We exposed a Cryptopygus species from temperate southern Australia to high and low temperature conditions and Mucrosomia caeca from Sub-Antarctic Macquarie Island to high temperature conditions. Upper thermal limits in both species were found to be highly constrained, as CT<inf>max</inf> did not show substantial response to high and low temperature acclimation both in the Cryptopygus species and M. caeca, whereas CT<inf>min</inf> showed significant responses to high and low temperature conditions. The acclimation begins to stabilize in approximately seven days in all treatments except for the acclimation of CT<inf>min</inf> under high temperature conditions, where the pattern of change suggests that this acclimation might take longer to be completed. Although reversal of this acclimation also begins to stabilize under 7 days, re-acclimation was relatively slow as we did not observe a very clear settling point in 2 of the 3 re-acclimation treatments. The observed limits on the plasticity of CT<inf>max</inf> indicate that both of these species may be very limited in their ability to respond plastically to short-term rapid changes in temperature (i.e temperature extremes). © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Na natureza, o ambiente não permanece constante, mas oscila periodicamente de modo que a temperatura aumenta durante o dia e diminui à noite, o que gera um termociclo diário. Os efeitos dos termociclos na tolerância térmica foram previamente descritos em peixes. No entanto, o impacto dos termociclos nas respostas térmicas dependentes do período do dia e nos ritmos diários dos mecanismos de expressão de tolerância e sensibilidade à temperatura permanecem pouco compreendidos. Este estudo investiga os efeitos de duas condições de criação: constante (26 °C, C) versus um termociclo diário (28 °C durante o dia; 24 °C à noite, T) na resposta de tolerância térmica em zebrafish. A tolerância térmica (mortalidade) foi avaliada em larvas de zebrafish com 4dpf (dias pós-fertilização) após choque térmico agudo (39 °C por 1 h) em dois pontos temporais: meio da fase clara (ML) ou meio da fase escura (MD). As respostas ao estresse térmico foram avaliadas em zebrafish adultos após um desafio a 37 °C por 1 h em ML ou MD para examinar a expressão da proteína de choque térmico (HSP) (hsp70, hsp90ab1, grp94, hsp90aa1, hspb1, hsp47, cirbp) e canais de potencial receptor transitório (TRP) (trpv4, trpm4a, trpm2, trpa1b) no cérebro. Finalmente, os ritmos diários de expressão gênica de HSPs e TRPs foram medidos a cada 4 h por 24 h. Os resultados revelaram que as taxas de mortalidade larval e a indução da expressão da maioria das HSPs no cérebro de zebrafish adultos atingiram os valores mais altos em peixes criados sob temperatura constante e submetidos ao choque térmico em MD. A expressão da maioria das HSPs e TRPs foi principalmente sincronizada com o ciclo claro/escuro (LD), independentemente do regime de temperatura. A maioria das HSPs envolvidas em desafios hipertérmicos exibiu ritmos diurnos com suas acrofases em fase com as acrofases dos termoTRPs de sensibilidade ao calor. A sensibilidade ao frio trpa1b atingiu o pico na segunda metade do período claro e deslocou-se ligeiramente para a fase escura antecipando a acrofase do cirpb, que está envolvido em desafios hipotérmicos. Estes achados indicaram que: a) choques térmicos são melhor tolerados durante o dia; b) a implementação de termociclos diários durante o desenvolvimento larval reduz a mortalidade e a expressão celular de estresse das HSPs a um estresse térmico agudo em MD; c) ritmos diários precisam ser considerados ao discutir respostas fisiológicas de sensibilidade térmica e termotolerância em zebrafish. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Rearing temperature conditions (constant vs. thermocycle) affect daily rhythms of thermal tolerance and sensing in zebrafish: In the wild, the environment does not remain constant, but periodically oscillates so that temperature rises in the daytime and drops at night, which generates a daily thermocycle. The effects of thermocycles on thermal tolerance have been previously described in fish. However, the impact of thermocycles on daytime-dependent thermal responses and daily rhythms of temperature tolerance and sensing expression mechanisms remain poorly understood. This study investigates the effects of two rearing conditions: constant (26 °C, C) versus a daily thermocycle (28 °C in the daytime; 24 °C at night, T) on the thermal tolerance response in zebrafish. Thermal tolerance (mortality) was assessed in 4dpf (days post fertilization) zebrafish larvae after acute heat shock (39 °C for 1 h) at two time points: middle of the light phase (ML) or middle of the dark phase (MD). Thermal stress responses were evaluated in adult zebrafish after a 37 °C challenge for 1 h at ML or MD to examine the expression of the heat-shock protein (HSP) (hsp70, hsp90ab1, grp94, hsp90aa1, hspb1, hsp47, cirbp) and transient receptor potential (TRP) channels (trpv4, trpm4a, trpm2, trpa1b) in the brain. Finally, the daily rhythms of gene expression of HSPs and TRPs were measured every 4 h for 24 h. The results revealed the larval mortality rates and the expression induction of most HSPs in adult zebrafish brain reached the highest values in fish reared under constant temperature and subjected to thermal shock at MD. The expression of most HSPs and TRPs was mainly synchronized to the light/dark (LD) cycle, regardless of the temperature regime. Most HSPs involved in hyperthermic challenges displayed diurnal rhythms with their acrophases in phase with warm-sensing thermoTRPs acrophases. The cold-sensing trpa1b peaked in the second half of the light period and slightly shifted toward the dark phase anticipating the acrophase of cirpb, which is involved in hypothermic challenges. These findings indicated that: a) thermal shocks are best tolerated in the daytime; b) the implementation of daily thermocycles during larval development reduces mortality and stress-cellular expression of HSPs to an acute thermal stress at MD; c) daily rhythms need to be considered when discussing physiological responses of thermal sensing and thermotolerance in zebrafish. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Compreender a fisiologia do estresse térmico e identificar biomarcadores confiáveis é fundamental para desenvolver estratégias eficazes de manejo e mitigação. No entanto, pouco se sabe sobre os mecanismos moleculares subjacentes à tolerância térmica em animais. Em um modelo experimental de ratos Sprague-Dawley submetidos a temperaturas de 22 ± 1°C (grupo controle; CT) e 42°C por 30 min (H30), 60 min (H60) e 120 min (H120), ensaios de sequenciamento de RNA (RNA-Seq) foram realizados para sangue (CT e H120), fígado (CT, H30, H60 e H120) e glândulas adrenais (CT, H30, H60 e H120). Um total de 53, 1.310 e 1.501 genes diferencialmente expressos (DEGs) foram significativamente identificados no sangue (P < 0,05 e |mudança de expressão (FC)| >2), fígado (P < 0,01, P ajustada por taxa de descoberta falsa (FDR) = 0,05 e |FC| >2) e glândulas adrenais (P < 0,01, P ajustada por FDR = 0,05 e |FC| >2), respectivamente. Destes, quatro DEGs, nomeadamente Junb, P4ha1, Chordc1 e RT1-Bb, foram compartilhados entre os três tecidos na comparação CT vs. H120. Análises de enriquecimento funcional dos DEGs identificados no sangue (CT vs. H120) revelaram 12 processos biológicos (BPs) e 25 vias metabólicas significativamente enriquecidas (FDR = 0,05). No fígado, 133 BPs e três vias metabólicas foram significativamente detectadas comparando CT vs. H30, H60 e H120. Além disso, 237 BPs foram significativamente (FDR = 0,05) enriquecidos nas glândulas adrenais, e nenhuma via metabólica compartilhada foi detectada entre os diferentes grupos de ratos sob estresse térmico. Cinco e quatro padrões de expressão (P < 0,05) foram descobertos por 73 e 91 DEGs compartilhados no fígado e glândulas adrenais, respectivamente, ao longo das diferentes comparações. Entre estes, 69 e 73 genes, respectivamente, foram propostos como candidatos para regular a resposta ao estresse térmico em ratos. Finalmente, juntamente com resultados de estudo de associação do genoma completo (GWAS) em bovinos e análise de estudos de associação do fenoma completo (PheWAS) em humanos, cinco genes (Slco1b2, Clu, Arntl, Fads1 e Npas2) foram considerados como associados à resposta ao estresse térmico entre espécies de mamíferos. Os conjuntos de dados e descobertas deste estudo contribuirão para uma melhor compreensão da resposta ao estresse térmico em mamíferos e para o desenvolvimento de abordagens eficazes para mitigar a resposta ao estresse térmico em animais de produção através do melhoramento genético. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Comprehensive RNA-Seq Profiling Reveals Temporal and Tissue-Specific Changes in Gene Expression in Sprague–Dawley Rats as Response to Heat Stress Challenges: Understanding heat stress physiology and identifying reliable biomarkers are paramount for developing effective management and mitigation strategies. However, little is known about the molecular mechanisms underlying thermal tolerance in animals. In an experimental model of Sprague–Dawley rats subjected to temperatures of 22 ± 1°C (control group; CT) and 42°C for 30 min (H30), 60 min (H60), and 120 min (H120), RNA-sequencing (RNA-Seq) assays were performed for blood (CT and H120), liver (CT, H30, H60, and H120), and adrenal glands (CT, H30, H60, and H120). A total of 53, 1,310, and 1,501 differentially expressed genes (DEGs) were significantly identified in the blood (P < 0.05 and |fold change (FC)| >2), liver (P < 0.01, false discovery rate (FDR)–adjusted P = 0.05 and |FC| >2) and adrenal glands (P < 0.01, FDR-adjusted P = 0.05 and |FC| >2), respectively. Of these, four DEGs, namely Junb, P4ha1, Chordc1, and RT1-Bb, were shared among the three tissues in CT vs. H120 comparison. Functional enrichment analyses of the DEGs identified in the blood (CT vs. H120) revealed 12 biological processes (BPs) and 25 metabolic pathways significantly enriched (FDR = 0.05). In the liver, 133 BPs and three metabolic pathways were significantly detected by comparing CT vs. H30, H60, and H120. Furthermore, 237 BPs were significantly (FDR = 0.05) enriched in the adrenal glands, and no shared metabolic pathways were detected among the different heat-stressed groups of rats. Five and four expression patterns (P < 0.05) were uncovered by 73 and 91 shared DEGs in the liver and adrenal glands, respectively, over the different comparisons. Among these, 69 and 73 genes, respectively, were proposed as candidates for regulating heat stress response in rats. Finally, together with genome-wide association study (GWAS) results in cattle and phenome-wide association studies (PheWAS) analysis in humans, five genes (Slco1b2, Clu, Arntl, Fads1, and Npas2) were considered as being associated with heat stress response across mammal species. The datasets and findings of this study will contribute to a better understanding of heat stress response in mammals and to the development of effective approaches to mitigate heat stress response in livestock through breeding. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os ecossistemas marinhos costeiros rasos estão expostos a eventos intensos de aquecimento na última década, ameaçando espécies-chave de macroalgas como a alga vesiculosa (Fucus vesiculosus, Phaeophyceae) no Mar Báltico. Aqui, testamos experimentalmente em quatro experimentos consecutivos de mesocosmos bentônicos, se o impacto individual e combinado da temperatura elevada da água do mar (Δ + 5°C) e pCO₂ (1100 ppm) sob condições naturais de irradiância afetou sazonalmente o desempenho foto-fisiológico (isto é, produção de oxigênio, fluorescência in vivo da clorofila a, vias de dissipação de energia e concentração de clorofila) do Fucus do Mar Báltico. A fotossíntese foi mais alta na primavera/início do verão quando a temperatura da água e a irradiância solar aumentam naturalmente, e foi mais baixa no inverno (dezembro a janeiro/fevereiro). A temperatura teve um efeito mais forte do que o pCO₂ no desempenho fotossintético do Fucus em todas as estações. Em contraste com a expectativa de que condições de inverno mais quentes possam ser benéficas, condições de temperatura elevada e condições sub-ótimas de baixa luz no inverno diminuíram o desempenho foto-fisiológico do Fucus. No verão, o Fucus do Mar Báltico Ocidental já vive próximo ao seu limite superior de tolerância térmica e o futuro aquecimento do Mar Báltico durante o verão pode provavelmente se tornar prejudicial para esta espécie. No entanto, nossos resultados indicam que na maior parte do ano uma combinação de futuro aquecimento dos oceanos e aumento do pCO₂ terá efeitos ligeiramente positivos para o desempenho foto-fisiológico do Fucus. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Seasonal Photophysiological Performance of Adult Western Baltic Fucus vesiculosus (Phaeophyceae) Under Ocean Warming and Acidification: Shallow coastal marine ecosystems are exposed to intensive warming events in the last decade, threatening keystone macroalgal species such as the bladder wrack (Fucus vesiculosus, Phaeophyceae) in the Baltic Sea. Herein, we experimentally tested in four consecutive benthic mesocosm experiments, if the single and combined impact of elevated seawater temperature (Δ + 5°C) and pCO<inf>2</inf> (1100 ppm) under natural irradiance conditions seasonally affected the photophysiological performance (i.e., oxygen production, in vivo chlorophyll a fluorescence, energy dissipation pathways and chlorophyll concentration) of Baltic Sea Fucus. Photosynthesis was highest in spring/early summer when water temperature and solar irradiance increases naturally, and was lowest in winter (December to January/February). Temperature had a stronger effect than pCO<inf>2</inf> on photosynthetic performance of Fucus in all seasons. In contrast to the expectation that warmer winter conditions might be beneficial, elevated temperature conditions and sub-optimal low winter light conditions decreased photophysiological performance of Fucus. In summer, western Baltic Sea Fucus already lives close to its upper thermal tolerance limit and future warming of the Baltic Sea during summer may probably become deleterious for this species. However, our results indicate that over most of the year a combination of future ocean warming and increased pCO<inf>2</inf> will have slightly positive effects for Fucus photophysiological performance. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

O pulgão-do-trigo russo Diuraphis noxia (Kurdjumov) e o pulgão-do-meloeiro Aphis gossypii Glover são conhecidos como espécies ativas no inverno e no verão, respectivamente. Hipotetiza-se que as diferenças nas atividades sazonais dos pulgões podem estar relacionadas à sua resposta a temperaturas extremas e diferentes mecanismos fisiológicos. Para estudar as variações na tolerância térmica dos pulgões e o modo de sua base fisiológica, eles foram aclimatados ao frio a 20, 15, 10, 5 e 0 °C por 168 h (7 dias) e aclimatados ao calor a 20, 25, 30 °C por 168 h e 35 °C por 48 h. Ao final de cada regime térmico, a sobrevivência a baixas e altas temperaturas foi determinada, e mudanças em açúcares e polióis e na proteína de choque térmico 70 (Hsp70) foram investigadas. D. noxia foi mais tolerante ao frio, enquanto A. gossypii foi um inseto mais tolerante ao calor. O tipo e padrão de açúcares e polióis foram semelhantes em ambas as espécies sob aclimatação ao frio (ACC) e aclimatação ao calor (HCC). Em ambas as espécies, glicose e manitol foram os principais compostos identificados envolvidos na tolerância ao frio e ao calor. No entanto, elas mostraram padrões diferentes de nível de Hsp70, com D. noxia tendo um nível mais alto de Hsp70 sob ACC e A. gossypii tendo um nível mais alto de Hsp70 sob HCC. Estes resultados demonstraram que suas diferenças na tolerância térmica podem explicar as atividades sazonais dos pulgões. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal tolerance variations and physiological adjustments in a winter active and a summer active aphid species: The Russian wheat aphid Diuraphis noxia (Kurdjumov) and melon aphid Aphis gossypii Glover are known as winter and summer active species, respectively. It is hypothesized that differences in the aphids’ seasonal activities might be related to their response to temperature extremes and different physiological mechanisms. To study the aphids’ thermal tolerance variations and mode of their physiological basis, they were cold acclimated at 20, 15, 10, 5, and 0 °C for 168 h (7 days) and heat acclimated at 20, 25, 30 °C for 168 h and 35 °C for 48 h. At the end of each thermal regime, survival at low and high temperatures was determined, and changes in sugars and polyols and heat shock protein 70 (Hsp70) were investigated. D. noxia was more cold-tolerant, while A. gossypii was a more heat-tolerant insect. The type and pattern of sugars and polyols were similar in both species under cold acclimation (ACC) and heat acclimation (HCC). In both species, glucose and mannitol were the major identified compounds involved in cold and heat tolerance. However, they showed different patterns of Hsp70 level, with D. noxia having a higher level of Hsp70 under ACC and A. gossypii having a higher level of Hsp70 under HCC. These results demonstrated that their differences in thermal tolerance might explain the seasonal activities of the aphids. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Monitorar variações em proteínas envolvidas em processos metabólicos, respostas ao estresse oxidativo, sinalização celular e homeostase proteica é uma ferramenta poderosa para desenvolver hipóteses sobre como as variações ambientais afetam a fisiologia e biologia dos organismos marinhos. De acordo com a hipótese da tolerância térmica limitada por oxigênio e capacidade, mecanismos de aclimatação térmica, como ajustar as atividades de enzimas do metabolismo intermediário e dos mecanismos de defesa antioxidante, induzir proteínas de choque térmico (Hsps) ou ativar quinases ativadas por mitógenos, podem deslocar as janelas de tolerância. Poucos estudos, no entanto, investigaram as respostas moleculares, bioquímicas e organismais dos peixes às variações sazonais de temperatura no campo para vinculá-las a descobertas laboratoriais. A investigação dos impactos do aquecimento global em peixes cultivados em alto mar pode fornecer um trampolim para compreender os efeitos em populações selvagens, pois eles experimentam flutuações ambientais semelhantes. Nos últimos 30 anos, o cultivo da dourada Sparus aurata (Linnaeus 1758) tornou-se difundido ao longo da costa do Mediterrâneo, tornando esta espécie um estudo de caso útil. Com base nas informações disponíveis, as variações sazonais de temperatura predominantes expõem a espécie aos limites superior e inferior de sua faixa térmica. Evidências disso incluem restrição de oxigênio, alimentação reduzida, responsividade reduzida a estímulos ambientais, além de uma série de indicadores moleculares e bioquímicos que mudam ao longo da faixa térmica. Além disso, relações estreitas entre vias bioquímicas e padrões sazonais de metabolismo indicam uma conexão entre demanda energética e processos metabólicos por um lado, e respostas ao estresse celular, como estresse oxidativo, inflamação e autofagia, por outro. Compreender as respostas fisiológicas às flutuações de temperatura em peixes cultivados em alto mar pode fornecer informações de base cruciais para a conservação e gestão bem-sucedida dos recursos aquícolas face às mudanças globais. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Advances in understanding the impacts of global warming on marine fishes farmed offshore: Sparus aurata as a case study: Monitoring variations in proteins involved in metabolic processes, oxidative stress responses, cell signalling and protein homeostasis is a powerful tool for developing hypotheses of how environmental variations affect marine organisms' physiology and biology. According to the oxygen- and capacity-limited thermal tolerance hypothesis, thermal acclimation mechanisms such as adjusting the activities of enzymes of intermediary metabolism and of antioxidant defence mechanisms, inducing heat shock proteins (Hsps) or activating mitogen-activated protein kinases may all shift tolerance windows. Few studies have, however, investigated the molecular, biochemical and organismal responses by fishes to seasonal temperature variations in the field to link these to laboratory findings. Investigation of the impacts of global warming on fishes farmed offsore, in the open sea, can provide a stepping stone towards understanding effects on wild populations because they experience similar environmental fluctuations. Over the last 30 years, farming of the gilthead sea bream Sparus aurata (Linnaeus 1758) has become widespread along the Mediterranean coastline, rendering this species a useful case study. Based on available information, the prevailing seasonal temperature variations expose the species to the upper and lower limits of its thermal range. Evidence for this includes oxygen restriction, reduced feeding, reduced responsiveness to environmental stimuli, plus a range of molecular and biochemical indicators that change across the thermal range. Additionally, close relationships between biochemical pathways and seasonal patterns of metabolism indicate a connection between energy demand and metabolic processes on the one hand, and cellular stress responses such as oxidative stress, inflammation and autophagy on the other. Understanding physiological responses to temperature fluctuations in fishes farmed offshore can provide crucial background information for the conservation and successful management of aquaculture resources in the face of global change. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

A variação nas estratégias de história de vida é central para nossa compreensão da dinâmica populacional e de como os organismos se adaptam aos seus ambientes. No entanto, carecemos de consenso sobre os processos ecológicos que impulsionam a variação em traços relacionados à reprodução e sobrevivência. Por exemplo, ainda não compreendemos a causa de dois padrões inter e intraespecíficos generalizados: (1) a associação positiva ubíqua entre o tamanho da ninhada de aves e a latitude; e (2) a variação na extensão da eclosão assíncrona dos ovos dentro de uma única ninhada. Hipóteses bem conhecidas para explicar cada padrão têm se concentrado principalmente em processos bióticos relacionados à disponibilidade de alimento e risco de predação. No entanto, a adaptação local para manter a viabilidade do ovo poderia explicar ambos os padrões com um único mecanismo abiótico. A hipótese da viabilidade do ovo foi inicialmente proposta para explicar a causa da eclosão assíncrona e sugere que a eclosão assíncrona resulta do início precoce da incubação em resposta a condições microclimáticas desfavoráveis do ninho, que de outra forma reduziriam a viabilidade do ovo. No entanto, a alocação de recursos para a incubação precoce, antes da conclusão da ninhada, pode restringir energeticamente o tamanho da ninhada e ajudar a explicar a associação positiva entre o tamanho da ninhada e a latitude. Medimos a variação intraespecífica em cinco características de história de vida funcionalmente ligadas de corujas-buraqueiras em cinco locais de estudo abrangendo um transecto latitudinal de 1.400 km no oeste da América do Norte: tamanho da ninhada, momento do início da incubação, grau de assincronia da eclosão, probabilidade de falha na eclosão e sobrevivência dos filhotes. Descobrimos que a maioria das características variava clinalmente com a latitude, mas todas as características estavam mais fortemente associadas aos microclimas individuais dos ninhos do que com a latitude, e todas variavam com o microclima do ninho nas direções previstas pela hipótese da viabilidade do ovo. Além disso, a incubação começou mais cedo, a assincronia da eclosão aumentou e o tamanho da ninhada diminuiu ao longo da estação reprodutiva. Esses resultados sugerem que o microclima do ninho impulsiona um importante trade-off de história de vida e que gradientes térmicos são frequentemente suficientes para explicar os padrões biogeográficos e sazonais observados nas estratégias de história de vida. Além disso, nossos resultados revelam um mecanismo indireto potencialmente importante pelo qual o sucesso reprodutivo e o recrutamento poderiam ser afetados pelas mudanças climáticas. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Nest microclimate and limits to egg viability explain avian life-history variation across latitudinal gradients: Variation in life-history strategies is central to our understanding of population dynamics and how organisms adapt to their environments. Yet we lack consensus regarding the ecological processes that drive variation in traits related to reproduction and survival. For example, we still do not understand the cause of two widespread inter- and intraspecific patterns: (1) the ubiquitous positive association between avian clutch size and latitude; and (2) variation in the extent of asynchronous hatching of eggs within a single clutch. Well-known hypotheses to explain each pattern have largely focused on biotic processes related to food availability and predation risk. However, local adaptation to maintain egg viability could explain both patterns with a single abiotic mechanism. The egg viability hypothesis was initially proposed to explain the cause of asynchronous hatching and suggests that asynchronous hatching results from early incubation onset in response to unfavorable nest microclimatic conditions, which otherwise reduce egg viability. However, allocation of resources to early incubation, prior to clutch completion, may energetically constrain clutch size and help explain the positive association between clutch size and latitude. We measured intraspecific variation in five functionally linked life-history traits of burrowing owls at five study sites spanning a 1,400-km latitudinal transect in western North America: clutch size, the timing of incubation onset, the degree of hatching asynchrony, the probability of hatching failure, and nestling survival. We found that most traits varied clinally with latitude, but all the traits were more strongly associated with individual nest microclimates than with latitude, and all varied with nest microclimate in the directions predicted by the egg viability hypothesis. Furthermore, incubation began earlier, hatching asynchrony increased, and clutch size declined across the breeding season. These results suggest that nest microclimate drives an important life-history trade-off and that thermal gradients are often sufficient to account for observed biogeographic and seasonal patterns in life-history strategies. Furthermore, our results reveal a potentially important indirect mechanism by which reproductive success and recruitment could be affected by climate change. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

A criação de salmão do Atlântico (Salmo salar) em gaiolas tem sido tradicionalmente localizada em latitudes mais altas, onde as temperaturas frias da água do mar favorecem esta prática. No entanto, estas regiões podem ser impactadas pelo aquecimento dos oceanos e ondas de calor que elevam a temperatura da água do mar além dos limites de termotolerância desta espécie. À medida que mais eventos de mortalidade em massa são relatados a cada ano devido a temperaturas anormais do mar, a indústria de aquicultura de salmão do Atlântico em gaiolas reconhece a necessidade de se adaptar a um oceano em mudança. Este artigo revisa os limites de tolerância térmica do salmão do Atlântico adulto, bem como as consequências ecofisiológicas deletérias do estresse térmico, com ênfase em como isso afeta negativamente os ciclos de produção da aquicultura em gaiolas marinhas. Soluções biotecnológicas direcionadas à plasticidade fenotípica do salmão do Atlântico e sua diversidade genética, particularmente a de suas populações mais ao sul no limite de sua distribuição zoogeográfica natural, são discutidas. Algumas dessas soluções incluem programas de reprodução seletiva, que podem desempenhar um papel fundamental nesta busca por uma linhagem de salmão do Atlântico mais termotolerante que possa ajudar a indústria de aquicultura em gaiolas a se adaptar mais rapidamente às incertezas climáticas, sem comprometer a rentabilidade. Tecnologias ômicas e reprodução de precisão, juntamente com avanços em criopreservação, também fazem parte do conjunto de ferramentas disponível que inclui outras soluções que podem permitir que criadores em gaiolas continuem a produzir salmão do Atlântico nas águas mais quentes dos oceanos do futuro. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Summer is coming! tackling ocean warming in atlantic salmon cage farming: Atlantic salmon (Salmo salar) cage farming has traditionally been located at higher latitudes where cold seawater temperatures favor this practice. However, these regions can be impacted by ocean warming and heat waves that push seawater temperature beyond the thermo-tolerance limits of this species. As more mass mortality events are reported every year due to abnormal sea temperatures, the Atlantic salmon cage aquaculture industry acknowledges the need to adapt to a changing ocean. This paper reviews adult Atlantic salmon thermal tolerance limits, as well as the deleterious eco-physiological consequences of heat stress, with emphasis on how it negatively affects sea cage aquaculture production cycles. Biotechnological solutions targeting the phenotypic plasticity of Atlantic salmon and its genetic diversity, particularly that of its southernmost populations at the limit of its natural zoogeographic distribution, are discussed. Some of these solutions include selective breeding programs, which may play a key role in this quest for a more thermotolerant strain of Atlantic salmon that may help the cage aquaculture industry to adapt to climate uncertainties more rapidly, without compromising profitability. Omics technologies and precision breeding, along with cryopreservation breakthroughs, are also part of the available toolbox that includes other solutions that can allow cage farmers to continue to produce Atlantic salmon in the warmer waters of the oceans of tomorrow. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os impactos do aumento de eventos de calor extremo sob mudanças climáticas podem diferir ao longo da ontogenia para espécies com ciclos de vida complexos. Diferentes estágios de vida podem (1) experimentar níveis desiguais de estresse ambiental que variam no espaço e tempo (exposição) e (2) possuir diferentes tolerâncias ao estresse (sensibilidade). Utilizamos um experimento de campo para investigar se exposição, sensibilidade e risco geral de mortalidade diferiam entre estágios de vida de uma espécie marinha fundamental (o mexilhão Mytilus californianus) através de condições térmicas que variam no espaço (habitat, elevação e local) e tempo (estação) no sul da Califórnia, EUA. Instalamos registradores de temperatura para documentar padrões de exposição específicos do habitat, conduzimos ensaios de tolerância térmica em laboratório para calcular a sensibilidade, e realizamos levantamentos de campo para determinar se os padrões de risco refletiam-se nas distribuições. A exposição a temperaturas extremas foi maior em habitats solitários e durante a primavera. Mexilhões juvenis foram mais sensíveis ao calor extremo que adultos, e a sensibilidade para ambos os estágios de vida foi maior em dezembro e março. O risco foi amplamente sazonal para juvenis, mas mais variável temporalmente para adultos. Padrões de ocorrência espacial foram consistentes com avaliações de risco para ambos os estágios de vida (ou seja, maior ocorrência em habitats de menor risco). Estes resultados destacam a importância de incorporar o estágio de vida e a dinâmica temporal ao prever impactos das mudanças climáticas. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Spatial and temporal scales of exposure and sensitivity drive mortality risk patterns across life stages: Impacts of increases in extreme heat events under climate change may differ across ontogeny for species with complex life cycles. Different life stages may (1) experience unequal levels of environmental stress that vary across space and time (exposure) and (2) have different stress tolerances (sensitivity). We used a field experiment to investigate whether exposure, sensitivity, and overall mortality risk differed between life stages of a marine foundation species (the mussel Mytilus californianus) across thermal conditions that vary in space (habitat, elevation, and site) and time (season) in southern California, USA. We deployed temperature loggers to document habitat-specific exposure patterns, conducted laboratory thermal tolerance assays to calculate sensitivity, and performed field surveys to determine whether risk patterns were reflected in distributions. Exposure to extreme temperatures was highest in solitary habitats and during spring. Juvenile mussels were more sensitive to extreme heat than adults, and sensitivity for both life stages was highest in December and March. Risk was largely seasonal for juveniles but was more temporally variable for adults. Spatial occurrence patterns were congruent with risk assessments for both life stages (i.e., higher occurrence in lower risk habitats). These results highlight the importance of incorporating life stage and temporal dynamics when predicting impacts of climate change. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

O Ártico está experimentando taxas particularmente rápidas de aquecimento, consequentemente espécies boreais invasoras agora são capazes de sobreviver às temperaturas invernais menos extremas do Ártico. Embora a persistência de espécies intertidais e terrestres no Ártico seja primariamente determinada por sua capacidade de tolerar os invernos congelantes, as temperaturas do ar no verão ártico podem atingir 36 °C no intertidal, o que está além dos limites térmicos superiores de muitas espécies marinhas. Isto é normalmente letal para o conspícuo engenheiro do ecossistema Mytilus edulis. Análises transcriptômicas foram realizadas em animais coletados in situ e experimentalmente aquecidos para entender se M. edulis é capaz de tolerar estas temperaturas de verão muito altas. Surpreendentemente, não houve enriquecimento significativo de termos da Ontologia Gênica (GO) ao comparar os animais intertidais do interior e exterior do fiorde com animais subtidais do exterior do fiorde (controle), representando animais coletados a 27 °C, 19 °C e 3 °C respectivamente. Esta falta de diferenciação indicou uma ampla capacidade de aclimatação nesta espécie. Por outro lado, enriquecimento significativo para processos como transdução de sinal, citoesqueleto e modificação de proteínas celulares foi identificado nos perfis de expressão dos animais experimentalmente aquecidos a 22 °C e 32 °C. Esta diferença na expressão gênica entre animais coletados in situ e experimentalmente aquecidos foi quase certamente devido aos primeiros estarem aclimatados a um regime de temperatura flutuante, mas previsível, que aumentou suas tolerâncias térmicas. Curiosamente, não houve evidência de enriquecimento da resposta clássica ao estresse celular em nenhum dos animais amostrados. A identificação de uma expansão massiva da família gênica da proteína de choque térmico HSPA12 de 70 kDa apresentou a possibilidade destes genes atuarem como reguladores intertidais sustentando a resiliência térmica. Esta expansão resultou em uma resposta celular ao estresse modificada, como uma adaptação evolutiva ao rigor do estilo de vida intertidal invasivo. Assim, M. edulis parece ter capacidade considerável para suportar as atuais taxas de aquecimento do Ártico, e a muito grande variação térmica concomitante. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Resilience in Greenland intertidal Mytilus: The hidden stress defense: The Arctic is experiencing particularly rapid rates of warming, consequently invasive boreal species are now able to survive the less extreme Arctic winter temperatures. Whilst persistence of intertidal and terrestrial species in the Arctic is primarily determined by their ability to tolerate the freezing winters, air temperatures in the Arctic summer can reach 36 °C in the intertidal, which is beyond the upper thermal limits of many marine species. This is normally lethal for the conspicuous ecosystem engineer Mytilus edulis. Transcriptomic analyses were undertaken on both in situ collected and experimentally warmed animals to understand whether M. edulis is able to tolerate these very high summer temperatures. Surprisingly there was no significant enrichment for Gene Ontology terms (GO) when comparing the inner and outer fjord intertidal animals with outer fjord subtidal (control) animals, representing animals collected at 27 °C, 19 °C and 3 °C respectively. This lack of differentiation indicated a wide acclimation ability in this species. Conversely, significant enrichment for processes such as signal transduction, cytoskeleton and cellular protein modification was identified in the expression profiles of the 22 °C and 32 °C experimentally heated animals. This difference in gene expression between in situ collected and experimentally warmed animals was almost certainly due to the former being acclimated to a fluctuating, but predictable, temperature regime, which has increased their thermal tolerances. Interestingly, there was no evidence for enrichment of the classical cellular stress response in any of the animals sampled. Identification of a massive expansion of the HSPA12 heat shock protein 70 kDa gene family presented the possibility of these genes acting as intertidal regulators underpinning thermal resilience. This expansion has resulted in a modified cellular stress response, as an evolutionary adaptation to the rigour of the invasive intertidal life style. Thus, M. edulis appear to have considerable capacity to withstand the current rates of Arctic warming, and the very large attendant thermal variation. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Prevê-se que as mudanças climáticas induzidas por atividades antropogênicas aumentem a variabilidade térmica nas águas costeiras, o que pode ter fortes efeitos fisiológicos sobre indivíduos e populações de ectotérmicos marinhos. A magnitude e direção desses efeitos térmicos variam dependendo da espécie, estágio de vida, biogeografia, habitat e estação. Este estudo teve como objetivo comparar a tolerância térmica de uma variedade de peixes juvenis e macroinvertebrados adultos de habitats entremarés e estuarinos em uma região temperada quente e termicamente variável na costa sudeste da África do Sul. A variabilidade sazonal na tolerância térmica foi comparada entre espécies, grupos taxonômicos, distribuição biogeográfica e afinidade de habitat e relacionada com dados de temperatura da água existentes e projetados para avaliar a vulnerabilidade local de cada espécie. Foram quantificados o máximo térmico crítico (CT<inf>max</inf>), o mínimo térmico crítico (CT<inf>min</inf>), as amplitudes e escopos térmicos e as margens de segurança térmica de cada espécie. As maiores diferenças nos padrões de tolerância térmica foram baseadas na taxonomia, com macroinvertebrados apresentando tolerância térmica mais ampla em comparação com peixes, com exceção do ouriço-do-mar do Cabo, tanto no verão quanto no inverno. Foram observadas amplitudes inferiores relativamente estreitas de tolerância e valores de margem de segurança para espécies de peixes juvenis transitórios subtropicais e temperados do habitat rochoso entremarés de baixa costa, tanto no verão quanto no inverno. Isso indica que essas espécies de peixes e o ouriço-do-mar do Cabo podem ser mais vulneráveis aos aumentos projetados na variabilidade de temperatura fria (ressurgência no verão) do que na variabilidade de temperatura quente nesta região temperada quente, se não forem capazes de buscar refúgio em habitat térmico. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal tolerance, safety margins and vulnerability of coastal species: Projected impact of climate change induced cold water variability in a temperate African region: Anthropogenic induced climate change is predicted to increase the thermal variability in coastal waters, which can have strong physiological effects on individuals and populations of marine ectotherms. The magnitude and direction of these thermal effects varies depending on species, life stage, biogeography, habitat and season. This study aimed to compare the thermal tolerance of a range of juvenile fish and adult macro-invertebrates from intertidal and estuarine habitats in a warm-temperate, thermally variable region on the south-east coast of South Africa. Seasonal variability in thermal tolerance was compared between species, taxonomic groups, biogeographical distribution and habitat affinity and related to existing and projected water temperature data to gauge the local vulnerability of each species. Critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>), critical thermal minimum (CT<inf>min</inf>), thermal breadths and scopes, and the thermal safety margins of each species were quantified. The greatest differences in thermal tolerance patterns were based on taxonomy, with macro-invertebrates having broader thermal tolerance compared to fish, with the exception of the Cape sea urchin, in both summer and winter. Relatively narrow lower breadths in tolerance and safety margin values for transient juvenile sub-tropical and temperate fish species from the intertidal rocky low-shore habitat were observed in both summer and winter. This indicates that these fish species and the Cape sea urchin may be more vulnerable to projected increases in cold temperature (upwelling in summer) than warm temperature variability in this warm-temperate region if they are unable to seek thermal habitat refuge. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Propõe-se que o alargamento dos limites e da amplitude da tolerância térmica das espécies dos trópicos para as latitudes temperadas reflita gradientes espaciais na sazonalidade da temperatura, mas a importância das mudanças sazonais nas tolerâncias térmicas dentro e entre locais é muito menos apreciada. Realizamos ensaios térmicos para examinar as temperaturas críticas máxima e mínima (CT<inf>max</inf> e CT<inf>min</inf>, respectivamente) de uma comunidade de mosquitos ao longo de suas estações ativas. A CT<inf>min</inf> dos mosquitos acompanhou as mudanças sazonais na temperatura, enquanto a CT<inf>max</inf> seguiu um padrão de contragradiente com as menores tolerâncias ao calor no verão. A amplitude térmica dos mosquitos diminuiu da primavera para o verão e depois aumentou do verão para o outono. Mostramos uma dicotomia temporal nas tolerâncias térmicas com amplitudes térmicas de organismos temperados no verão refletindo as dos trópicos ("tropicalização") que está intercalada entre uma "temperização" na primavera e outono. Portanto, nossos padrões de tolerância em uma única latitude temperada recapitulam padrões clássicos através da latitude. Essas descobertas destacam a necessidade de entender melhor os componentes temporais e espaciais da variação da termotolerância, incluindo plasticidade e seleção sazonal rápida, e o potencial dessa variação para afetar as respostas das espécies às mudanças climáticas. Com os verões ficando mais longos e o aumento das temperaturas noturnas no inverno, esperamos uma crescente tropicalização das tolerâncias térmicas das espécies tanto no espaço quanto no tempo. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Community-wide seasonal shifts in thermal tolerances of mosquitoes: The broadening in species’ thermal tolerance limits and breadth from tropical to temperate latitudes is proposed to reflect spatial gradients in temperature seasonality, but the importance of seasonal shifts in thermal tolerances within and across locations is much less appreciated. We performed thermal assays to examine the maximum and minimum critical temperatures (CT<inf>max</inf> and CT<inf>min</inf>, respectively) of a mosquito community across their active seasons. Mosquito CT<inf>min</inf> tracked seasonal shifts in temperature, whereas CT<inf>max</inf> tracked a countergradient pattern with lowest heat tolerances in summer. Mosquito thermal breadth decreased from spring to summer and then increased from summer to autumn. We show a temporal dichotomy in thermal tolerances with thermal breadths of temperate organisms in summer reflecting those of the tropics (“tropicalization”) that is sandwiched between a spring and autumn “temperatization.” Therefore, our tolerance patterns at a single temperate latitude recapitulate classical patterns across latitude. These findings highlight the need to understand the temporal and spatial components of thermotolerance variation better, including plasticity and rapid seasonal selection, and the potential for this variation to affect species responses to climate change. With summers becoming longer and increasing winter nighttime temperatures, we expect increasing tropicalization of species thermal tolerances in both space and time. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tolerância térmica é uma característica altamente valiosa para a aquicultura. No entanto, mecanismos regulatórios complexos impedem que marcadores moleculares convencionais, baseados em DNA, sejam eficazes. Assim, para buscar potenciais biomarcadores de tolerância ao frio em peixes em nível pós-transcricional, o objetivo deste trabalho é revisar sistematicamente a literatura atual sobre miRNAs relacionados a baixas temperaturas em peixes teleósteos e responder à pergunta: existem miRNAs relacionados a mecanismos-chave de tolerância ao frio em peixes? Através de uma busca sistemática em 3 bancos de dados diferentes, um total de 418 estudos foram inicialmente identificados. Após triagem criteriosa, 6 estudos foram incluídos na revisão sistemática. Pelo menos 71 miRNAs foram relatados como diferencialmente expressos (DE) em peixes expostos a baixas temperaturas, dos quais 29 foram considerados regulados positivamente e 42 regulados negativamente em peixes sob estresse por frio. Entre o número total de miRNAs DE, 6 foram encontrados presentes em pelo menos dois estudos: miR-9-3p, miR-135c, miR-9-5p, miR-30b, miR-122, miR-92a-3p. Os miRNAs DE apresentados em pelo menos dois estudos foram submetidos ao DIANA mirPath v.3 para identificar genes-alvo potenciais usando o banco de dados microT-CDS v 5.0. Esses miRNAs potencialmente direcionam enzimas regulatórias-chave para o metabolismo de glicose e lipídios, controlando a mudança no metabolismo energético necessária para adaptação ao frio. A sinalização FoxO e o ciclo circadiano também estão muito provavelmente envolvidos nos mecanismos de tolerância térmica. Esses achados representam alvos potenciais para investigação futura de ferramentas preditivas baseadas em microRNA para tolerância ao frio em peixes. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

MicroRNA roles and their potential use as selection tool to cold tolerance of domesticated teleostean species: A systematic review: Thermal tolerance is a highly valuable trait for aquaculture. However, complex regulatory mechanisms prevent conventional molecular markers, based on DNA, from being effective. Thus, in order to search for potential cold-tolerance biomarkers in fish at a post-transcriptional level, the aim of this work is to systematic review current literature on miRNAs related to low temperature in teleost fish and answer the question: are there any miRNAs related to key mechanisms of cold-tolerance in fish? Through a systematic search in 3 different databases, a total of 418 studies were initially identified. After criterious screening, 6 studies were included in the systematic review. At least 71 miRNAs were reported to be differentially expressed (DE) in fish exposed to low temperatures, from which 29 were considered up regulated and 42 down regulated in cold stressed fish. Among the total number of DE miRNAs, 6 were found to be present in at least two studies: miR-9-3p, miR-135c, miR-9-5p, miR-30b, miR-122, miR-92a-3p. DE miRNAs presented in at least two studies were submitted to DIANA mirPath v.3 to identify potential target genes using microT-CDS v 5.0 database. These miRNAs potentially target key regulatory enzymes to glucose and lipid metabolism, controlling the shift in energy metabolism required for cold adaptation. FoxO signaling and circadian cycle are also very likely involved in thermal tolerance mechanisms. These findings represent potential targets for further investigation of microRNA-based predictive tools for fish cold tolerance. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

A poluição plástica é o foco de substancial interesse científico e público, levando muitos a acreditar que o problema está bem documentado e gerenciado, com mitigação efetiva em vigor. No entanto, muitos aspectos são pouco compreendidos, incluindo questões fundamentais relacionadas ao alcance e severidade dos impactos (por exemplo, consequências demográficas no nível populacional). Os plásticos se acumulam em quantidades significativas em praias globalmente, ainda assim as consequências para esses ambientes terrestres são em grande parte desconhecidas. Usando medições reais in situ de flutuações térmicas circadianas de sedimentos praiais na Ilha Henderson e nas Ilhas Cocos (Keeling), demonstramos que os plásticos aumentam os extremos de temperatura circadianos. Níveis particulares de plástico foram associados com aumentos nas temperaturas máximas diárias de 2,45 °C e diminuições das temperaturas mínimas diárias em −1,50 °C a 5 cm de profundidade abaixo do plástico acumulado. A massa de plástico superficial foi alta em ambas as ilhas (Henderson: 571 ± 197 g/m²; Cocos: 3164 ± 1989 g/m²), mas não afetou a condutividade térmica, capacidade térmica específica, difusividade térmica ou conteúdo de umidade dos sedimentos praiais. Portanto, sugerimos que o plástico afeta as temperaturas dos sedimentos alterando as entradas e saídas térmicas (por exemplo, absorção de radiação infravermelha). As flutuações de temperatura circadianas resultantes têm implicações potencialmente significativas para ectotérmicos terrestres, muitos dos quais possuem limites estreitos de tolerância térmica e são funcionalmente importantes em habitats praiais. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Plastic debris increases circadian temperature extremes in beach sediments: Plastic pollution is the focus of substantial scientific and public interest, leading many to believe the issue is well documented and managed, with effective mitigation in place. However, many aspects are poorly understood, including fundamental questions relating to the scope and severity of impacts (e.g., demographic consequences at the population level). Plastics accumulate in significant quantities on beaches globally, yet the consequences for these terrestrial environments are largely unknown. Using real world, in situ measurements of circadian thermal fluctuations of beach sediment on Henderson Island and Cocos (Keeling) Islands, we demonstrate that plastics increase circadian temperature extremes. Particular plastic levels were associated with increases in daily maximum temperatures of 2.45 °C and decreases of daily minimum by − 1.50 °C at 5 cm depth below the accumulated plastic. Mass of surface plastic was high on both islands (Henderson: 571 ± 197 g/m2; Cocos: 3164 ± 1989 g/m2), but did not affect thermal conductivity, specific heat capacity, thermal diffusivity, or moisture content of beach sediments. Therefore, we suggest plastic effects sediment temperatures by altering thermal inputs and outputs (e.g., infrared radiation absorption). The resulting circadian temperature fluctuations have potentially significant implications for terrestrial ectotherms, many of which have narrow thermal tolerance limits and are functionally important in beach habitats. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aquecimento dos oceanos induzido pelas mudanças climáticas é a maior ameaça à persistência dos recifes de coral globalmente. Dada a taxa atual de aquecimento dos oceanos, pode não haver tempo suficiente para a aclimatação ou adaptação natural pelos corais. Esta urgência levou à exploração de técnicas de manejo ativo visando melhorar a tolerância térmica em corais. Aqui, testamos a capacidade de aclimatação transgeracional no coral construtor de recifes Pocillopora acuta como meio de aumentar o desempenho da prole em águas mais quentes. Expusemos colônias de coral de um recife influenciado por ressurgência intermitente e efluente constante de água quente de uma usina nuclear a temperaturas que correspondiam (26 °C) ou excediam (29,5 °C) as temperaturas médias sazonais específicas por três ciclos reprodutivos; a prole foi autorizada a se estabelecer e crescer em ambas as temperaturas. Colônias aquecidas reproduziram-se significativamente mais cedo no ciclo lunar e produziram menos plânulas e menores. O recrutamento foi menor na temperatura de recrutamento aquecida, independentemente do tratamento parental. A sobrevivência dos recrutas não diferiu com base na temperatura parental ou de recrutamento. Recrutas de pais aquecidos eram menores e tinham menor rendimento quântico máximo (Fv/Fm), uma medida do desempenho fotoquímico do simbionte. Não encontramos evidência direta de que o condicionamento térmico de corais adultos de P. acuta melhora o desempenho da prole em água mais quente; no entanto, a exposição crônica das colônias parentais a temperaturas mais quentes no local do recife de origem pode ter limitado a capacidade de aclimatação transgeracional. A extensão em que a resposta dos corais a esta abordagem de manejo ativo pode variar entre espécies e locais permanece incerta e merece investigação adicional. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of thermal conditioning on the performance of Pocillopora acuta adult coral colonies and their offspring: Ocean warming induced by climate change is the greatest threat to the persistence of coral reefs globally. Given the current rate of ocean warming, there may not be sufficient time for natural acclimation or adaptation by corals. This urgency has led to the exploration of active management techniques aimed at enhancing thermal tolerance in corals. Here, we test the capacity for transgenerational acclimation in the reef-building coral Pocillopora acuta as a means of increasing offspring performance in warmer waters. We exposed coral colonies from a reef influenced by intermittent upwelling and constant warm-water effluent from a nuclear power plant to temperatures that matched (26 °C) or exceeded (29.5 °C) season-specific mean temperatures for three reproductive cycles; offspring were allowed to settle and grow at both temperatures. Heated colonies reproduced significantly earlier in the lunar cycle and produced fewer and smaller planulae. Recruitment was lower at the heated recruitment temperature regardless of parent treatment. Recruit survival did not differ based on parent or recruitment temperature. Recruits from heated parents were smaller and had lower maximum quantum yield (Fv/Fm), a measurement of symbiont photochemical performance. We found no direct evidence that thermal conditioning of adult P. acuta corals improves offspring performance in warmer water; however, chronic exposure of parent colonies to warmer temperatures at the source reef site may have limited transgenerational acclimation capacity. The extent to which coral response to this active management approach might vary across species and sites remains unclear and merits further investigation. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Ondas de calor marinhas estão ocorrendo com maior frequência e magnitude em todo o mundo e podem alterar significativamente a estrutura da comunidade e a função do ecossistema. Prever mudanças na estrutura da comunidade em temperaturas extremas requer uma compreensão da variação na tolerância térmica entre espécies, e de como a potencial aclimatação a temperaturas recentes influencia a sobrevivência. Para abordar isso, determinamos a tolerância a temperaturas extremas em uma assembleia de crustáceos epifaunais que habita macroalgas no ponto quente de aquecimento oceânico do sudeste da Austrália. Anfípedes foram o grupo mais abundante e a tolerância térmica das espécies mais abundantes (duas no inverno e quatro no verão) foi testada para determinar seus limites térmicos e probabilidade de sobrevivência em temperaturas extremas do futuro próximo. A sobrevivência, medida como tempo até a imobilização, foi comparada entre espécies, sexos, estágio de vida e tamanho corporal. A maior variação na tolerância a temperaturas extremas foi entre espécies (não entre tamanhos corporais ou estágios de vida), indicando que ondas de calor podem alterar a composição da assembleia epifaunal associada a macroalgas. A comparação do histórico térmico recente (entre 18 °C a 22 °C) revelou maior tolerância térmica em indivíduos aclimatados ao calor. Nossos resultados indicam que os impactos de uma onda de calor marinha dependerão da composição local de espécies e de seu momento relativo às condições climáticas recentes. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Differential tolerance of species alters the seasonal response of marine epifauna to extreme warming: Marine heatwaves are occurring with greater frequency and magnitude worldwide and can significantly alter community structure and ecosystem function. Predicting changes in community structure in extreme temperatures requires an understanding of variation among species in their thermal tolerance, and how potential acclimatization to recent temperatures influences survival. To address this, we determined the tolerance to extreme temperatures in a crustacean epifaunal assemblage that inhabits macroalgae in the southeast Australian ocean warming hotspot. Amphipods were the most abundant group and the thermal tolerance of the most abundant species (two in winter and four in summer) was tested to determine their thermal limits and probability of survival in near-future extreme temperatures. Survival, measured as time to immobilization, was compared across species, sexes, life stage and body size. The greatest variation in tolerance to extreme temperatures was among species (not body sizes or life stages), indicating that heatwaves could shift the composition of the macroalgal associated epifaunal assemblage. Comparison of recent thermal history (between 18 °C to 22 °C) revealed greater thermal tolerance of warm acclimatized individuals. Our results indicate that the impacts of a marine heatwave will depend on local species composition and their timing relative to recent climate conditions. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Em Porto Rico, uma ilha ameaçada pelo aquecimento climático, apenas uma de duas espécies de sapos que compartilham parte de sua distribuição sofreu uma recente contração de distribuição para elevações mais altas. Questionamos se diferenças em sua resposta fisiológica à temperatura e desidratação poderiam explicar essa mudança distribucional. Estudamos uma população de terras baixas e uma de terras altas de Eleutherodactylus coqui, um generalista amplamente distribuído, e E. portoricensis, uma espécie ameaçada que atualmente é encontrada apenas acima de 600 m. Comparamos vários aspectos fisiológicos: temperatura operativa; seleção de temperatura; temperaturas críticas; e sua resposta a testes de desempenho de salto em vários regimes térmicos e hídricos. Os resultados revelaram que E. portoricensis teve o maior CTmin e menor CTmax e selecionou uma faixa mais fria de temperaturas do gradiente experimental. O desempenho de salto aumentou com a temperatura para as três populações até atingir o desempenho máximo. Posteriormente, o desempenho caiu drasticamente até atingir o CTmax. A desidratação teve um efeito negativo no desempenho para ambas as espécies, particularmente no desempenho máximo. Este efeito foi maior para E. portoricensis, seguido por E. coqui de alta elevação. As limitações fisiológicas térmico-hídricas significativamente maiores de E. portoricensis podem explicar sua recente contração de distribuição, potencialmente, como resposta ao aquecimento climático. E. coqui de baixa elevação teve a menor tolerância ao aquecimento operativo e foi a única população a selecionar temperaturas semelhantes às encontradas em seu ambiente, indicando que pode estar estreitamente adaptada às condições térmicas locais e, portanto, também vulnerável às mudanças climáticas. Nossos resultados apontam para plasticidade na resposta de E. coqui a condições climáticas variáveis e apresentam evidências de diferentes respostas fisiológicas entre espécies intimamente relacionadas na mesma localidade. Este trabalho destaca a importância de estudar os efeitos combinados de temperatura e hidratação para entender a resposta de ectotérmicos a ambientes em aquecimento e apresenta mais evidências de que a dessecação pode ser um fator limitante determinando quais espécies podem sobreviver. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Response to thermal and hydric regimes point to differential inter- and intraspecific vulnerability of tropical amphibians to climate warming: In Puerto Rico, an island threatened by climate warming, only one of two species of frogs that share part of their distribution has undergone a recent range contraction to higher elevations. We questioned if differences in their physiological response to temperature and dehydration might explain this distributional change. We studied a lowland and a highland population of Eleutherodactylus coqui, a widespread generalist, and E. portoricensis, an endangered species that is currently found only above 600 m. We compared various physiological aspects: operative temperature; temperature selection; critical temperatures; and their response to jumping performance tests at various thermal and hydric regimes. Results revealed that E. portoricensis had the highest CT<inf>min</inf> and lowest CT<inf>max</inf> and selected a cooler range of temperatures from the experimental gradient. Jumping performance increased with temperature for the three populations until attaining maximum performance. Afterwards, performance dropped drastically until reaching CT<inf>max</inf>. Dehydration had a negative effect on performance for both species, particularly on maximum performance. This effect was greatest for E. portoricensis, followed by high-elevation E. coqui. The significantly greater thermo-hydric physiological limitations of E. portoricensis may explain its recent range contraction, potentially, as a response to climate warming. Low-elevation E. coqui had the lowest operative warming tolerance and was the only population to select temperatures like those encountered in their environment, indicating it may be narrowly adapted to local thermal conditions and thus, also vulnerable to climate change. Our results point towards plasticity in the response of E. coqui to varying climatic conditions, and present evidence of different physiological responses between closely related species at the same locality. This work highlights the importance of studying the combined effects of temperature and hydration to understand the response of ectotherms to warming environments and presents further evidence that desiccation may be a limiting factor determining which species may survive. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Título do Trabalho: Tolerância Térmica em Formigas: Uma Revisão de Métodos, Hipóteses e Fontes de Variação

As formigas (Hymenoptera: Formicidae) são um grupo conspícuo de ectotérmicos cujo comportamento, distribuição, fisiologia e aptidão são regulados pela temperatura. Consequentemente, o interesse por características como a tolerância térmica que permitem às formigas sobreviver e prosperar em climas variáveis aumentou exponencialmente nas últimas décadas. Aqui, sintetizamos a literatura publicada sobre a tolerância térmica de formigas. Iniciamos nossa revisão com a discussão de métricas comuns: limites térmicos críticos, limites térmicos letais, resistência à queda, recuperação do coma por frio e super-resfriamento. Em particular, destacamos as formas como cada métrica térmica é quantificada e oferecemos um conjunto de ressalvas metodológicas para consideração. A seguir, descrevemos padrões e hipóteses para a tolerância térmica de formigas ao longo de gradientes térmicos espaciais e temporais. Espacialmente, focamos nas relações com latitude, altitude, urbanização e microclima. Temporalmente, focamos na plasticidade sazonal, variação diária, compensações entre dominância e tolerância térmica, e aclimatação. Discutimos ainda outras fontes de variação incluindo história evolutiva, tamanho corporal, idade, castas e nutrição. Finalmente, destacamos vários tópicos de interesse para biólogos térmicos de formigas, variando em escopo desde o desenvolvimento de métodos até os impactos das mudanças climáticas. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Ant Thermal Tolerance: A Review of Methods, Hypotheses, and Sources of Variation: Ants (Hymenoptera: Formicidae) are a conspicuous group of ectotherms whose behavior, distribution, physiology, and fitness are regulated by temperature. Consequently, interest in traits like thermal tolerance that enable ants to survive and thrive in variable climates has increased exponentially over the past few decades. Here, we synthesize the published literature on the thermal tolerance of ants. We begin our review with discussion of common metrics: critical thermal limits, lethal thermal limits, knock-down resistance, chill-coma recovery, and supercooling. In particular, we highlight the ways each thermal metric is quantified and offer a set of methodological caveats for consideration. We next describe patterns and hypotheses for ant thermal tolerance along spatial and temporal temperature gradients. Spatially, we focus on relationships with latitude, elevation, urbanization, and microclimate. Temporally, we focus on seasonal plasticity, daily variation, dominance-thermal tolerance tradeoffs, and acclimation. We further discuss other sources of variation including evolutionary history, body size, age, castes, and nutrition. Finally, we highlight several topics of interest to ant thermal biologists, ranging in scope from methods development to the impacts of climate change. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Compreender como os fatores ambientais afetam a tolerância térmica das espécies é crucial para prever o impacto do estresse térmico na abundância e distribuição das espécies. Até o momento, as respostas das espécies ao estresse térmico são tipicamente avaliadas em indivíduos criados em laboratório e usando dados climáticos grosseiros e de baixa resolução que podem não refletir a dinâmica do microhabitat em uma escala relevante. Aqui, examinamos a variação temporal diária na tolerância ao calor em uma variedade de espécies em seus ambientes naturais através da Austrália temperada e tropical. Indivíduos foram coletados em seus habitats ao longo do dia e testados para tolerância ao calor imediatamente após, enquanto os microclimas locais foram registrados nos locais de coleta. Encontramos altos níveis de plasticidade na tolerância ao calor em todas as espécies testadas. Tanto a variabilidade de curto quanto de longo prazo da temperatura e umidade afetaram os ajustes plásticos da tolerância ao calor dentro e entre os dias, mas com diferenças entre espécies. Nossos resultados revelam que mudanças plásticas na tolerância ao calor ocorrem rapidamente em uma escala diária e que fatores ambientais em uma escala de tempo relativamente curta são importantes impulsionadores da variação observada na tolerância térmica. Ignorar tais processos fisiológicos em escala fina em modelos de distribuição pode obscurecer conclusões sobre mudanças na distribuição das espécies com as mudanças climáticas globais. Este artigo é parte da edição temática 'Distribuição das espécies diante de ambientes em mudança (parte 1)'. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Into the wild - a field study on the evolutionary and ecological importance of thermal plasticity in ectotherms across temperate and tropical regions: Understanding how environmental factors affect the thermal tolerance of species is crucial for predicting the impact of thermal stress on species abundance and distribution. To date, species' responses to thermal stress are typically assessed on laboratory-reared individuals and using coarse, low-resolution, climate data that may not reflect microhabitat dynamics at a relevant scale. Here, we examine the daily temporal variation in heat tolerance in a range of species in their natural environments across temperate and tropical Australia. Individuals were collected in their habitats throughout the day and tested for heat tolerance immediately thereafter, while local microclimates were recorded at the collection sites. We found high levels of plasticity in heat tolerance across all the tested species. Both short- and long-term variability of temperature and humidity affected plastic adjustments of heat tolerance within and across days, but with species differences. Our results reveal that plastic changes in heat tolerance occur rapidly at a daily scale and that environmental factors on a relatively short timescale are important drivers of the observed variation in thermal tolerance. Ignoring such fine-scale physiological processes in distribution models might obscure conclusions about species' range shifts with global climate change. This article is part of the theme issue 'Species' ranges in the face of changing environments (part 1)'. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Mudanças globais nas temperaturas da superfície do solo estão alterando as abundâncias e distribuições geográficas de espécies de invertebrados em todo o mundo, incluindo efeitos sobre microartrópodes do solo como os colêmbolos (Collembola), que são vitais para manter a saúde do solo e fornecer serviços ecossistêmicos. Estudos dos limites de tolerância térmica em invertebrados do solo têm o potencial de fornecer informações sobre respostas demográficas às mudanças climáticas e orientar avaliações de possíveis impactos na estrutura e funcionamento dos ecossistemas. Aqui, revisamos o estado do conhecimento dos limites de tolerância térmica em Collembola. As métricas de tolerância térmica se diversificaram ao longo do tempo, o que deve ser considerado ao realizar estudos comparativos em larga escala. Uma tendência temporal mostra que a estimativa dos 'Limites Térmicos Críticos' (CTL) está se tornando mais comum do que investigações do 'Ponto de Super-resfriamento' (SCP), apesar deste último ser a métrica mais amplamente utilizada. De fato, a maioria dos estudos (66%) em Collembola tem focado na tolerância ao frio; menos estudos avaliaram a tolerância ao calor. A maioria dos dados de tolerância térmica são de regiões temperadas e polares, com menos avaliações de latitudes tropicais e subtropicais. Enquanto a forma de vida hemiedáfica representa a maioria dos registros em baixas latitudes, grupos euedáficos e epedáficos permanecem amplamente não amostrados nessas regiões em comparação com a situação em regiões temperadas e de alta latitude, onde os registros de amostragem mostram uma distribuição mais equilibrada entre as diferentes formas de vida. A maioria dos dados de CTL são obtidos durante o período mais quente do ano, enquanto SCP e 'Temperatura Letal' (LT) mostram mais variação em termos da estação do ano em que os dados foram coletados. Concluímos que mais atenção deve ser dada às regiões zoogeográficas subestudadas nos trópicos, bem como a certos clados menos estudados como a família Neanuridae, para identificar o papel dos limites de tolerância térmica na redistribuição de espécies sob climas em mudança. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Half a century of thermal tolerance studies in springtails (Collembola): A review of metrics, spatial and temporal trends: Global changes in soil surface temperatures are altering the abundances and distribution ranges of invertebrate species worldwide, including effects on soil microarthropods such as springtails (Collembola), which are vital for maintaining soil health and providing ecosystem services. Studies of thermal tolerance limits in soil invertebrates have the potential to provide information on demographic responses to climate change and guide assessments of possible impacts on the structure and functioning of ecosystems. Here, we review the state of knowledge of thermal tolerance limits in Collembola. Thermal tolerance metrics have diversified over time, which should be taken into account when conducting large-scale comparative studies. A temporal trend shows that the estimation of ‘Critical Thermal Limits’ (CTL) is becoming more common than investigations of ‘Supercooling Point’ (SCP), despite the latter being the most widely used metric. Indeed, most studies (66%) in Collembola have focused on cold tolerance; fewer have assessed heat tolerance. The majority of thermal tolerance data are from temperate and polar regions, with fewer assessments from tropical and subtropical latitudes. While the hemiedaphic life form represents the majority of records at low latitudes, euedaphic and epedaphic groups remain largely unsampled in these regions compared to the situation in temperate and high latitude regions, where sampling records show a more balanced distribution among the different life forms. Most CTL data are obtained during the warmest period of the year, whereas SCP and ‘Lethal Temperature’ (LT) show more variation in terms of the season when the data were collected. We conclude that more attention should be given to understudied zoogeographical regions across the tropics, as well as certain less-studied clades such as the family Neanuridae, to identify the role of thermal tolerance limits in the redistribution of species under changing climates. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Espécies de peixes marinhos com ciclos de vida complexos passam por mudanças ontogenéticas em seus requisitos fisiológicos e de habitat. Portanto, prever como o aquecimento das condições oceânicas provavelmente impactará as populações de peixes requer análises específicas por tamanho (idade) e habitat. Determinamos a exposição do habitat e o escopo de adaptabilidade de 4 espécies de linguados orientais à plataforma no Mar de Bering ao aquecimento projetado pelas mudanças climáticas. Quantificamos a exposição do habitat atual e do final do século com base em retrospetivas e projeções de modelos regionais de circulação oceânica e quantificamos a adaptabilidade dos peixes com base em mudanças na distribuição de profundidade e a partir de tolerâncias térmicas publicadas do linguado-de-pedra-nortenho Lepidopsetta polyxystra, linguado-de-barbatana-amarela Limanda aspera, solha-do-Alasca Pleuronectes quadrituberculatus e solha-de-cabeça-chata Hippoglossoides elassodon. Estas 4 espécies completam seu ciclo de vida dentro da plataforma do Mar de Bering, mas têm diferentes preferências de profundidade e tolerâncias térmicas ao longo da ontogenia. Descobrimos que espécies ou faixas de tamanho que ocupam a plataforma interna, como o linguado-de-pedra-nortenho, linguado-de-barbatana-amarela e solha-do-Alasca, estão expostas a maior variabilidade sazonal em comparação com espécies da plataforma externa. Embora estas espécies da plataforma interna provavelmente estejam adaptadas a grandes mudanças sazonais de temperatura, a faixa futura de variabilidade sazonal foi projetada para exceder suas tolerâncias térmicas. Portanto, esperamos que espécies que residem no litoral durante parte de seu ciclo de vida e tenham alta sensibilidade à temperatura e mobilidade limitada sejam particularmente vulneráveis às mudanças climáticas. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Greater exposure of nearshore habitats in the Bering Sea makes fish early life stages vulnerable to climate change: Marine fish species with complex life cycles undergo ontogenetic changes in their physiological and habitat requirements. Therefore, predicting how warming ocean conditions are likely to impact fish populations requires size-(age-) and habitat-specific analyses. We determined the habitat exposure and scope of adaptability of 4 shelf-oriented flatfish species in the Bering Sea to projected climate-driven warming. We quantified present day and end-of-century habitat ex - posure based on hindcasts and forecasts of regional ocean circulation models and quantified fish adaptability based on changes in depth distribution and from published thermal tolerances of northern rock sole Lepidopsetta polyxystra, yellowfin sole Limanda aspera, Alaska plaice Pleuro - nectes quadrituberculatus, and flathead sole Hippoglossoides elassodon. These 4 species complete their life cycle within the Bering Sea shelf but have different depth preferences and thermal tolerances throughout ontogeny. We found that species or size ranges that occupy the inner shelf, such as northern rock sole, yellowfin sole, and Alaska plaice, are exposed to higher seasonal variability compared to outer shelf species. While these inner shelf species are likely adapted to large seasonal changes in temperature, the future range of seasonal variability was projected to exceed their thermal tolerances. Therefore, we expect species that reside inshore during part of their life cycle and have high temperature sensitivity and limited mobility to be particularly vulnerable to climate change. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Espera-se que os polinizadores tropicais experimentem efeitos substanciais devido às mudanças climáticas, mas aspectos de sua biologia térmica permanecem amplamente desconhecidos. Investigamos a tolerância térmica de abelhas produtoras de mel sem ferrão, o grupo de polinizadores tropicais mais importante ecológica, econômica e culturalmente. Avaliamos mudanças nos limites térmicos críticos inferior (CT<inf>Min</inf>) e superior (CT<inf>Max</inf>) de 17 espécies (12 gêneros) em duas altitudes (200 e 1500 m) nos Andes colombianos. Além disso, examinamos a influência do tamanho corporal (distância intertegular, ITD), pilosidade (comprimento dos pelos torácicos) e coloração (valor de claridade) na tolerância térmica das abelhas. Como os criadores de abelhas sem ferrão frequentemente realocam suas colônias ao longo do gradiente altitudinal, como uma tentativa inicial de explorar potenciais respostas sociais à variabilidade climática, também monitoramos por várias semanas a temperatura e umidade da cria em ninhos de três espécies em ambas as altitudes. Descobrimos que o CT<inf>Min</inf> diminuiu com a altitude enquanto o CT<inf>Max</inf> foi semelhante entre as altitudes. CT<inf>Min</inf> e CT<inf>Max</inf> aumentaram (baixa tolerância ao frio e alta tolerância ao calor) com o aumento do ITD, comprimento dos pelos e valor de claridade, mas essas relações foram fracas e explicaram no máximo 10% da variância. Nem CT<inf>Min</inf> nem CT<inf>Max</inf> exibiram sinal filogenético significativo. A temperatura do ninho da cria acompanhou mais de perto as variações diurnas ambientais no local de baixa altitude, mas foi constante e mais alta no local de alta altitude. Em contraste, a umidade do ninho da cria foi uniforme ao longo do dia, independentemente da altitude. A resposta mais forte no CT<inf>Min</inf>, e um CT<inf>Max</inf> semelhante entre as altitudes, segue um padrão de variação documentado em uma ampla gama de táxons que é comumente conhecido como hipótese da invariância ao calor de Brett. Nossos resultados indicam sensibilidades térmicas diferenciais e potenciais adaptações térmicas ao clima local, que apoiam políticas de conservação em andamento para restringir as realocações de longa distância de colônias. Eles também lançam luz sobre como a termorregulação do ninho pode ser maleável entre diferentes altitudes. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Neotropical stingless bees display a strong response in cold tolerance with changes in elevation: Tropical pollinators are expected to experience substantial effects due to climate change, but aspects of their thermal biology remain largely unknown. We investigated the thermal tolerance of stingless honey-making bees, the most ecologically, economically and culturally important group of tropical pollinators. We assessed changes in the lower (CT<inf>Min</inf>) and upper (CT<inf>Max</inf>) critical thermal limits of 17 species (12 genera) at two elevations (200 and 1500 m) in the Colombian Andes. In addition, we examined the influence of body size (intertegular distance, ITD), hairiness (thoracic hair length) and coloration (lightness value) on bees’ thermal tolerance. Because stingless beekeepers often relocate their colonies across the altitudinal gradient, as an initial attempt to explore potential social responses to climatic variability, we also tracked for several weeks brood temperature and humidity in nests of three species at both elevations. We found that CT<inf>Min</inf> decreased with elevation while CT<inf>Max</inf> was similar between elevations. CT<inf>Min</inf> and CT<inf>Max</inf> increased (low cold tolerance and high heat tolerance) with increasing ITD, hair length and lightness value, but these relationships were weak and explained at most 10% of the variance. Neither CT<inf>Min</inf> nor CT<inf>Max</inf> displayed significant phylogenetic signal. Brood nest temperature tracked ambient diel variations more closely in the low-elevation site, but it was constant and higher at the high-elevation site. In contrast, brood nest humidity was uniform throughout the day regardless of elevation. The stronger response in CT<inf>Min</inf>, and a similar CT<inf>Max</inf> between elevations, follows a pattern of variation documented across a wide range of taxa that is commonly known as the Brett’s heat-invariant hypothesis. Our results indicate differential thermal sensitivities and potential thermal adaptations to local climate, which support ongoing conservation policies to restrict the long-distance relocations of colonies. They also shed light on how malleable nest thermoregulation can be across elevations. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura ambiental é um fator importante que restringe a dinâmica populacional de insetos. Devido ao atual aquecimento global, o interesse pelo impacto do estresse térmico em insetos tem crescido. A alta temperatura no verão é uma barreira chave para Bradysia odoriphaga (Diptera: Sciaridae), uma praga devastadora de vegetais na China. É bem conhecido que o endurecimento térmico moderado pode aumentar a termotolerância de muitos insetos, o que é benéfico para a adaptação ao estresse térmico ambiental. Para determinar se o endurecimento térmico era benéfico para B. odoriphaga se adaptar às altas temperaturas do verão, estudamos o desempenho biológico, respostas antioxidantes e expressão de hsp70 e hsp90 de larvas do 4º instar e adultos de B. odoriphaga após pré-exposição a temperaturas moderadas de endurecimento térmico (30–36°C). O endurecimento térmico moderado (32–36°C) aumentou a tolerância térmica larval ao estresse térmico extremo. No entanto, os parâmetros de vida foram significativamente inibidos, o desenvolvimento foi atrasado, a longevidade foi encurtada e a fecundidade foi diminuída. O endurecimento térmico moderado (30–34°C) causou sérios efeitos adversos nos parâmetros de vida e menor aumento da resistência ao calor para larvas do 4º instar. O endurecimento térmico moderado a 36°C enfraqueceu a tolerância ao calor dos adultos. A atividade de quatro enzimas antioxidantes em B. odoriphaga mudou drasticamente após o endurecimento térmico a 32–36°C. Durante a recuperação a 25°C, catalase (CAT), peroxidase (POD) e glutationa-S-transferase (GST) nas larvas testadas mantiveram atividades sucessivamente mais altas após o endurecimento térmico. Simultaneamente, os níveis de expressão de hsp70 e hsp90 aumentaram significativamente após o endurecimento térmico. Níveis mais altos de expressão também foram detectados em larvas, pupas e adultos após 48 horas de recuperação a 25°C. No geral, o endurecimento térmico moderado desempenhou um papel importante na plasticidade da tolerância ao calor das larvas de B. odoriphaga, e o sistema antioxidante e os genes hsp70 e hsp90 foram extremamente relevantes para este processo de adaptação. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of heat hardening on life parameters and thermostability of Bradysia odoriphaga larva and adults: Environmental temperature is an important factor restricting insect population dynamics. Due to the ongoing global warming, interest in the impact of heat stress on insects has grown. High temperature in summer is a key barrier for Bradysia odoriphaga (Diptera: Sciaridae), a devastating vegetable pest o in China. It is well known that moderate thermal hardening can enhance the thermotolerance of many insects, which is beneficial for adaptation to environmental thermal stress. In order to determine whether heat hardening was beneficial for B. odoriphaga to adapt to high summer temperatures, we studied the biological performance, antioxidant responses and hsp70 and hsp90 expression of B. odoriphaga 4th instar larvae and adults after pre-exposure to mild heat hardening temperatures (30–36°C). Mild heat hardening (32–36°C) enhanced the larval thermal tolerance to extreme heat stress. However, life parameters were significantly inhibited, development was delayed, longevity was shortened, and fecundity was decreased. Mild heat hardening (30–34°C) caused serious adverse effects on life parameters and less enhancement of heat resistance for 4th instar larvae. Mild heat hardening at 36°C weakened the heat tolerance of adults. The activity of four antioxidant enzymes in B. odoriphaga changed dramatically after heat hardening at 32–36°C. During recovery at 25°C, catalase (CAT), peroxidase (POD) and glutathione-S-transferase (GST) in tested larvae maintained successive higher activities after heat hardening. Simultaneously, the expression levels of hsp70 and hsp90 increased significantly after thermal hardening. Higher expression levels were also detected in larvae, pupae and adults after 48 hr recovery at 25°C. Overall, mild heat hardening played an important role in heat tolerance plasticity of B. odoriphaga larvae, and the antioxidant system and hsp70 and hsp90 genes were extremely relevant to this adaptation process. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Prevê-se que futuras mudanças climáticas não apenas aumentarão as temperaturas globais, mas também alterarão a variação temporal na temperatura. Como as tolerâncias térmicas formam um componente importante do nicho de uma espécie, mudanças no regime de temperatura têm a capacidade de impactar negativamente as espécies e, portanto, a diversidade das comunidades que habitam. Neste estudo, utilizamos microcosmos de protistas para avaliar como a temperatura média, bem como a variação temporal na temperatura, afetaram a diversidade. As comunidades consistiam em sete espécies em uma rede alimentar multitrófica. Cada ecossistema foi inoculado com as mesmas abundâncias de cada espécie no início do experimento, e as densidades das espécies, números de Hill (baseados na diversidade de Shannon), o número de extinções e a probabilidade de o microcosmo conter predadores foram todos calculados ao final do experimento. Para avaliar como a temperatura média e as flutuações de temperatura afetam a estabilidade, também medimos as densidades populacionais ao longo do tempo. Descobrimos que o aumento da variação temporal na temperatura aumentou as densidades finais, aumentou os números de Hill (em temperaturas médias baixas), diminuiu as taxas de extinção e aumentou a probabilidade de os predadores sobreviverem até o final do experimento. As temperaturas médias não afetaram significativamente nem o número de extinções nem a probabilidade de predadores, mas reduziram o efeito positivo do aumento da variação temporal na temperatura sobre a diversidade geral. Nossos resultados indicam que as mudanças climáticas têm o potencial de impactar a composição das comunidades ecológicas, alterando múltiplos componentes dos regimes de temperatura. No entanto, dado que algumas previsões climáticas estão prevendo o aumento das temperaturas médias e a redução da variabilidade, nossa descoberta de que o aumento da temperatura média e a redução da variação temporal estão geralmente associados a consequências negativas é um tanto preocupante. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Contributions of mean temperature and temperature variation to population stability and community diversity: Future climate changes are predicted to not only increase global temperatures but also alter temporal variation in temperature. As thermal tolerances form an important component of a species’ niche, changes to the temperature regime have the capacity to negatively impact species, and therefore, the diversity of the communities they inhabit. In this study, we used protist microcosms to assess how mean temperature, as well as temporal variation in temperature, affected diversity. Communities consisted of seven species in a multitrophic food web. Each ecosystem was inoculated with the same abundances of each species at the start of the experiment, and species densities, Hill's numbers (based on Shannon diversity), the number of extinctions, and the probability the microcosm contained predators were all calculated at the end of the experiment. To assess how mean temperature and temperature fluctuations affect stability, we also measured population densities through time. We found that increased temporal variation in temperature increased final densities, increased Hill's numbers (at low mean temperatures), decreased rates of extinctions, and increased the probability that predators survived till the end of the experiment. Mean temperatures did not significantly affect either the number of extinctions or the probability of predators, but did reduce the positive effect of increased temporal variation in temperature on overall diversity. Our results indicate that climatic changes have the potential to impact the composition of ecological communities by altering multiple components of temperature regimes. However, given that some climate forecasts are predicting increased mean temperatures and reduced variability, our finding that increased mean temperature and reduced temporal variation are both generally associated with negative consequences is somewhat concerning. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Pequenas diferenças nas respostas fisiológicas são conhecidas por influenciar taxas demográficas como a sobrevivência. Testamos diferenças nas respostas de aclimatação fisiológica de duas espécies de salamandras próximas que frequentemente coexistem, Ambystoma maculatum e A. opacum. Especificamente, medimos mudanças na temperatura crítica máxima (CT<inf>max</inf>), taxas metabólicas padrão (SMRs) e perda de água da área de superfície respiratória (RSAWL) após exposição a três tratamentos de temperatura em condições laboratoriais. Embora a magnitude das respostas de aclimatação de RSAWL e CT<inf>max</inf> ao aquecimento não tenha diferido entre as espécies estudadas, a SMR foi mantida através das temperaturas de aclimatação entre A. maculatum, mas declinou entre A. opacum aclimatadas a temperaturas mais quentes. A compensação metabólica pode facilitar a manutenção dos níveis de atividade de A. maculatum durante períodos quentes após a estação reprodutiva relativamente fria da primavera. Em contraste, a supressão metabólica pode permitir que A. opacum conserve energia quando exposta a condições de superfície durante a reprodução de outono e guarda do ninho. Simulamos como essas diferentes respostas de SMR provavelmente alterariam a sobrevivência pós-metamórfica em nossas espécies de estudo usando dados previamente coletados representando seis semanas sob condições seminaturais relativamente quentes. Nossa simulação indicou que, após o aquecimento e sob condições de estudo idênticas, a compensação metabólica pode permitir que juvenis de A. maculatum mantenham probabilidades de sobrevivência, enquanto a depressão metabólica pode fazer com que juvenis de A. opacum experimentem maior sobrevivência. Esses achados reforçam que respostas fisiológicas comparáveis entre espécies ecologicamente similares e simpátricas não podem ser presumidas. Além disso, os resultados deste estudo sugerem que respostas metabólicas podem desempenhar um papel importante na persistência de espécies de anfíbios conforme as temperaturas aumentam devido à modificação do habitat e mudanças climáticas. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Divergent physiological acclimation responses to warming between two co-occurring salamander species and implications for terrestrial survival: Small differences in physiological responses are known to influence demographic rates such as survival. We tested for differences in the physiological acclimation responses of two closely-related salamander species that often co-occur, Ambystoma maculatum and A. opacum. Specifically, we measured changes in critical thermal maxima (CT<inf>max</inf>), standard metabolic rates (SMRs), and respiratory surface area water loss (RSAWL) following exposure to three temperature treatments under laboratory conditions. While the magnitude of RSAWL and CT<inf>max</inf> acclimation responses to warming did not differ between the study species, SMR was maintained across acclimation temperatures among A. maculatum, but declined among A. opacum acclimated to warmer temperatures. Metabolic compensation may facilitate maintained A. maculatum activity levels during warm periods following the relatively cool spring breeding season. In contrast, metabolic suppression may allow A. opacum to conserve energy when exposed to surface conditions during fall breeding and nest guarding. We simulated how these different SMR responses would likely alter post-metamorphic survival in our study species using previously collected data representing six weeks under relatively warm seminatural conditions. Our simulation indicated that, following warming and under identical study conditions, metabolic compensation may allow juvenile A. maculatum to maintain survival likelihoods, whereas metabolic depression may cause juvenile A. opacum to experience increased survivorship. These findings underscore that comparable physiological responses among ecologically similar, sympatric species cannot be assumed. Further, results of this study suggest that metabolic responses may play an important role in amphibian species persistence as temperatures increase due to habitat modification and climate change. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Embora essencial para compreender os impactos das mudanças climáticas nos organismos, a variação circadiana permanece um componente subestudado da variação temporal nos limites de tolerância térmica [ou seja, o mínimo térmico crítico (CTmin) e o máximo térmico crítico (CTmax)]. Por exemplo, um CTmax mais alto poderia ser esperado para um indivíduo se a medição for realizada durante o dia (quando o estresse térmico é mais provável de ocorrer) em vez de à noite. Medimos a tolerância térmica (CTmin e CTmax) durante o dia e à noite em 101 lagartixas e escincídeos noturnos e diurnos em Hong Kong e na África do Sul, representando seis espécies e abrangendo uma variedade de habitats. Descobrimos que o período de medição (dia vs. noite) apenas afetou o CTmin na África do Sul (mas não em Hong Kong) e que o CTmax não foi afetado. O tamanho corporal e a espécie foram fatores importantes para determinar o CTmax em Hong Kong e o CTmin na África do Sul, respectivamente. No geral, entretanto, não encontramos variação circadiana consistente da tolerância térmica e sugerimos que as medições dos limites térmicos críticos podem ser influenciadas pelo momento da medição - mas que tais efeitos, quando presentes, provavelmente são dependentes do contexto. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

No consistent effect of daytime versus night-time measurement of thermal tolerance in nocturnal and diurnal lizards: While essential in understanding impacts of climate change for organisms, diel variation remains an understudied component of temporal variation in thermal tolerance limits [i.e. the critical thermal minimum (CTmin) and maximum (CTmax)]. For example, a higher Ctmax might be expected for an individual if the measurement is taken during the day (when heat stress is most likely to occur) instead of at night. We measured thermal tolerance (Ctmin and Ctmax) during both the daytime and night-time in 101 nocturnal and diurnal geckos and skinks in Hong Kong and in South Africa, representing six species and covering a range of habitats. We found that period of measurement (day vs. night) only affected Ctmin in South Africa (but not in Hong Kong) and that Ctmax was unaffected. Body size and species were important factors for determining Ctmax in Hong Kong and Ctmin in South Africa, respectively. Overall, however, we did not find consistent diel variation of thermal tolerance and suggest that measurements of critical thermal limits may be influenced by timing of measurement - but that such effects, when present, are likely to be context-dependent. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Este estudo utiliza as temperaturas da superfície do nível 2 coleção 2 dos Landsat 5, 7 e 8 para examinar as condições de adequação do habitat no período de 1985–2019, em relação à tolerância térmica do endêmico e ameaçado peixe delta smelt (Hypomesus transpacificus) e duas espécies de peixes não nativos, o achigã (Micropterus salmoides) e o peixe-prata do Mississippi (Menidia beryllina) no alto Estuário de São Francisco. Este produto foi validado usando dados de radiômetro térmico coletados de 2008 a 2019 em um local de validação numa plataforma no Mar Salton (RMSE = 0,78 °C, r = 0,99, R² = 0,99, p < 0,01 e n = 237). O habitat termicamente inadequado, indicado pelas temperaturas máximas anuais da superfície da água que excedem as temperaturas máximas críticas para cada espécie, aumentou 1,5 km² por ano para o delta smelt com uma relação inversa ao índice de abundância do delta smelt do Departamento de Pesca e Vida Selvagem da Califórnia (r = −0,44, R² = 0,2, p < 0,01). A regressão quantílica e de Theil–Sen mostrou que o delta smelt é incapaz de prosperar quando o habitat termicamente inadequado excede 107 km². Um habitat inadequado para o delta smelt, mas sobrevivível para os não nativos, está se expandindo a 0,82 km² por ano. O aquecimento das águas no Estuário de São Francisco está reduzindo o habitat disponível para o delta smelt. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Decline in Thermal Habitat Conditions for the Endangered Delta Smelt as Seen from Landsat Satellites (1985–2019): This study uses Landsat 5, 7, and 8 level 2 collection 2 surface temperature to examine habitat suitability conditions spanning 1985–2019, relative to the thermal tolerance of the endemic and endangered delta smelt (Hypomesus transpacificus) and two non-native fish, the largemouth bass (Micropterus salmoides) and Mississippi silverside (Menidia beryllina) in the upper San Francisco Estuary. This product was validated using thermal radiometer data collected from 2008 to 2019 from a validation site on a platform in the Salton Sea (RMSE = 0.78 °C, r = 0.99, R2 = 0.99, p < 0.01, and n = 237). Thermally unsuitable habitat, indicated by annual maximum water surface temperatures exceeding critical thermal maximum temperatures for each species, increased by 1.5 km2 yr–1 for the delta smelt with an inverse relationship to the delta smelt abundance index from the California Department of Fish and Wildlife (r = −0.44, R2 = 0.2, p < 0.01). Quantile and Theil–Sen regression showed that the delta smelt are unable to thrive when the thermally unsuitable habitat exceeds 107 km2. A habitat unsuitable for the delta smelt but survivable for the non-natives is expanding by 0.82 km2 yr–1. Warming waters in the San Francisco Estuary are reducing the available habitat for the delta smelt. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

À medida que as temperaturas globais mudam devido a impactos antropogênicos, espera-se que as temperaturas sazonais em ecossistemas aquáticos rasos aumentem. Estudos anteriores sobre peixes de água doce que experimentam mudanças significativas de temperatura durante as estações anuais encontraram reestruturação fisiológica pronunciada não observada em animais que habitam ambientes mais termicamente estáveis. Estudos que avaliam a bioenergética mitocondrial em peixes são frequentemente realizados em animais aclimatados a temperaturas constantes em laboratório. No entanto, habitats naturais são muito mais complexos. Peixes podem experimentar variação substancial diária e sazonal na temperatura, requisitos energéticos e disponibilidade de recursos, que são impossíveis de emular em estudos de aclimatação. Nosso estudo explora os efeitos desses ambientes naturais mais complexos na tolerância térmica do organismo inteiro e na bioenergética mitocondrial no peixe-sol de orelha azul (Lepomis macrochirus), um peixe nativo da zona temperada da América do Norte. Mecanismos compensatórios e variações nos limiares fisiológicos foram observados em espécimes aclimatados ao outono em comparação com espécimes aclimatados às estações de primavera e verão. Índices somáticos, como pesos relativos e índices hepatossomáticos, mostraram diferenças significativas entre as estações e os máximos térmicos críticos diminuíram significativamente nos espécimes aclimatados ao frio. Mitocôndrias hepáticas de L. macrochirus também mostraram condutância de prótons desacoplada significativamente maior, atividade da citocromo c oxidase (COX) e razões de controle respiratório reduzidas em indivíduos amostrados na estação mais fria. Esses achados sugerem que mecanismos que regulam a condutância de prótons e a atividade da COX modulam a função mitocondrial entre as estações para sustentar a aptidão fisiológica em ectotérmicos que habitam habitats aquáticos rasos e interiores. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Seasonal changes in mitochondrial bioenergetics and physiological performance of the bluegill sunfish, Lepomis macrochirus, from a shallow, Midwest river: As global temperature shifts due to anthropogenic impacts, seasonal temperatures in shallow aquatic ecosystems are expected to increase. Previous studies on freshwater fishes that experience significant temperature changes during the annual seasons found pronounced physiological restructuring not observed in animals inhabiting more thermally stable environments. Studies evaluating mitochondrial bioenergetics in fish are often performed on animals acclimated to constant temperatures in the laboratory. However, natural habitats are much more complex. Fishes may experience substantial daily and seasonal variation in temperature, energy requirements and resource availability, which are impossible to emulate on acclimation studies. Our study explores the effects of these more complex natural environments on whole-organism thermal tolerance and mitochondrial bioenergetics in bluegill sunfish (Lepomis macrochirus), a native fish to the temperate zone of North America. Compensatory mechanisms and variations in physiological thresholds were observed in specimens acclimatized to the fall season compared to specimens acclimatized to spring and summer seasons. Somatic indices, such as relative weights and hepatosomatic indices, showed significant differences across seasons and critical thermal maxima significantly decreased in the cold acclimatized specimens. Liver mitochondria from L. macrochirus also showed significantly higher uncoupled proton conductance, cytochrome c oxidase (COX) activity, and reduced respiratory control ratios in individuals sampled in the colder season. These findings suggest that mechanisms regulating proton conductance and COX activity modulate mitochondrial function across seasons to sustain physiological fitness in ectotherms inhabiting shallow, inland aquatic habitats. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O metabolismo das pradarias de ervas marinhas tem sido medido há décadas para obter insights sobre a energia do ecossistema, produção de biomassa, dinâmica da teia alimentar e, mais recentemente, para informar seu potencial em amenizar a acidificação oceânica (AO). Este extenso corpo de literatura pode ser usado para inferir tendências e direcionadores do metabolismo das pradarias de ervas marinhas. Aqui, sintetizamos os resultados de 56 estudos que relatam taxas in situ de produtividade primária bruta, respiração e/ou produtividade líquida da comunidade de ervas marinhas para destacar a variabilidade espacial e temporal nos fluxos de oxigênio (O2). Ilustramos que a produção líquida da comunidade diurna (NCP) é positiva no geral e similar entre estações e geografias. As taxas de NCP de dia completo, que ilustram o efeito cumulativo potencial dos bancos de ervas marinhas na biogeoquímica da água do mar integrado ao longo do dia e noite, também foram positivas no geral, mas foram maiores nos meses de verão em ecossistemas tropicais e temperados. Embora nossas análises sugiram que as pradarias de ervas marinhas são geralmente autotróficas, os efeitos no oxigênio da água do mar são relativamente pequenos em magnitude. Também encontramos correlações positivas entre produção primária bruta e temperatura, embora este efeito possa variar entre geografias temperadas e tropicais e possa mudar sob futuros cenários climáticos se as ervas marinhas se aproximarem dos limites de tolerância térmica. Além disso, ilustramos que períodos quando a NCP de dia completo é mais alta podem estar associados com menor O2 noturno e maior variabilidade diurna no O2 da água do mar. Estes resultados podem servir como estimativas de primeira ordem de quando e onde a amenização da AO por ervas marinhas pode ser provável. No entanto, o entendimento aprimorado das variações nas razões NCPDIC:NCPO2 e o aumento do trabalho medindo diretamente alterações metabolicamente direcionadas no pH da água do mar informarão ainda mais o potencial das pradarias de ervas marinhas para servir neste contexto. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Reviews and syntheses: Spatial and temporal patterns in seagrass metabolic fluxes: Seagrass meadow metabolism has been measured for decades to gain insight into ecosystem energy, biomass production, food web dynamics, and, more recently, to inform its potential in ameliorating ocean acidification (OA). This extensive body of literature can be used to infer trends and drivers of seagrass meadow metabolism. Here, we synthesize the results from 56 studies reporting in situ rates of seagrass gross primary productivity, respiration, and/or net community productivity to highlight spatial and temporal variability in oxygen (O2) fluxes. We illustrate that daytime net community production (NCP) is positive overall and similar across seasons and geographies. Full-day NCP rates, which illustrate the potential cumulative effect of seagrass beds on seawater biogeochemistry integrated over day and night, were also positive overall but were higher in summer months in both tropical and temperate ecosystems. Although our analyses suggest seagrass meadows are generally autotrophic, the effects on seawater oxygen are relatively small in magnitude. We also find positive correlations between gross primary production and temperature, although this effect may vary between temperate and tropical geographies and may change under future climate scenarios if seagrasses approach thermal tolerance thresholds. In addition, we illustrate that periods when full-day NCP is highest could be associated with lower nighttime O2 and increased diurnal variability in seawater O2. These results can serve as first-order estimates of when and where OA amelioration by seagrasses may be likely. However, improved understanding of variations in NCPDIC:NCPO2 ratios and increased work directly measuring metabolically driven alterations in seawater pH will further inform the potential for seagrass meadows to serve in this context. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os recifes de coral estão restritos a águas quentes, mas estão cada vez mais ameaçados pelo branqueamento de corais induzido por temperaturas elevadas sustentadas da superfície do mar. Propôs-se que a resiliência térmica dos endossimbiontes de coral depende, pelo menos em parte, da composição lipídica de suas membranas tilacoidais, que influencia o desempenho fotossintético em condições térmicas subótimas e supraótimas em organismos fotossintéticos. Simbiontes dinoflagelados de recifes de coral de alta latitude experimentam grandes mudanças sazonais de temperatura, exigindo uma ampla faixa de tolerância térmica, e portanto as respostas térmicas de seus lipídios de membrana são de particular interesse. Usando cromatografia gasosa-espectrometria de massa, investigamos a composição e resposta ao estresse por temperatura alta e baixa dos ácidos graxos tilacoidais de simbiontes dinoflagelados isolados de corais da Ilha de Lord Howe, o recife de coral mais meridional do mundo. Detectamos diferenças genótipo-específicas na qualidade dos ácidos graxos tilacoidais de dois consórcios/genótipos Cladocopium ITS2, C100/118 e C111*, simbiontes locais comuns dos corais Pocillopora damicornis e Porites heronensis. A capacidade de ajustar a composição de ácidos graxos tilacoidais em resposta à temperatura diferiu entre distintos genótipos de Cladocopium, e entre o mesmo consórcio Cladocopium (C100/118) na mesma espécie de coral de diferentes localizações. Os ajustes de ácidos graxos foram altamente semelhantes em resposta a estresses de frio e calor de curto prazo, com aumentos substanciais em ácidos graxos poli-insaturados de cadeia longa e um aumento correspondente na razão de ácidos graxos insaturados para saturados, mas essas mudanças não se correlacionaram com o rendimento quântico do fotossistema II. A resposta da composição de ácidos graxos tilacoidais a mudanças de temperatura foi uma função do genótipo do simbionte, espécie de coral hospedeiro e, potencialmente, histórico ambiental. Nossos dados sugerem a existência de respostas comuns a estresses de temperatura alta e baixa e que a saturação de ácidos graxos tilacoidais é um preditor não confiável da eficiência do fotossistema sob estresse térmico em simbiontes dinoflagelados. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thylakoid fatty acid composition and response to short-term cold and heat stress in high-latitude Symbiodiniaceae: Coral reefs are restricted to warm waters, but are increasingly threatened by coral bleaching induced by sustained high sea surface temperatures. Coral endosymbiont thermal resilience has been proposed to depend, at least in part, on the lipid composition of their thylakoid membranes, which influences photosynthetic performance under sub- and super-optimal thermal conditions in photosynthetic organisms. Dinoflagellate symbionts of high-latitude coral reefs experience large seasonal changes in temperature, requiring a wide range of thermal tolerance, and so the thermal responses of their membrane lipids are of particular interest. Using gas chromatography–mass spectrometry, we investigated the composition and response to high- and low-temperature stress of thylakoid fatty acids of dinoflagellate symbionts isolated from corals of Lord Howe Island, the world’s southernmost coral reef. We detected genotype-specific differences in the quality of thylakoid fatty acids of two Cladocopium ITS2 consortia/genotypes, C100/118 and C111*, common local symbionts of the corals Pocillopora damicornis and Porites heronensis. The capability to adjust thylakoid fatty acid composition in response to temperature differed between distinct Cladocopium genotypes, and between the same Cladocopium consortium (C100/118) in the same coral species from different locations. Fatty acid adjustments were highly similar in response to short-term cold and heat stresses, with substantial increases in long-chain polyunsaturated fatty acids and a corresponding increase in the ratio of unsaturated to saturated fatty acids, but these changes did not correlate with the quantum yield of photosystem II. The response of thylakoid fatty acid composition to changes in temperature was a function of symbiont genotype, coral host species and, potentially, environmental history. Our data suggest the existence of common responses to high- and low-temperature stresses and that thylakoid fatty acid saturation is an unreliable predictor of photosystem efficiency under thermal stress in dinoflagellate symbionts. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aquecimento dos oceanos desafia a resiliência dos organismos marinhos, especialmente para espécies que experimentam temperaturas próximas aos seus limites térmicos superiores. Um potencial aumento na tolerância térmica pode reduzir significativamente o risco de declínio populacional, que está intrinsecamente ligado à variabilidade das temperaturas locais do habitat. Nosso objetivo foi avaliar o potencial plástico e genético de resposta a temperaturas elevadas em um modelo de bivalve tropical, Pinctada margaritifera. Beneficiamo-nos de dois ecótipos para os quais as condições ambientais locais são caracterizadas por grandes variações diurnas nas poças de maré (arquipélago das Marquesas) ou baixa temperatura média com variações sazonais estáveis a moderadas (arquipélago de Gambier). Exploramos a base fisiológica das respostas individuais à temperatura elevada, divergência genética, bem como plasticidade e aclimatação, combinando abordagens lipidômicas e transcriptômicas. Mostramos que P. margaritifera tem certas capacidades de ajuste a temperaturas elevadas de longo prazo que foram até agora largamente subestimadas. A variação genética entre populações sobrepõe-se com a expressão gênica e envolve a maquinaria de respiração mitocondrial, um processo fisiológico central que contribui para a sensibilidade térmica das espécies e suas faixas de distribuição. Nossos resultados apresentam evidências de potencial de aclimatação em P. margaritifera e alertam para a necessidade de estudos de longo prazo para avaliar a resiliência das populações diante das mudanças climáticas. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Gene expression plasticity, genetic variation and fatty acid remodelling in divergent populations of a tropical bivalve species: Ocean warming challenges marine organisms' resilience, especially for species experiencing temperatures close to their upper thermal limits. A potential increase in thermal tolerance might significantly reduce the risk of population decline, which is intrinsically linked to variability in local habitat temperatures. Our goal was to assess the plastic and genetic potential of response to elevated temperatures in a tropical bivalve model, Pinctada margaritifera. We benefit from two ecotypes for which local environmental conditions are characterized by either large diurnal variations in the tide pools (Marquesas archipelago) or low mean temperature with stable to moderate seasonal variations (Gambier archipelago). We explored the physiological basis of individual responses to elevated temperature, genetic divergence as well as plasticity and acclimation by combining lipidomic and transcriptomic approaches. We show that P. margaritifera has certain capacities to adjust to long-term elevated temperatures that was thus far largely underestimated. Genetic variation across populations overlaps with gene expression and involves the mitochondrial respiration machinery, a central physiological process that contributes to species thermal sensitivity and their distribution ranges. Our results present evidence for acclimation potential in P. margaritifera and urge for longer term studies to assess populations resilience in the face of climate change. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A distribuição geográfica de organismos, como a espécie fundamental de alga Saccharina latissima, é principalmente impulsionada pela temperatura. O aumento global da temperatura da superfície do mar e a intensificação das ondas de calor marinhas já resultaram na extinção local de populações de algas em todo o mundo. No presente estudo, investigamos a variação temporal na suscetibilidade térmica de S. latissima avaliando as respostas ao estresse de esporófitos coletados em campo em Helgoland (Mar do Norte alemão) em junho de 2018, agosto de 2018 e agosto de 2019 em cenários de ondas de calor. Analisamos sobrevivência, crescimento, rendimento quântico máximo do fotossistema II (F<inf>v</inf>/F<inf>m</inf>) e composição de pigmentos. A sobrevivência diminuiu com o aumento das temperaturas ambientais e experimentais. O crescimento revelou padrões sazonais, sendo maior em junho do que em agosto, enquanto F<inf>v</inf>/F<inf>m</inf> diminuiu com o aumento da temperatura, independentemente do tempo de amostragem. Encontramos um aumento na concentração de pigmentos de captação de luz e no estado de desepoxidação do ciclo das xantofilas com maior temperatura de tratamento. Este padrão foi ainda mais pronunciado em temperaturas ambientais mais altas antes do experimento (junho de 2018 < agosto de 2019 < agosto de 2018). Nossos resultados mostram que a tolerância térmica de S. latissima a ondas de calor no verão é significativamente afetada pelo histórico ambiental previamente vivenciado. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Seasonal and inter-annual variability in the heatwave tolerance of the kelp Saccharina latissima (Laminariales, Phaeophyceae): The geographical distribution of organisms, such as the foundation kelp species Saccharina latissima, is mainly driven by temperature. Globally increasing sea surface temperature and further intensification of marine heatwaves have already resulted in local extinction of kelp populations worldwide. In the present study, we investigated temporal variation in the thermal susceptibility of S. latissima by assessing stress responses of field sporophytes sampled from Helgoland (German Bight) in June 2018, August 2018 and August 2019 in heatwave scenarios. We analyzed survival, growth, maximum quantum yield of photosystem II (F<inf>v</inf>/F<inf>m</inf>) and pigment composition. Survival decreased with increasing environmental and experimental temperatures. Growth revealed seasonal patterns, being higher in June than in August, whereas F<inf>v</inf>/F<inf>m</inf> decreased with increasing temperature, independent of the sampling time. We found an increase in the concentration of light harvesting pigments and in the de-epoxidation state of the xanthophyll cycle with higher treatment temperature. This pattern was even more pronounced at higher environmental temperature prior to the experiment (June 2018 < August 2019 < August 2018). Our results show that the thermal tolerance of S. latissima towards heatwaves in summer is significantly affected by the environmental history it previously experienced. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Mudanças sazonais inferidas às alterações climáticas influenciam inevitavelmente a temperatura crítica máxima (CTmax) de peixes fluviais. Neste estudo, investigamos a CTmax como tolerância térmica para quatro peixes fluviais comuns, ou seja, Danio regina, Channa gachua, Rasbora caudimaculata e Mystacoleucus chilopterus, no sistema fluvial Kwae Noi no oeste da Tailândia. A tolerância térmica aguda foi menor na estação chuvosa (temperatura média do rio ∼25 °C) e maior na estação seca (temperatura média do rio ∼23 °C) com medianas de CTmax da estação chuvosa para esses quatro peixes de 35,3 ± 0,4; 36,2 ± 0,5; 37,3 ± 0,5 e 37,5 ± 0,6 °C, respectivamente, e valores altos de CTmax da estação seca de 37,4 ± 0,5; 38,3 ± 0,5; 38,7 ± 0,7 e 39,1 ± 0,5 °C, respectivamente. As variações de CTmax para todas as quatro espécies neste estudo, ao longo das estações chuvosa e seca, atribuem-se à sua plasticidade sazonal em resposta à dinâmica do estresse térmico. Sob variabilidade climática e mudanças climáticas com aumento das temperaturas mais altas do ar e do rio, e alteração do habitat, R. caudimaculata e M. chilopterus apresentaram maiores capacidades de tolerar o estresse térmico agudo através das estações chuvosa e seca. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Seasonal Changes in Upper Thermal Tolerances of Freshwater Thai Fishes: Seasonal change inferred to climate change inevitably influences Critical thermal maximum (CTmax) of riverine fishes. In this study, we investigated CTmax as thermal tolerance for four common riverine fishes, i.e., Danio regina, Channa gachua, Rasbora caudimaculata and Mystacoleucus chilopterus, in the Kwae Noi river system in western Thailand. The acute thermal tolerance was lower in the wet season (mean river temperature ∼25 °C) and higher in the dry season (mean river temperature ∼23 °C) with medians of wet season-CTmax for those four fishes of 35.3 ± 0.4, 36.2 ± 0.5, 37.3 ± 0.5 and 37.5 ± 0.6 °C, respectively, and high values of dry season-CTmax of 37.4 ± 0.5, 38.3 ± 0.5, 38.7 ± 0.7 and 39.1 ± 0.5 °C, respectively. The variations of CTmax for all of the four species in this study, throughout the wet and dry seasons, attribute to their seasonal plasticity in response to the dynamics of thermal stress. Under climate variability and climate change with increasing the higher temperatures of air and river, and altering the habitat, R. caudimaculata and M. chilopterus had higher capacities to tolerate the acute heat stress across wet and dry seasons. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Para prever os impactos potenciais das mudanças climáticas nos organismos marinhos, é fundamental entender como múltiplos estressores limitam a fisiologia e distribuição das espécies. Avaliamos os efeitos das mudanças sazonais na temperatura da água do mar e da acidificação oceânica futura próxima (AO) nas características organísmicas e sub-organísmicas associadas ao desempenho térmico de Eleginops maclovinus, uma espécie nototenoide subantártica com importância econômica para pescas esportivas e artesanais no sul da América do Sul. Juvenis foram expostos às temperaturas médias superficiais do mar de inverno e verão (4 e 10 °C) nos níveis atuais e futuros próximos de pCO₂ (~500 e 1800 μatm). Após um mês, o máximo e mínimo térmico crítico (CTmax, CTmin) dos peixes foram medidos usando a Metodologia Térmica Crítica e o escopo aeróbico dos peixes foi medido com base na diferença entre suas taxas máximas e padrão determinadas por respirometria de fluxo intermitente. A peroxidação lipídica e a capacidade antioxidante também foram quantificadas para estimar o dano oxidativo potencialmente causado aos tecidos branquiais e hepáticos. Embora CTmax e CTmin tenham sido maiores nos indivíduos aclimatados às temperaturas de verão versus inverno, o aumento no CTmax foi mínimo nos juvenis expostos aos níveis futuros próximos de pCO₂ em comparação com os níveis atuais (houve uma interação significativa entre temperatura e pCO₂ no CTmax). A redução na faixa de tolerância térmica sob temperaturas de verão e condições futuras próximas de AO foi associada a uma redução no escopo aeróbico observado no nível elevado de pCO₂. Além disso, uma condição de estresse oxidativo foi detectada nos tecidos branquiais e hepáticos. Assim, a exposição crônica à AO e às temperaturas atuais de verão impõe limites ao desempenho térmico de juvenis de E. maclovinus nos níveis organísmicos e sub-organísmicos, tornando esta espécie vulnerável ao aquecimento projetado pelas mudanças climáticas. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Ocean acidification and seasonal temperature extremes combine to impair the thermal physiology of a sub-Antarctic fish: To predict the potential impacts of climate change on marine organisms, it is critical to understand how multiple stressors constrain the physiology and distribution of species. We evaluated the effects of seasonal changes in seawater temperature and near-future ocean acidification (OA) on organismal and sub-organismal traits associated with the thermal performance of Eleginops maclovinus, a sub-Antarctic notothenioid species with economic importance to sport and artisanal fisheries in southern South America. Juveniles were exposed to mean winter and summer sea surface temperatures (4 and 10 °C) at present-day and near-future pCO<inf>2</inf> levels (~500 and 1800 μatm). After a month, the Critical Thermal maximum and minimum (CTmax, CTmin) of fish were measured using the Critical Thermal Methodology and the aerobic scope of fish was measured based on the difference between their maximal and standard rates determined from intermittent flow respirometry. Lipid peroxidation and the antioxidant capacity were also quantified to estimate the oxidative damage potentially caused to gill and liver tissue. Although CTmax and CTmin were higher in individuals acclimated to summer versus winter temperatures, the increase in CTmax was minimal in juveniles exposed to the near-future compared to present-day pCO<inf>2</inf> levels (there was a significant interaction between temperature and pCO<inf>2</inf> on CTmax). The reduction in the thermal tolerance range under summer temperatures and near-future OA conditions was associated with a reduction in the aerobic scope observed at the elevated pCO<inf>2</inf> level. Moreover, an oxidative stress condition was detected in the gill and liver tissues. Thus, chronic exposure to OA and the current summer temperatures pose limits to the thermal performance of juvenile E. maclovinus at the organismal and sub-organismal levels, making this species vulnerable to projected climate-driven warming. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

As mudanças climáticas em regiões montanhosas têm exposto espécies de alta altitude a temperaturas em rápida transformação. Embora a exposição climática possa ser reduzida em certos microclimas, a qualidade dos refúgios microclimáticos também pode se degradar com as mudanças climáticas. O pika-americano (Ochotona princeps) frequentemente habita elevadas altitudes e é considerado sensível ao clima devido à sua estreita tolerância térmica e recentes extirpações em algumas porções mais quentes de sua distribuição. Os pikas termorregulam comportamentalmente refugiando-se nos microclimas subsuperficiais encontrados em taludes e outros habitats rochosos, onde as flutuações térmicas diárias são atenuadas e parcialmente dissociadas das temperaturas do ar livre. Mudanças no microclima podem reduzir a eficácia desta termorregulação comportamental. Este estudo compara temperaturas subsuperficiais recentes (2009-2021) em um local de estudo de longo prazo do pika com um raro exemplo de dados históricos (1963-1964) do mesmo local. Também contextualizamos microclimas históricos e recentes usando dados de longo prazo sobre temperaturas do ar livre da mesma área. As temperaturas recentes do ar livre foram frequentemente mais quentes que os registros históricos, e as temperaturas subsuperficiais exibiram aquecimento ainda mais forte entre os períodos. As temperaturas medidas no talude foram frequentemente dramaticamente mais quentes nos registros recentes, especialmente na mais profunda das duas posições de sensores subsuperficiais neste estudo. Os meses de inverno mostraram as maiores mudanças tanto nas temperaturas do talude quanto do ar livre. As diferenças entre microclimas históricos e recentes não foram explicadas pelo posicionamento preciso dos sensores, uma vez que as temperaturas recentes foram semelhantes em uma ampla variedade de posicionamentos subsuperficiais, e mudanças temporais nas temperaturas do ar livre no local de estudo histórico também foram refletidas em dados de estações meteorológicas próximas. Juntos, estes resultados sugerem que os microclimas subsuperficiais importantes para a termorregulação do pika mudaram nas últimas décadas, talvez ainda mais rapidamente que as mudanças observadas nas temperaturas do ar livre. A generalidade destes resultados e suas potenciais ramificações para processos e serviços ecossistêmicos devem ser exploradas. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Revisiting talus and free-air temperatures after 50 years of change at an American pika (Ochotona princeps) study site in the Southern Rockies: Climate change in mountain regions has exposed high-elevation species to rapidly changing temperatures. Although climate exposure can be reduced in certain microclimates, the quality of microclimatic refugia might also degrade with climate change. The American pika (Ochotona princeps) often inhabits high elevations, and is considered climate-sensitive due to its narrow thermal tolerance and recent extirpations in some warmer portions of its range. Pikas behaviorally thermoregulate by taking refuge in the subsurface microclimates found in taluses and other rocky habitats, where daily thermal fluctuations are attenuated and somewhat decoupled from free-air temperatures. Changes in microclimate might reduce the efficacy of this behavioral thermoregulation. This study compares recent (2009-2021) subsurface temperatures at a long-term pika study site with a rare instance of historical (1963-1964) data from the same location. We also place historical and recent microclimates in context using long-term data on free-air temperatures from the same area. Recent freeair temperatures were often warmer than historical records, and subsurface temperatures exhibited even stronger warming between periods. Temperatures measured in the talus were often dramatically warmer in recent records, especially at the deeper of two subsurface sensor placements in this study. Winter months showed the greatest changes in both talus and free-air temperatures. Differences between historical and recent microclimates were not explained by the precise placement of sensors, as recent temperatures were similar across a wide variety of subsurface placements, and temporal changes in free-air temperatures at the historical study site were also reflected in data from nearby weather stations. Together, these results suggest that subsurface microclimates important for pika thermoregulation have changed over the past few decades, perhaps even faster than observed changes in free-air temperatures. The generality of these results and their potential ramifications for ecosystem processes and services should be explored. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Aclimatação térmica, mudanças plásticas na fisiologia térmica em resposta a condições climáticas recentes, é considerada adaptativa em ambientes altamente sazonais onde a variabilidade térmica é alta, mas previsível. Assim, lagartos de ambientes desérticos de média latitude devem exibir plasticidade em seus limites de tolerância térmica, as temperaturas corporais superiores (CTmax) e inferiores (CTmin) que podem suportar mantendo o funcionamento fisiológico, associadas a mudanças nas variações climáticas sazonais (ou seja, quando as flutuações diárias de temperatura são maiores, os lagartos devem ter amplitudes de tolerância térmica mais amplas [CTmax-CTmin]). Medimos os limites de tolerância térmica de duas espécies de lagartos Phrynosomatídeos, Uta stansburiana e Sceloporus tristichus, que ocorrem em simpatria em três pontos temporais para testar a variação temporal na fisiologia térmica em resposta à variação climática. Descobrimos que lagartos de ambas as espécies medidos durante períodos em que a variabilidade climática era alta tinham amplitudes de tolerância térmica mais amplas do que lagartos medidos quando a variabilidade climática era menor. Embora o CTmax fosse amplamente invariável, o CTmin variou em resposta à temperatura mínima do ar, conduzindo a diferença observada na amplitude de tolerância térmica entre os períodos de amostragem. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Temporal climatic variability predicts thermal tolerance in two sympatric lizard species: Thermal acclimatization, plastic shifts in thermal physiology in response to recent climatic conditions, is thought to be adaptive in highly seasonal environments where thermal variability is high but predictable. Thus, lizards from mid-latitude, desert environments should exhibit plasticity in their thermal tolerance limits, the upper (CTmax) and lower (CTmin) body temperatures they can withstand while maintaining physiological functioning, associated with changes in seasonal changes in climatic variation (i.e., when daily fluctuations in temperature are greater, lizards should have wider thermal tolerance breadths [CTmax-CTmin]). We measured the thermal tolerance limits of two Phrynosomatid lizard species, Uta stansburiana and Sceloporus tristichus, occurring in sympatry at three time points to test for temporal variation in thermal physiology in response to climatic variation. We found that lizards of both species measured during times when climatic variability was high had wider thermal tolerance breadths than lizards measured when climatic variability was lower. While CTmax was largely invariable, CTmin varied in response to minimum air temperature, driving the observed difference in thermal tolerance breadth among the sampling periods. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tolerância ao calor é uma característica fundamental para compreender as respostas dos insetos a eventos de calor extremo, mas a tolerância pode ser modulada por mudanças na disponibilidade de alimentos e pela variabilidade sazonal da temperatura. Diferenças na sensibilidade e resistência entre os estágios de vida também são determinantes importantes das respostas das espécies. Utilizando um desenho experimental fatorial completo, investigamos aqui os efeitos da inanição larval, inanição adulta e morfo sazonal (temperatura de desenvolvimento) na tolerância ao calor de uma borboleta polifênica sazonal, Mycalesis mineus, em ambos os estágios larval e adulto. Embora a inanição e a temperatura de criação tenham influenciado profundamente várias características de história de vida no inseto, nenhum dos tratamentos afetou a tolerância ao calor adulta. Também não houve evidência de tolerância ao calor reduzida em larvas sob estresse de inanição, embora a tolerância térmica larval tenha sido maior em ~1 °C na temperatura de desenvolvimento mais alta. A ausência de efeito da inanição foi inesperada dado o custo fisiológico geral dos mecanismos de tolerância ao calor. Isso pode ser atribuído à capacidade de tolerar o calor sendo preservada sob compensações baseadas em recursos devido ao seu papel crítico em garantir a sobrevivência do inseto. A tolerância ao calor invariável em M. mineus mostra que alguns insetos podem ter capacidade térmica para lidar com calor extremo sob inanição de curto prazo e interrupções sazonais, embora mudanças mais prolongadas possam ter consequências maiores. A capacidade de manter a função fisiológica-chave sob múltiplos estressores será crucial para a resiliência das espécies em futuros ambientes novos. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Consistent heat tolerance under starvation across seasonal morphs in Mycalesis mineus (Lepidoptera: Nymphalidae): Heat tolerance is a key trait for understanding insect responses to extreme heat events, but tolerance may be modulated by changes in food availability and seasonal variability in temperature. Differences in sensitivity and resistance across life stages are also important determinants of species responses. Using a full-factorial experimental design, we here investigated the effects of larval starvation, adult starvation, and seasonal morph (developmental temperature) on heat tolerance of a seasonally polyphenic butterfly, Mycalesis mineus, in both larval and adult stages. While starvation and rearing temperature profoundly influenced various life history traits in the insect, none of the treatments affected adult heat tolerance. There was also no evidence of reduced heat tolerance in larvae under starvation stress, though larval thermal tolerance was higher by ~1 °C at the higher developmental temperature. The lack of a starvation effect was unexpected given the general physiological cost of heat tolerance mechanisms. This might be attributed to the ability to tolerate heat being preserved under resource-based trade-offs due to its critical role in ensuring insect survival. Invariant heat tolerance in M. mineus shows that some insects may have thermal capacity to cope with extreme heat under short-term starvation and seasonality disruptions, though more prolonged changes may have greater consequences. The capacity to maintain key physiological function under multiple stressors will be crucial for species resilience in future novel environments. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A conservação de espécies que enfrentam mudanças ambientais requer uma compreensão da variação fisiológica interpopulacional. No entanto, os dados fisiológicos são frequentemente escassos e, portanto, agrupados entre populações e espécies, apagando variabilidades potencialmente importantes entre populações. A variação interpopulacional na fisiologia térmica foi observada dentro da família Salmonidae, embora não tenha sido associada a fenótipos migratórios sazonalmente distintos (ou seja, migrações sazonais). Para determinar se a fisiologia térmica está associada à estratégia de história de vida, aclimatamos quatro populações de salmão Chinook juvenil (Oncorhynchus tshawytscha) do Rio Sacramento (migração de outono de Coleman, migração de outono do Rio Feather, migração de primavera do Rio Feather e migração de inverno do Rio Sacramento) exibindo diferentes fenótipos migratórios sazonais (migrações de outono, primavera e inverno), a 11, 16 e 20°C e avaliamos a variação na taxa de crescimento, máximos térmicos críticos e características metabólicas dependentes da temperatura. Identificamos diferenças populacionais nos parâmetros fisiológicos medidos e encontramos evidências convincentes de que a população de salmão Chinook de migração de inverno do Rio Sacramento, criticamente ameaçada e endêmica, exibe fisiologia térmica associada à sua estratégia de história de vida de migração precoce. A aclimatação a temperaturas quentes limitou o crescimento e a capacidade metabólica do salmão Chinook de migração de inverno, destacando o risco do futuro aquecimento ambiental para esta população endêmica. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Interpopulation variation in thermal physiology among seasonal runs of Chinook salmon: Conservation of species facing environmental change requires an understanding of interpopulation physiological variation. However, physiological data are often scarce and therefore pooled across populations and species, erasing potentially important variability between populations. Interpopulation variation in thermal physiology has been observed within the Salmonidae family, although it has not been associated with seasonally distinct migratory phenotypes (i.e., seasonal runs). To resolve whether thermal physiology is associated with life-history strategy, we acclimated four Sacramento River juvenile Chinook salmon (Oncorhynchus tshawytscha) populations (Coleman fall-run, Feather River fall-run, Feather River spring-run, and Sacramento River winter-run) exhibiting different seasonal migratory phenotypes (fall-, spring-, and winter-run), at 11, 16, and 20◦C and assessed variation in growth rate, critical thermal maxima, and temperature-dependent metabolic traits. We identified population differences in the physiological parameters measured and found compelling evidence that the critically endangered and endemic Sacramento River winter-run Chinook population exhibits thermal physiology associated with its early-migration life-history strategy. Acclimation to warm temperatures limited the growth and metabolic capacity of winter-run Chinook salmon, highlighting the risk of future environmental warming to this endemic population. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aquecimento dos oceanos e as ondas de calor marinhas induzidas pelas mudanças climáticas estão impactando os recifes de coral globalmente, levando ao branqueamento e mortalidade de corais. No entanto, a resistência e resiliência dos corais ao aquecimento não são uniformes entre locais de recife, e os corais podem mostrar variabilidade inter e intraespecífica. Para entender mudanças na saúde dos corais e elucidar mecanismos de tolerância térmica dos corais, são necessários dados basais sobre a dinâmica do desempenho do holobionte coralino sob condições não estressadas. Monitoramos a dinâmica sazonal de simbiontes algais (família Symbiodiniaceae) hospedados por corais de um recife cronicamente aquecido e termicamente variável em comparação com um recife termicamente estável no sul de Taiwan ao longo de 15 meses. Avaliamos os gêneros e a eficiência fotoquímica de Symbiodiniaceae em três espécies de coral: Acropora nana, Pocillopora acuta e Porites lutea. Tanto Durusdinium quanto Cladocopium estavam presentes em todas as espécies de coral em ambos os locais de recife em todas as estações, mas as tendências gerais em sua detecção (com base no ciclo de qPCR) variaram entre locais e entre espécies. A eficiência fotoquímica (ou seja, rendimento quântico máximo; Fv/Fm) foi relativamente similar entre os locais de recife, mas diferiu consistentemente entre as espécies; nenhuma evidência clara de tendências sazonais em Fv/Fm foi encontrada. A quantificação da dinâmica natural de Symbiodiniaceae pode ajudar a facilitar uma interpretação mais abrangente da resposta de tolerância térmica, bem como do potencial de plasticidade do holobionte coralino. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Baseline dynamics of Symbiodiniaceae genera and photochemical efficiency in corals from reefs with different thermal histories: Ocean warming and marine heatwaves induced by climate change are impacting coral reefs globally, leading to coral bleaching and mortality. Yet, coral resistance and resilience to warming are not uniform across reef sites and corals can show inter- and intraspecific variability. To understand changes in coral health and to elucidate mechanisms of coral thermal tolerance, baseline data on the dynamics of coral holobiont performance under non-stressed conditions are needed. We monitored the seasonal dynamics of algal symbionts (family Symbiodiniaceae) hosted by corals from a chronically warmed and thermally variable reef compared to a thermally stable reef in southern Taiwan over 15 months. We assessed the genera and photochemical efficiency of Symbiodiniaceae in three coral species: Acropora nana, Pocillopora acuta, and Porites lutea. Both Durusdinium and Cladocopium were present in all coral species at both reef sites across all seasons, but general trends in their detection (based on qPCR cycle) varied between sites and among species. Photochemical efficiency (i.e., maximum quantum yield; F<inf>v</inf>/F<inf>m</inf>) was relatively similar between reef sites but differed consistently among species; no clear evidence of seasonal trends in F<inf>v</inf>/F<inf>m</inf> was found. Quantifying natural Symbiodiniaceae dynamics can help facilitate a more comprehensive interpretation of thermal tolerance response as well as plasticity potential of the coral holobiont. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Espécies intimamente relacionadas que utilizam recursos similares frequentemente diferem em seus padrões sazonais de atividade, mas os fatores que limitam suas distribuições ao longo das estações são desconhecidos para a maioria das espécies. Uma hipótese para explicar a variação sazonal nas distribuições das espécies envolve uma compensação entre capacidade competitiva e tolerância ao frio, onde a tolerância ao frio compromete a capacidade competitiva em temperaturas mais quentes (benignas), seja no nível do indivíduo ou da população. Testamos ambos os mecanismos em nível individual e populacional desta hipótese em duas espécies coexistentes de besouros necrófagos temperados (Silphidae: Nicrophorus sayi, N. orbicollis) que diferem em seus padrões sazonais de atividade. Medimos a tolerância ao frio, a atividade reprodutiva em função da temperatura e a capacidade competitiva em função da temperatura e da estação. Consistente com nossa hipótese, o N. orbicollis de meia temporada foi menos capaz de funcionar nas temperaturas frias que caracterizam o início da primavera, quando o N. sayi de início de temporada está mais ativo. O besouro maior, no entanto, sempre venceu os testes competitivos individuais em temperaturas quentes, independentemente da espécie, inconsistente com uma compensação em nível individual. O N. orbicollis era geralmente maior e bem-sucedido ao competir pela mesma carniça mais tarde na temporada, principalmente devido ao seu maior tamanho populacional, consistente com uma compensação entre capacidade competitiva e tolerância ao frio atuando no nível populacional. Nossos achados sugerem que as temperaturas frias limitam o N. orbicollis de meia temporada de emergir mais cedo na primavera, enquanto a pressão competitiva do N. orbicollis mais abundante e maior restringe o N. sayi de início de temporada de permanecer ativo durante o verão. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

A test of the competitive ability–cold tolerance trade-off hypothesis in seasonally breeding beetles: Closely related species that use similar resources often differ in their seasonal patterns of activity, but the factors that limit their distributions across seasons are unknown for most species. One hypothesis to explain seasonal variation in the distributions of species involves a trade-off between competitive ability and cold tolerance, where tolerance to the cold compromises competitive ability in warmer (benign) temperatures, either at the level of the individual or population. We tested both individual-level and population-level mechanisms of this hypothesis in two co-occurring species of temperate burying beetles (Silphidae: Nicrophorus sayi, N. orbicollis) that differ in their seasonal patterns of activity. We measured cold tolerance, breeding activity as a function of temperature, and competitive ability as a function of temperature and season. Consistent with our hypothesis, the mid-season N. orbicollis was less able to function at the cold temperatures that characterise early spring, when the early-season N. sayi is most active. The larger beetle, however, always won one-on-one competitive trials at warm temperatures, regardless of species, inconsistent with an individual-level trade-off. N. orbicollis was usually larger and successful when competing for the same carrion later in the season, mostly because of its larger population size, consistent with a trade-off between competitive ability, and cold tolerance acting at the population level. Our findings suggest that cold temperatures limit the mid-season N. orbicollis from earlier spring emergence, while competitive pressure from the more abundant, larger N. orbicollis constrains the early-season N. sayi from remaining active through the summer. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Espera-se que a mudança climática global tenha efeitos generalizados na diversidade e distribuição das espécies, particularmente em ectotérmicos cujas temperaturas corporais dependem das temperaturas ambientais. No entanto, esses impactos permanecem difíceis de prever, em parte porque os ectotérmicos podem se adaptar ou aclimatar a novas condições ou podem usar a termorregulação comportamental para reduzir sua exposição a microclimas estressantes. Aqui examinamos o potencial de mudanças fisiológicas e comportamentais para mitigar os efeitos do aquecimento ambiental em cinco espécies de formigas em um habitat florestal temperado sujeito ao aquecimento urbano. Trabalhamos em oito locais urbanos e oito florestais não urbanos na Carolina do Norte, EUA; os locais apresentaram uma variação de 1,1°C nas temperaturas médias do ar no verão. Em cada local, documentamos microclimas específicos por espécie (temperaturas operativas das formigas, Tₑ) e atividade das formigas em um transecto de 14 estações de isca em três horários do dia. No laboratório, medimos a tolerância térmica superior (CTₘₐₓ) e a preferência térmica (Tₚᵣₑ𝒻) para cada espécie focal. Em seguida, questionamos se as características térmicas mudaram em locais mais quentes e se as formigas evitaram microclimas não preferidos no campo. CTₘₐₓ e Tₚᵣₑ𝒻 não aumentaram em locais mais quentes, indicando que essas populações não se adaptaram ou aclimataram ao aquecimento urbano. Consistente com a termorregulação comportamental, quatro das cinco espécies foram menos propensas a ocupar iscas onde Tₑ se afastou de Tₚᵣₑ𝒻. A aparente termorregulação resultou de padrões fixos de atividade diurna que ajudaram as formigas a evitar as temperaturas mais inadequadas, mas não compensaram a variação de temperatura diária ou espacial: locais mais quentes tiveram formigas mais quentes. Este estudo usa uma abordagem inovadora para detectar termorregulação comportamental e aquecimento subletal em insetos forrageadores. Os resultados sugerem que a adaptação e o comportamento podem não proteger formigas florestais temperadas comuns de um clima em aquecimento, e destacam a necessidade de avaliar os efeitos do aquecimento crônico e subletal em pequenos ectotérmicos. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Can behaviour and physiology mitigate effects of warming on ectotherms? A test in urban ants: Global climate change is expected to have pervasive effects on the diversity and distribution of species, particularly ectotherms whose body temperatures depend on environmental temperatures. However, these impacts remain difficult to predict, in part because ectotherms may adapt or acclimate to novel conditions or may use behavioural thermoregulation to reduce their exposure to stressful microclimates. Here we examine the potential for physiological and behavioural changes to mitigate effects of environmental warming on five species of ants in a temperate forest habitat subject to urban warming. We worked in eight urban and eight non-urban forest sites in North Carolina, USA; sites experienced a 1.1°C range of mean summer air temperatures. At each site, we documented species-specific microclimates (ant operative temperatures, T<inf>e</inf>) and ant activity on a transect of 14 bait stations at three times of day. In the laboratory, we measured upper thermal tolerance (CT<inf>max</inf>) and thermal preference (T<inf>pref</inf>) for each focal species. We then asked whether thermal traits shifted at hotter sites, and whether ants avoided non-preferred microclimates in the field. CT<inf>max</inf> and T<inf>pref</inf> did not increase at warmer sites, indicating that these populations did not adapt or acclimate to urban warming. Consistent with behavioural thermoregulation, four of the five species were less likely to occupy baits where T<inf>e</inf> departed from T<inf>pref</inf>. Apparent thermoregulation resulted from fixed diel activity patterns that helped ants avoid the most inappropriate temperatures but did not compensate for daily or spatial temperature variation: Hotter sites had hotter ants. This study uses a novel approach to detect behavioural thermoregulation and sublethal warming in foraging insects. The results suggest that adaptation and behaviour may not protect common temperate forest ants from a warming climate, and highlight the need to evaluate effects of chronic, sublethal warming on small ectotherms. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Um único limite térmico crítico é frequentemente usado para explicar e inferir o impacto das mudanças climáticas na distribuição geográfica e abundância populacional. No entanto, ele tem aplicação limitada na descrição da dinâmica temporal e dos impactos cumulativos de temperaturas extremas. Aqui, utilizamos uma abordagem de panorama de tolerância térmica para abordar os impactos de eventos térmicos extremos na sobrevivência de espécies de afídeos coexistentes (Metopolophium dirhodum, Sitobion avenae e Rhopalosiphum padi). Especificamente, construímos modelos de tempo de morte térmica (TDT) com base em conjuntos de dados detalhados de sobrevivência de três espécies de afídeos com três idades em uma ampla faixa de temperaturas altas (34–40 °C) e baixas (−3∼−11 °C) estressantes para comparar as variações interespecíficas e de estágio de desenvolvimento na tolerância térmica. Usando esses parâmetros de TDT, realizamos uma avaliação de risco térmico calculando o acúmulo potencial diário de injúria térmica associado às variações de temperatura regional em três locais de cultivo de trigo ao longo de um gradiente de latitude. Os resultados mostraram que M. dirhodum foi o mais vulnerável ao calor, mas mais tolerante a baixas temperaturas do que R. padi e S. avenae. R. padi sobreviveu melhor em altas temperaturas do que Sitobion avenae e M. dirhodum, mas foi sensível ao frio. R. padi foi estimado acumular maior injúria por frio do que as outras duas espécies durante o inverno, enquanto M. dirhodum acumulou mais injúria por calor durante o verão. O local mais quente apresentou maiores riscos de injúria por calor e o local mais frio apresentou maiores riscos de injúria por frio ao longo do gradiente de latitude. Esses resultados apoiam observações recentes de campo de que a proporção de R. padi aumenta com a maior frequência de ondas de calor. Também descobrimos que ninfas jovens geralmente tinham menor tolerância térmica do que ninfas mais velhas ou adultos. Nossos resultados fornecem um conjunto de dados e método úteis para modelar e prever as consequências das mudanças climáticas na dinâmica populacional e estrutura da comunidade de pequenos insetos. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Interspecific differences in thermal tolerance landscape explain aphid community abundance under climate change: A single critical thermal limit is often used to explain and infer the impact of climate change on geographic range and population abundance. However, it has limited application in describing the temporal dynamic and cumulative impacts of extreme temperatures. Here, we used a thermal tolerance landscape approach to address the impacts of extreme thermal events on the survival of co-existing aphid species (Metopolophium dirhodum, Sitobion avenae and Rhopalosiphum padi). Specifically, we built the thermal death time (TDT) models based on detailed survival datasets of three aphid species with three ages across a broad range of stressful high (34–40 °C) and low (−3∼−11 °C) temperatures to compare the interspecific and developmental stage variations in thermal tolerance. Using these TDT parameters, we performed a thermal risk assessment by calculating the potential daily thermal injury accumulation associated with the regional temperature variations in three wheat-growing sites along a latitude gradient. Results showed that M. dirhodum was the most vulnerable to heat but more tolerant to low temperatures than R. padi and S. avenae. R. padi survived better at high temperatures than Sitobion avenae and M. dirhodum but was sensitive to cold. R. padi was estimated to accumulate higher cold injury than the other two species during winter, while M. dirhodum accrued more heat injury during summer. The warmer site had higher risks of heat injury and the cooler site had higher risks of cold injury along a latitude gradient. These results support recent field observations that the proportion of R. padi increases with the increased frequency of heat waves. We also found that young nymphs generally had a lower thermal tolerance than old nymphs or adults. Our results provide a useful dataset and method for modelling and predicting the consequence of climate change on the population dynamics and community structure of small insects. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A hibernação é um comportamento notável adotado por uma diversidade de endotérmicos em muitos clados que reduz drasticamente a necessidade metabólica, mas também possui custos somáticos. A hibernação em endotérmicos modernos é frequentemente considerada uma adaptação que permite aos animais evitar condições térmicas extremas ou escassez de alimentos em ambientes sazonais. No entanto, muitos animais hibernam quando as condições de forrageamento são energeticamente vantajosas, sugerindo que outros fatores causais influenciam o comportamento de hibernação. Compreender as pressões seletivas responsáveis pela variação intraespecífica no tempo e duração da hibernação pode ajudar a elucidar as influências evolutivas relativas das causas ecológicas últimas da hibernação. Testamos quatro hipóteses mecanicistas previamente propostas para explicar a variação intraespecífica na fenologia da hibernação no esquilo-terrestre do norte de Idaho (Urocitellus brunneus), ameaçado federalmente: (1) tolerância térmica, (2) limitação alimentar, (3) evitação de predação e (4) seleção sexual. As hipóteses de evitação de predação e seleção sexual receberam o maior apoio, embora também tenhamos encontrado algum suporte para as hipóteses de tolerância térmica e limitação alimentar. Esquilos pesados aumentaram a duração da hibernação independentemente das condições ambientais, conforme previsto exclusivamente pela hipótese de evitação de predação. Machos reprodutivos emergiram da hibernação mais cedo na primavera do que outras classes de sexo-idade, um padrão previsto pela hipótese de seleção sexual. Temperatura e disponibilidade de alimentos explicaram uma quantidade muito menor da variação no comportamento de hibernação, apoiando apenas parcialmente as previsões das hipóteses de tolerância térmica e limitação alimentar. Nossos resultados indicam que os animais navegam em trade-offs de história de vida entre alocação energética para sobrevivência e reprodução por meio da otimização dependente do estado da fenologia da hibernação. Consequentemente, quaisquer mudanças ambientais futuras que influenciem a condição corporal terão implicações para a ecologia populacional e evolução da história de vida de animais hibernantes devido às acentuadas diferenças na probabilidade diária de sobrevivência entre a hibernação e a estação ativa.

Why hibernate? Tests of four hypotheses to explain intraspecific variation in hibernation phenology: Hibernation is a remarkable behaviour deployed by a diverse array of endotherms within many clades that greatly reduces metabolic need, but also has somatic costs. Hibernation in modern endotherms is often assumed to be an adaptation allowing animals to avoid extreme thermal conditions or food shortages in seasonal environments. However, many animals hibernate when foraging conditions are energetically profitable, suggesting other causal factors influence hibernation behaviour. Understanding the selection pressures responsible for intraspecific variation in the timing and duration of hibernation can help elucidate the relative evolutionary influences of the ultimate ecological causes of hibernation. We tested four previously proposed mechanistic hypotheses to explain intraspecific variation in hibernation phenology in the federally threatened northern Idaho ground squirrel (Urocitellus brunneus): (1) thermal tolerance, (2) food limitation, (3) predation avoidance and (4) sexual selection. The predation avoidance and sexual selection hypotheses received the most support, although we also found some support for the thermal tolerance and food limitation hypotheses. Heavy squirrels increased hibernation duration regardless of environmental conditions, as predicted solely by the predation avoidance hypothesis. Reproductive males emerged from hibernation earlier in spring than other sex–age classes, a pattern predicted by the sexual selection hypothesis. Temperature and food availability explained a much smaller amount of the variation in hibernation behaviour, only partially supporting predictions of the thermal tolerance and food limitation hypotheses. Our results indicate that animals navigate life-history trade-offs between energetic allocation to survival and reproduction via state-dependent optimization of hibernation phenology. Consequently, any future environmental changes that influence body condition will have implications for population ecology and life-history evolution of hibernating animals due to stark differences in daily survival probability between hibernation and the active season. Read the free Plain Language Summary for this article on the Journal blog. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os artrópodes terrestres no Ártico são expostos a temperaturas altamente variáveis que frequentemente atingem extremos frios e quentes. No entanto, estudos ecofisiológicos sobre insetos árticos normalmente se concentram na capacidade das espécies de tolerar baixas temperaturas, enquanto estudos investigando adaptações fisiológicas das espécies a temperaturas periodicamente quentes e variáveis são poucos. Neste estudo, investigamos mudanças temporais nas tolerâncias térmicas e no transcriptoma do percevejo groenlandês Nysius groenlandicus, coletado no campo em diferentes momentos e temperaturas no sul da Groenlândia. Descobrimos que mudanças plásticas nas tolerâncias ao calor e ao frio ocorreram rapidamente (dentro de horas) e em escala diária no campo, e que essas mudanças estão correlacionadas com a variação térmica diurna. Usando sequenciamento de RNA, fornecemos fundamentos moleculares dos ajustes rápidos na tolerância térmica através de temperaturas ambientais de campo e em laboratório. Mostramos que as respostas transcricionais são sensíveis a mudanças diárias de temperatura, e dias caracterizados por alta variação de temperatura induziram padrões de expressão marcadamente diferentes de dias termicamente estáveis. Além disso, genes associados com respostas ao calor induzidas em laboratório, incluindo expressão de proteínas de choque térmico e vitelogeninas, foram compartilhados entre experimentos de laboratório e campo, mas induzidos em momentos associados com temperaturas mais baixas no campo. Respostas ao estresse por frio não se manifestaram no nível transcriptômico. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Temporal regulation of temperature tolerances and gene expression in an arctic insect: Terrestrial arthropods in the Arctic are exposed to highly variable temperatures that frequently reach cold and warm extremes. Yet, ecophysiological studies on arctic insects typically focus on the ability of species to tolerate low temperatures, whereas studies investigating physiological adaptations of species to periodically warm and variable temperatures are few. In this study, we investigated temporal changes in thermal tolerances and the transcriptome in the Greenlandic seed bug Nysius groenlandicus, collected in the field across different times and temperatures in Southern Greenland. We found that plastic changes in heat and cold tolerances occurred rapidly (within hours) and at a daily scale in the field, and that these changes are correlated with diurnal temperature variation. Using RNA sequencing, we provide molecular underpinnings of the rapid adjustments in thermal tolerance across ambient field temperatures and in the laboratory. We show that transcriptional responses are sensitive to daily temperature changes, and days characterized by high temperature variation induced markedly different expression patterns than thermally stable days. Further, genes associated with laboratory-induced heat responses, including expression of heat shock proteins and vitellogenins, were shared across laboratory and field experiments, but induced at time points associated with lower temperatures in the field. Cold stress responses were not manifested at the transcriptomic level. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A mudança ambiental sazonal é uma das variáveis ambientais mais rápidas e marcantes. Embora adaptações relativamente rápidas a mudanças ambientais ao longo de vários anos ou décadas tenham sido descritas em muitos táxons, as respostas rápidas a ambientes sazonais são delicadas e, portanto, a detecção das respostas evolutivas requer métodos sensíveis. Neste estudo, examinamos mudanças sazonais em fenótipos relacionados à tolerância térmica e características morfológicas de Drosophila lutescens coletadas nos períodos de primavera e outono de uma única localização. Primeiro demonstramos que as moscas nos dois períodos sazonais eram quase geneticamente idênticas usando sequenciamento de DNA associado a sítios de restrição de dupla digestão e análise. Usando um desenho experimental para eliminar o efeito de possíveis fatores de confusão que influenciam os fenótipos (ou seja, efeitos maternos e as condições ambientais em que cada fenótipo foi analisado), mostramos que a tolerância ao calor de D. lutescens foi significativamente maior na população de outono do que na população de primavera. Além disso, a tolerância ao frio foi ligeiramente maior na população de primavera do que na de outono. Embora o comprimento da asa e o comprimento do tórax não tenham mudado significativamente entre as estações, a razão entre o comprimento da asa e o comprimento do tórax mudou significativamente entre elas. Esses resultados sugerem que a heterogeneidade ambiental sazonal induz mudanças fenotípicas rápidas dentro de um ano. Finalmente, discutimos a possibilidade de respostas evolutivas rápidas a mudanças sazonais. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Rapid seasonal changes in phenotypes in a wild Drosophila population: Seasonal environmental change is one of the most rapid and striking environmental variables. Although relatively rapid adaptation to environmental changes over several years or several decades has been described in many taxa, rapid responses to seasonal environments are delicate, and therefore, the detection of the evolutionary responses requires sensitive methods. In this study, we examined seasonal changes in phenotypes related to thermal tolerance and morphological traits of Drosophila lutescens collected at the spring and autumn periods from a single location. We first demonstrated that flies in the two seasonal periods were almost genetically identical using double-digest restriction site-associated DNA sequencing and analysis. Using an experimental design to eliminate the effect of possible confounding factors that influence phenotypes (i.e., maternal effects and the environmental conditions in which each phenotype was analyzed), we showed that the heat tolerance of D. lutescens was significantly higher in the autumn population than in the spring population. Furthermore, cold tolerance was slightly higher in the spring population than in the autumn one. Although wing length and thorax length did not change significantly between seasons, the ratio of wing length to thorax length changed significantly between them. These results suggest that seasonal environmental heterogeneity induces rapid phenotypic changes within a year. Finally, we discuss the possibility of rapid evolutionary responses to seasonal changes. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os simbiontes microbianos associados aos corais, particularmente os dinoflagelados da família Symbiodiniaceae, desempenham um papel significativo na capacidade dos corais de sobreviver e se recuperar de ondas de calor marinhas e eventos de branqueamento em massa. No entanto, ainda existem dados limitados sobre até que ponto as associações de microalgas endossimbiontes mudam in situ durante e após o estresse térmico prolongado e em pequenas escalas espaciais, potencialmente limitando a alteração das comunidades de simbiontes como ferramenta de restauração. Em 2019, Mo'orea, Polinésia Francesa, experimentou uma anomalia térmica massiva acompanhada por branqueamento generalizado e mortalidade de corais. Usando o sequenciamento de amplicons ITS2, avaliamos a possibilidade de comunidades de microalgas explicarem a variabilidade observada na tolerância térmica e dinâmica de recuperação de Acropora hyacinthus entre habitats recifais. Nossos dados revelam flexibilidade nas associações de simbiontes de A. hyacinthus, mas mostram que essas associações estavam fortemente ligadas tanto à resposta ao estresse térmico quanto ao habitat recifal onde a colônia residia, indicando um papel proeminente dos ambientes locais na moldagem das comunidades de simbiontes in hospite e, consequentemente, na tolerância térmica do holobionte. Notavelmente, colônias resistentes ao branqueamento foram invariavelmente dominadas por Symbiodinium durante e após o evento de branqueamento. Embora não tenhamos detectado mudanças temporais nas comunidades de simbiontes durante a recuperação do estresse térmico, esta nova observação de A. hyacinthus em associação com Symbiodinium sugere que o estresse térmico pode ter facilitado uma mudança. Além disso, identificamos perfis de tipos de simbiontes que são potencialmente diagnósticos de suscetibilidade ao branqueamento. Nossos achados elucidam a extensão da flexibilidade de simbiontes para esta espécie e localização, com implicações importantes para a recuperação e gestão de recifes de coral em um oceano em rápida mudança. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Reef habitats structure symbiotic microalgal assemblages in corals and contribute to differential heat stress responses: Coral-associated microbial symbionts, particularly dinoflagellates from the family Symbiodiniaceae, play a significant role in corals’ ability to survive and recover from marine heatwaves and mass bleaching events. Yet, there remain limited data on the extent to which microalgal endosymbiont associations shift in situ during and after prolonged heat stress and over small spatial scales, potentially limiting the alteration of symbiont communities as a restoration tool. In 2019, Mo’orea, French Polynesia experienced a massive thermal anomaly accompanied by widespread coral bleaching and mortality. Using ITS2 amplicon sequencing, we assessed the possibility of microalgal assemblages explaining the observed variability in Acropora hyacinthus thermal tolerance and recovery dynamics between reef habitats. Our data reveal flexibility in A. hyacinthus symbiont associations, but show that these associations were strongly linked to both heat stress response and the reef habitat in which the colony resided, indicating a prominent role of local environments in shaping in hospite symbiont communities and, consequently, holobiont thermal tolerance. Notably, bleaching resistant colonies were invariably dominated by Symbiodinium during and after the bleaching event. Although we did not detect temporal changes in symbiont communities during recovery from thermal stress, this novel observation of A. hyacinthus in association with Symbiodinium suggests that heat stress may have facilitated a shift. Further, we identify symbiont type profiles that are potentially diagnostic of bleaching susceptibility. Our findings illuminate the extent of symbiont flexibility for this species and location, with important implications for coral reef recovery and management in a rapidly changing ocean. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A flutuação ambiental constitui uma estrutura de variabilidade dentro da qual as espécies evoluíram. A flutuação ambiental inclui previsibilidade, como os ciclos diários de flutuação de oxigênio aquático impulsionados por produtores primários. A disponibilidade e flutuação de oxigênio moldam as respostas fisiológicas dos animais aquáticos ao aquecimento, de modo que, em teoria, a flutuação de oxigênio poderia influenciar sua ecologia térmica. Descrevemos a variabilidade anual de oxigênio em canais de drenagem agrícolas e mostramos que a interrupção da flutuação de oxigênio através da dragagem de plantas reduz a tolerância térmica de animais de água doce. Comparamos as respostas de temperatura de caramujos, anfípodes, sanguessugas e mexilhões expostos a flutuação natural de oxigênio ou oxigênio constante in situ sob diferentes períodos de aclimatação. A saturação de oxigênio na água dos canais variou de aproximadamente 0% de saturação à noite para >300% durante o dia. A temperatura mostrou variação sazonal normal e foi quase síncrona com a flutuação diária de oxigênio. Um evento de dragagem em 2020 reduziu drasticamente a variabilidade de oxigênio dissolvido e a correlação entre oxigênio e temperatura foi perdida. A tolerância de invertebrados ao estresse térmico foi significativamente menor quando a flutuação natural na disponibilidade de oxigênio foi reduzida e dissociada da temperatura. Isso destaca a importância dos ciclos naturais de variabilidade e a necessidade de incluir efeitos em escalas mais finas, incluindo efeitos biológicos indiretos, na modelagem das consequências das mudanças climáticas em nível ecossistêmico. Além disso, a restauração e manejo de produtores primários em habitats aquáticos poderia ser importante para melhorar a proteção térmica de invertebrados aquáticos e sua resistência à variação ambiental imposta pelas mudanças climáticas. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Disturbance of primary producer communities disrupts the thermal limits of the associated aquatic fauna: Environmental fluctuation forms a framework of variability within which species have evolved. Environmental fluctuation includes predictability, such as diel cycles of aquatic oxygen fluctuation driven by primary producers. Oxygen availability and fluctuation shape the physiological responses of aquatic animals to warming, so that, in theory, oxygen fluctuation could influence their thermal ecology. We describe annual oxygen variability in agricultural drainage channels and show that disruption of oxygen fluctuation through dredging of plants reduces the thermal tolerance of freshwater animals. We compared the temperature responses of snails, amphipods, leeches and mussels exposed to either natural oxygen fluctuation or constant oxygen in situ under different acclimation periods. Oxygen saturation in channel water ranged from c. 0 % saturation at night to >300 % during the day. Temperature showed normal seasonal variation and was almost synchronous with daily oxygen fluctuation. A dredging event in 2020 dramatically reduced dissolved oxygen variability and the correlation between oxygen and temperature was lost. The tolerance of invertebrates to thermal stress was significantly lower when natural fluctuation in oxygen availability was reduced and decoupled from temperature. This highlights the importance of natural cycles of variability and the need to include finer scale effects, including indirect biological effects, in modelling the ecosystem-level consequences of climate change. Furthermore, restoration and management of primary producers in aquatic habitats could be important to improve the thermal protection of aquatic invertebrates and their resistance to environmental variation imposed by climate change. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Devido às mudanças climáticas, as ondas de calor provavelmente se tornarão mais frequentes, prolongadas e caracterizadas por valores de pico mais altos, comparadas com as médias climatológicas. No entanto, a tolerância térmica dos organismos depende da exposição real, que pode ser modulada pelo contexto ambiental e características do micro-habitat. Este estudo investigou a frequência de ocorrência de eventos de mortalidade em massa nas próximas décadas para duas espécies de bivalves cultivados, o mexilhão Mytilus galloprovincialis e a amêijoa Ruditapes philippinarum, em uma lagoa costeira rasa, caracterizada por marcadas oscilações diurnas da temperatura da água. O efeito das ondas de calor foi estimado por meio de modelos de paisagem de tolerância, que preveem a ocorrência de 50% de mortalidade com base na intensidade e duração da exposição. Cenários de temperatura da água até o ano 2100 foram modelados combinando dois componentes mecanísticos, a saber: 1) temperaturas médias mensais da água, simuladas usando um modelo hidrodinâmico incluindo o balanço de calor; 2) oscilações diárias, estimadas a partir da análise harmônica de uma série temporal de vinte anos de temperatura da água específica do local. Cenários de temperatura média diária do sedimento foram estimados por meio de um modelo de correlação cruzada, usando como entrada a temperatura da água: os parâmetros do modelo foram estimados com base em um conjunto abrangente de observações específicas do local de temperatura da água e do sedimento. Os resultados indicam que para ambas as espécies o risco de mortalidade em massa aumenta rapidamente a partir da década de 2060. Além disso, os padrões diários de temperatura da água pareceram relevantes, pois durante a noite ela cai abaixo dos limiares de mortalidade previstos por algumas horas. Esses achados sugerem que estudos adicionais devem abordar: 1) o aprimoramento dos modelos de paisagem de tolerância, a fim de levar em conta o efeito integrado de eventos repetidos de estresse não letal sobre a taxa de mortalidade; 2) a previsão da temperatura ambiental em habitats específicos, por meio de modelos baseados em processos e orientados por dados. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Coupling habitat-specific temperature scenarios with tolerance landscape to predict the impacts of climate change on farmed bivalves: Due to climate change, heatwaves are likely to become more frequent, prolonged and characterized by higher peak values, compared with climatological averages. However, the thermal tolerance of organisms depends on the actual exposure, which can be modulated by environmental context and microhabitat characteristics. This study investigated the frequency of occurrence of mass mortality events in the next decades for two species of farmed bivalves, the mussel Mytilus galloprovincialis and the clam Ruditapes philippinarum, in a shallow coastal lagoon, characterised by marked diurnal oscillations of water temperature. The effect of heatwaves was estimated by means of tolerance landscape models, which predict the occurrence of 50% mortality based on the exposure intensity and duration. Scenarios of water temperature up to the year 2100 were modelled by combining two mechanistic components, namely: 1) monthly mean water temperatures, simulated using a hydrodynamic model including the heat budget; 2) daily oscillations, estimated from the harmonic analysis of a twenty year-long site-specific time series of water temperature. Scenarios of mean daily sediment temperature were estimated by means of a cross-correlation model, using as input the water temperature one: the model parameters were estimated based on a comprehensive set of site-specific water and sediment temperature observations. The results indicate that for both species the risk of mass mortality rapidly increases starting from the 2060s. Furthermore, the daily patterns of water temperature seemed to be relevant, as overnight it falls below the predicted mortality thresholds for a few hours. These findings suggest that further studies should address: 1) the improvement of tolerance landscape models, in order to take into account the integrated effect of repeated non-lethal stress events on mortality rate; 2) the prediction of environmental temperature in specific habitat, by means of both process-based and data driven models. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os aumentos previstos das ondas de calor e eventos hipóxicos induzidos pelas mudanças climáticas terão efeitos profundos nos peixes, porém a capacidade dos pais de alterar o fenótipo da prole via herança não genética e amortecer contra esses estressores combinados não é clara. Este estudo testou como a exposição prolongada de zebrafish adultos a ciclos diários combinados de estresse térmico e hipóxia afeta a sobrevivência inicial e o desenvolvimento da prole, o investimento parental de cortisol e proteínas de choque térmico (HSPs), as respostas ao estresse da prole larval e a tolerância ao calor e hipóxia tanto dos pais quanto da prole. A exposição parental ao estressor combinado não afetou a fecundidade, mas aumentou a mortalidade, produziu embriões menores e atrasou a eclosão. O tratamento combinado também reduziu a deposição materna de cortisol e aumentou os níveis embrionários de hsf1, hsp70a, HSP70, hsp90aa e HSP90. Nas larvas, os níveis basais de cortisol não diferiram entre os tratamentos, mas a exposição aguda ao estresse térmico combinado e hipóxia aumentou os níveis de cortisol nas larvas controle sem efeito nas larvas de pais expostos. Em contraste, enquanto os níveis basais larvais de hsf1, hsp70a e hsp90aa diferiram entre os tratamentos parentais, o estressor agudo combinado eliciou respostas transcricionais semelhantes entre os tratamentos. Além disso, o estressor agudo combinado apenas induziu um aumento marcante nos níveis de HSP47 nas larvas derivadas de pais expostos. Finalmente, a hipóxia combinada e temperaturas elevadas aumentaram tanto a tolerância térmica quanto à hipóxia em adultos e conferiram um aumento na tolerância térmica, mas não na tolerância à hipóxia da prole. Estes resultados demonstram que a aclimatação intergeracional ao estresse térmico combinado e hipóxia elicia complexos efeitos remanescentes na responsividade ao estresse e tolerância da prole com consequências potenciais para a resiliência. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Intergenerational plasticity to cycling high temperature and hypoxia affects offspring stress responsiveness and tolerance in zebrafish: Predicted climate change-induced increases in heat waves and hypoxic events will have profound effects on fishes, yet the capacity of parents to alter offspring phenotype via non-genetic inheritance and buffer against these combined stressors is not clear. This study tested how prolonged adult zebrafish exposure to combined diel cycles of thermal stress and hypoxia affect offspring early survival and development, parental investment of cortisol and heat shock proteins (HSPs), larval offspring stress responses, and both parental and offspring heat and hypoxia tolerance. Parental exposure to the combined stressor did not affect fecundity, but increased mortality, produced smaller embryos and delayed hatching. The combined treatment also reduced maternal deposition of cortisol and increased embryo hsf1, hsp70a, HSP70, hsp90aa and HSP90 levels. In larvae, basal cortisol levels did not differ between treatments, but acute exposure to combined heat stress and hypoxia increased cortisol levels in control larvae with no effect on larvae from exposed parents. In contrast, whereas larval basal hsf1, hsp70a and hsp90aa levels differed between parental treatments, the combined acute stressor elicited similar transcriptional responses across treatments. Moreover, the combined acute stressor only induced a marked increase in HSP47 levels in the larvae derived from exposed parents. Finally, combined hypoxia and elevated temperatures increased both thermal and hypoxia tolerance in adults and conferred an increase in offspring thermal but not hypoxia tolerance. These results demonstrate that intergenerational acclimation to combined thermal stress and hypoxia elicit complex carryover effects on stress responsiveness and offspring tolerance with potential consequences for resilience. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aquecimento global é uma grande ameaça à biodiversidade; o aumento da temperatura média mais a maior frequência e intensidade de ondas de calor podem afetar severamente os organismos ao expô-los a temperaturas além de seus limites de tolerância. Ectotérmicos de desertos são particularmente vulneráveis devido à sua dependência de temperaturas ambientais em um habitat extremo. A tolerância térmica muda dependendo das condições ambientais; estudar essas flutuações proporciona uma melhor compreensão da suscetibilidade das espécies ao aquecimento global. Tenebrionídeos são táxons ectotérmicos bem-sucedidos em desertos devido a uma série de adaptações para tolerância ao calor e perda de água. Estudamos a variação sazonal (aclimatação) da tolerância térmica em Megelenophorus americanus, uma espécie amplamente distribuída no Deserto do Monte (Argentina). Para isso, medimos temperaturas ambientais e operacionais: temperatura corporal (T<inf>b</inf>), temperatura do solo (T<inf>s</inf>), temperatura do ar (T<inf>a</inf>), temperatura ambiental (T<inf>e</inf>) e temperatura máxima (T<inf>max</inf>), e indicadores de tolerância: máximo térmico voluntário (VT<inf>max</inf>), liberação de fluido (FR) e máximo térmico crítico (CT<inf>max</inf>) em uma população de M. americanus da província de San Juan, Argentina, de outubro a março (temporada completa de atividade). Descobrimos que T<inf>s</inf> e T<inf>a</inf> são preditores precisos de T<inf>b</inf>, sugerindo termoconformismo. Todos os indicadores de tolerância mostraram diferenças entre os meses, sugerindo um processo natural de aclimatação in situ. Os insetos foram encontrados operando além do VT<inf>max</inf> (estresse térmico), mas estavam longe de atingir o CT<inf>max</inf> sob condições naturais. Os organismos apresentam diferentes graus de plasticidade de tolerância que devem ser considerados ao prever os impactos potenciais das mudanças climáticas. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Temporal variation of thermal sensitivity to global warming: Acclimatization in the guitarist beetle, Megelenophorus americanus (Coleoptera: Tenebrionidae) from the Monte Desert: Global warming is a major threat to biodiversity, the increase in mean temperature plus the higher rate and intensity of heat waves can severely affect organisms by exposing them to temperatures beyond their tolerance limits. Desert ectotherms are particularly vulnerable due to their dependence on environmental temperatures in an extreme habitat. Thermal tolerance changes depending on environmental conditions, studying these fluctuations provides a better understanding of species susceptibility to global warming. Tenebrionids are successful desert-inhabiting ectotherm taxa because of a series of adaptations for heat tolerance and water loss. We studied the seasonal variation (acclimatization) of thermal tolerance in Megelenophorus americanus, a widely distributed species in the Monte Desert (Argentina). To do this, we measured environmental and operative temperatures: body temperature (T<inf>b</inf>), soil temperature (T<inf>s</inf>), air temperature (T<inf>a</inf>), environmental temperature (T<inf>e</inf>) and maximum temperature (T<inf>max</inf>), and tolerance proxies volunteer thermal maximum (VT<inf>max</inf>)<inf>,</inf> Fluid release (FR) and critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>) in a population of M. americanus from San Juan province, Argentina from October to March (full activity season). We found that T<inf>s</inf> and T<inf>a</inf> are accurate predictors of T<inf>b</inf>, suggesting thermoconformism. All tolerance proxies showed differences among months, suggesting a natural acclimatization process in situ. Insects were found operating beyond VT<inf>max</inf> (thermal stress) but they were far from reaching CT<inf>max</inf> under natural conditions. Organisms present different degrees of tolerance plasticity that should be considered when predicting potential impacts of climate change. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Em ecossistemas termicamente variáveis, as temperaturas podem mudar extensivamente em escalas de tempo horárias e sazonais, exigindo que ectotermos possuam uma ampla tolerância térmica (mínima térmica crítica [CTmin] e máxima térmica crítica [CTmax]). No entanto, não está claro se os peixes se aclimatam no laboratório de forma semelhante à sua aclimatação no campo sob variação térmica comparável. Utilizamos dados de temperatura de um pântano de maré para projetar tratamentos de aclimatação laboratorial de 21 dias (estático: 12, 17, 22, 27 °C; variação diária com média de 22 °C: i) amplitude 17-27 °C, ii) amplitude 17-27 °C com extremos irregulares dentro de 12-32 °C). Comparamos os limites térmicos em gobiões-setas (Clevelandia ios) euritermos aclimatados em laboratório e aclimatizados em campo. Peixes aclimatados em temperatura variável e aclimatizados em campo apresentaram CTmin e CTmax semelhantes. Notavelmente, os gobiões-setas mostraram plasticidade rápida em sua tolerância térmica absoluta dentro de um ciclo de maré. As temperaturas médias diárias e máximas experimentadas foram positivamente relacionadas com CTmax e CTmin, respectivamente. Este estudo demonstra que tratamentos de aclimatação laboratorial ecologicamente informados podem produzir resultados de tolerância aplicáveis a peixes selvagens. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Pairing lab and field studies to predict thermal performance of wild fish: In thermally variable ecosystems, temperatures can change extensively on hourly and seasonal timescales requiring ectotherms to possess a broad thermal tolerance (critical thermal minima [CTmin] and maxima [CTmax]). However, whether fish acclimate in the laboratory similarly as they acclimatize in the field under comparable thermal variation is unclear. We used temperature data from a tidal salt marsh to design 21-day lab-acclimation treatments (static: 12, 17, 22, 27 °C; daily variation with mean 22 °C: i) range 17-27 °C, ii) range 17-27 °C with irregular extremes within 12-32 °C). We compared thermal limits in lab-acclimated and field-acclimatized eurythermal arrow goby (Clevelandia ios). Variable temperature-acclimated and acclimatized fish had similar CTmin and CTmax. Notably, arrow gobies showed rapid plasticity in their absolute thermal tolerance within one tidal cycle. The daily mean and max temperatures experienced were positively related to CTmax and CTmin, respectively. This study demonstrates that ecologically informed lab acclimation treatments can yield tolerance results that are applicable to wild fish. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Devido à ectotermia e à alta permeabilidade de sua pele, a biologia térmica e o balanço hídrico dos anfíbios anuros são altamente influenciados por variações na temperatura ambiental e disponibilidade de água. A variação sazonal nessas variáveis climáticas é frequentemente acompanhada por ajustes concomitantes na biologia térmica e balanço hídrico dos anuros. Investigamos a variação sazonal na biologia térmica e balanço hídrico das pererecas-narigudas, Scinax fuscovarius (Anura, Hylidae), uma perereca noturna de porte médio com atividade contínua ao longo do ano. Medimos a temperatura corporal quando ativas no campo (Tcampo), preferência térmica (Tpref) em um gradiente térmico no laboratório, e as temperaturas críticas mínima e máxima (CTmin e CTmax, respectivamente). Em relação ao balanço hídrico, medimos as taxas de perda de água por evaporação (EWL) e a resistência da pele (Rs) à evaporação em três temperaturas (15, 25 e 35°C), tolerância à desidratação e taxas de absorção de água (WU), ambas a 25°C. As medições foram realizadas no meio da primavera-verão quente e úmido e do outono-inverno frio e seco. Verificamos que Tcampo, Tpref, tolerância à desidratação e WU foram maiores no período quente-úmido em comparação com o período frio-seco. As taxas de perda de água por evaporação aumentaram com a temperatura experimental, mas não variaram sazonalmente. Não houve variação sazonal na tolerância térmica para CTmax ou CTmin. Nossos dados mostram que S. fuscovarius experimenta ajustes sazonais em alguns parâmetros de sua biologia térmica e balanço hídrico, mas não em outros. Esta variação pode refletir diferentes níveis de plasticidade entre as variáveis amostradas e muito provavelmente compromissos funcionais entre a regulação da temperatura corporal e o balanço hídrico. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Seasonal Variation in Thermal Biology and Water Balance in a Year-Round Active Neotropical Treefrog, Scinax fuscovarius: Because of ectothermy and the high permeability of their skin, the thermal biology and water balance of anuran amphibians are highly influenced by variations in environmental temperature and water availability. Seasonal variation in these climatic variables are often followed by concurrent adjustments in frogs' thermal biology and water balance. We investigated seasonal variation in the thermal biology and water balance of snouted treefrogs, Scinax fuscovarius (Anura, Hylidae), a midsize nocturnal treefrog with continuous activity throughout the year. We measured body temperature when active in the field (Tfield), thermal preference (Tpref) in a thermal gradient in the laboratory, and the minimum and maximum critical temperatures (CTmin and CTmax, respectively). Regarding water balance, we measured rates of evaporative water loss (EWL) and the skin resistance (Rs) to evaporation at three temperatures (15, 25, and 358C), dehydration tolerance, and rates of water uptake (WU), both at 258C. Measurements were carried out in the middle of the hot and wet spring-summer and the cold and dry autumn-winter. We found that Tfield, Tpref, dehydration tolerance, and WU were higher in the hot-wet compared to the cold-dry season. Evaporative water loss rates increased with experimental temperature but did not vary seasonally. There was no seasonal variation in thermal tolerance for either CTmax or CTmin. Our data show that S. fuscovarius experience seasonal adjustments in some parameters of their thermal biology and water balance, but not in others. This variation may reflect different levels of plasticity among the sampled variables and quite likely functional compromises between body temperature regulation and water balance. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura em muitos ambientes aquáticos naturais segue um ciclo diário, mas até o momento sabemos pouco sobre como os ciclos térmicos diários afetam a biologia dos peixes. O presente estudo investiga o crescimento, desenvolvimento e desempenho fisiológico do salmão do Atlântico selvagem coletado nos rios Miramichi e Restigouche (NB, Canadá). Os peixes foram coletados como parr e aclimatados a ciclos térmicos diários de 16–21 ou 19–24°C durante as fases de vida de parr e smolt. Tanto o salmão do Atlântico do Miramichi quanto do Restigouche cresceram em taxas similares durante as aclimatações a 16–21 ou 19–24°C. No entanto, como smolts, as taxas de crescimento dos peixes do Miramichi (−8% de massa corporal por dia) e do Restigouche (−38% de massa corporal por dia) foram significativamente mais lentas a 19–24°C, e foram de fato negativas, indicando perda de massa neste grupo. A aclimatação a 19–24°C também aumentou a CT<inf>max</inf> do salmão do Atlântico. Nossos achados sugerem que tanto o estágio de vida quanto a origem do rio impactam o crescimento e desempenho do salmão do Atlântico na faixa térmica utilizada neste estudo. Estes achados fornecem evidências para adaptação local do salmão do Atlântico, maior vulnerabilidade ao aquecimento das temperaturas, e destacam os impactos diferenciais destes ciclos térmicos diários ecologicamente relevantes sobre os estágios de vida juvenis nesta espécie. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The impacts of diel thermal variability on growth, development and performance of wild Atlantic salmon (Salmo salar) from two thermally distinct rivers: Temperature in many natural aquatic environments follows a diel cycle, but to date, we know little on how diel thermal cycles affect fish biology. The current study investigates the growth, development and physiological performance of wild Atlantic salmon collected from the Miramichi and Restigouche rivers (NB, Canada). Fish were collected as parr and acclimated to either 16–21 or 19–24◦C diel thermal cycles throughout the parr and smolt life stages. Both Miramichi and Restigouche Atlantic salmon parr grew at similar rates during 16–21 or 19–24◦C acclimations. However, as smolts, the growth rates of the Miramichi (−8% body mass day−1) and Restigouche (−38% body mass day−1) fish were significantly slower at 19–24◦C, and were in fact negative, indicating loss of mass in this group. Acclimation to 19–24◦C also increased Atlantic salmon CT<inf>max</inf>. Our findings suggest that both life stage and river origin impact Atlantic salmon growth and performance in the thermal range used herein. These findings provide evidence for local adaptation of Atlantic salmon, increased vulnerability to warming temperatures, and highlight the differential impacts of these ecologically relevant diel thermal cycles on the juvenile life stages in this species. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

As escalas espaço-temporais têm uma influência clara na distribuição e diversidade das comunidades microbianas e devem, portanto, ser aplicadas para estudar a dinâmica dos microrganismos. A espécie de carrapato invasora Hyalomma marginatum estabeleceu-se recentemente no sul da França. Ela pode carregar patógenos de interesse médico e veterinário, incluindo o vírus da febre hemorrágica da Crimeia-Congo, Rickettsia aeschlimannii, Theileria equi e Anaplasma phagocytophilum. As comunidades patogênicas de H. marginatum foram identificadas e sua distribuição espacial caracterizada, mas sua dinâmica temporal permanece desconhecida. Carrapatos Hyalomma marginatum foram coletados de hospedeiros em intervalos mensais de fevereiro a setembro de 2022 em um local no sul da França para estudar sua presença e dinâmica temporal. Dos 281 carrapatos analisados, detectamos patógenos incluindo R. aeschlimannii, Anaplasma spp. e T. equi com taxas de infecção atingindo 47,0%, 4,6% e 11,0%, respectivamente. Um total de 14,6% dos carrapatos estavam infectados com pelo menos Theileria ou Anaplasma, com flutuações mensais variando de 2,9% a 28,6%. Padrões temporais fortes foram observados para cada patógeno detectado, particularmente para R. aeschlimannii, cujas taxas de infecção aumentaram dramaticamente no início do verão, correlacionadas com as temperaturas médias mensais no local. Com base nesses resultados, hipotetizamos que R. aeschlimannii pode ser um simbionte secundário de H. marginatum e poderia estar envolvido na resposta ao estresse por aumento de temperatura e mediar a tolerância térmica de H. marginatum. A análise das flutuações mensais e sazonais nos patógenos transmitidos por H. marginatum nos levou a concluir que o risco de infecção é baixo, mas persiste ao longo do período de atividade de H. marginatum, com um aumento notável no verão. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Temporal dynamics of the Hyalomma marginatum-borne pathogens in southern France: Spatio-temporal scales have a clear influence on microbial community distribution and diversity and should thus be applied to study the dynamics of microorganisms. The invasive tick species Hyalomma marginatum has recently become established in southern France. It may carry pathogens of medical and veterinary interest including the Crimean-Congo haemorrhagic fever virus, Rickettsia aeschlimannii, Theileria equi and Anaplasma phagocytophilum. Pathogenic communities of H. marginatum have been identified and their spatial distribution characterized, but their temporal dynamics remain unknown. Hyalomma marginatum ticks were collected from hosts at monthly intervals from February to September 2022 in a site in southern France to study their presence and temporal dynamics. Of the 281 ticks analysed, we detected pathogens including R. aeschlimannii, Anaplasma spp. and T. equi with infection rates reaching 47.0%, 4.6% and 11.0%, respectively. A total of 14.6% of ticks were infected with at least Theileria or Anaplasma, with monthly fluctuations ranging from 2.9% to 28.6%. Strong temporal patterns were observed for each pathogen detected, particularly for R. aeschlimannii, whose infection rates increased dramatically at the beginning of summer, correlated with monthly mean temperatures at the site. Based on these results, we hypothesise that R. aeschlimannii may be a secondary symbiont of H. marginatum and could be involved in the stress response to temperature increase and mediate thermal tolerance of H. marginatum. Analysis of monthly and seasonal fluctuations in pathogens transmitted by H. marginatum led us to conclude that the risk of infection is low but persists throughout the period of H. marginatum activity, with a notable increase in summer. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

N/A

Why not 35°C? Reasons for reductions in limits of human thermal tolerance and their implications: N/A

A rápida adaptação evolutiva poderia reduzir os impactos negativos das mudanças climáticas se existir suficiente herdabilidade de características-chave sob condições climáticas futuras. Respostas plásticas às mudanças climáticas também poderiam reduzir impactos negativos. Compreender quais populações são prováveis de responder via evolução ou plasticidade poderia, portanto, melhorar as estimativas de risco de extinção. Um grande corpo de pesquisa sugere que o potencial evolutivo e plástico de uma população pode ser previsto pelo grau de variação climática espacial e temporal que ela experimenta. No entanto, sabemos pouco sobre a escala em que essas relações se aplicam. Aqui, testamos se a variação espacial e temporal na temperatura afeta a variação genética e plasticidade da aptidão e uma característica-chave de tolerância térmica (máximo térmico crítico; CT<inf>max</inf>) em escalas microgeográficas usando uma metapopulação de Daphnia magna em poças de rocha de água doce. Especificamente, perguntamos se (a) há uma adaptação microgeográfica do CT<inf>max</inf> e aptidão a diferenças de temperatura entre as poças, (b) poças com maior variação temporal de temperatura têm mais variação genética ou plasticidade no CT<inf>max</inf> ou aptidão, e (c) aumentos de temperatura afetam a herdabilidade do CT<inf>max</inf> e aptidão. Embora tenhamos observado variação genética e plasticidade no CT<inf>max</inf> e aptidão, e diferenças na aptidão entre as poças, não encontramos suporte para as relações previstas entre variação de temperatura e variação genética ou plasticidade. Além disso, a variação genética e plasticidade que observamos no CT<inf>max</inf> são provavelmente insuficientes para reduzir os impactos das mudanças climáticas. A plasticidade do CT<inf>max</inf> foi mínima e a herdabilidade foi 72% menor quando D. magna se desenvolveu nas temperaturas mais altas previstas sob mudanças climáticas. Em contraste, a herdabilidade da aptidão aumentou 53% sob temperaturas mais quentes, sugerindo um aumento no potencial evolutivo geral não relacionado ao CT<inf>max</inf> sob mudanças climáticas. Mais pesquisas são necessárias para entender o potencial evolutivo e plástico sob mudanças climáticas e como esse potencial será alterado em climas futuros. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Macroecological predictors of evolutionary and plastic potential do not apply at microgeographic scales for a freshwater cladoceran under climate change: Rapid evolutionary adaptation could reduce the negative impacts of climate change if sufficient heritability of key traits exists under future climate conditions. Plastic responses to climate change could also reduce negative impacts. Understanding which populations are likely to respond via evolution or plasticity could therefore improve estimates of extinction risk. A large body of research suggests that the evolutionary and plastic potential of a population can be predicted by the degree of spatial and temporal climatic variation it experiences. However, we know little about the scale at which these relationships apply. Here, we test if spatial and temporal variation in temperature affects genetic variation and plasticity of fitness and a key thermal tolerance trait (critical thermal maximum; CT<inf>max</inf>) at microgeographic scales using a metapopulation of Daphnia magna in freshwater rock pools. Specifically, we ask if (a) there is a microgeographic adaptation of CT<inf>max</inf> and fitness to differences in temperature among the pools, (b) pools with greater temporal temperature variation have more genetic variation or plasticity in CT<inf>max</inf> or fitness, and (c) increases in temperature affect the heritability of CT<inf>max</inf> and fitness. Although we observed genetic variation and plasticity in CT<inf>max</inf> and fitness, and differences in fitness among pools, we did not find support for the predicted relationships between temperature variation and genetic variation or plasticity. Furthermore, the genetic variation and plasticity we observed in CT<inf>max</inf> are unlikely sufficient to reduce the impacts of climate change. CT<inf>max</inf> plasticity was minimal and heritability was 72% lower when D. magna developed at the higher temperatures predicted under climate change. In contrast, the heritability of fitness increased by 53% under warmer temperatures, suggesting an increase in overall evolutionary potential unrelated to CT<inf>max</inf> under climate change. More research is needed to understand the evolutionary and plastic potential under climate change and how that potential will be altered in future climates. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura é indiscutivelmente um dos fatores ambientais mais críticos que impactam os organismos em níveis moleculares, organismais e ecológicos. A variação de temperatura ao longo da altitude pode causar seleção divergente nos limites térmicos críticos fisiológicos (CT<inf>MÁX</inf> e CT<inf>MÍN</inf>). Geralmente, prevê-se que populações de alta altitude suportem temperaturas ambientais mais baixas do que populações de baixa altitude. Os organismos também podem exibir plasticidade fenotípica quando a temperatura varia, embora a teoria e evidências empíricas sugiram que ectotérmicos tropicais tenham capacidade relativamente limitada de aclimatação. Para estudar o efeito da variação de temperatura ao longo de transectos altitudinais nos limites térmicos, medimos CT<inf>MÁX</inf> e CT<inf>MÍN</inf> de 934 girinos de uma espécie de rã venenosa, Epipedobates anthonyi, ao longo de dois gradientes altitudinais (200–1700 m acima do nível do mar) no sudoeste do Equador para investigar sua tolerância térmica através da altitude. Também testamos se os girinos poderiam deslocar plasticamente seus limites térmicos críticos em resposta à exposição a diferentes temperaturas representando a faixa de temperaturas que eles experimentam na natureza (20 °C, 24 °C e 28 °C). No geral, descobrimos que CT<inf>MÁX</inf> não mudou através da altitude. Em contraste, CT<inf>MÍN</inf> foi menor em altitudes mais elevadas, sugerindo que a variação altitudinal na temperatura influencia esta característica térmica. Além disso, todas as populações deslocaram seus CT<inf>MÁX</inf> e CT<inf>MÍN</inf> de acordo com as temperaturas de tratamento, demonstrando uma resposta de aclimatação. Globalmente, as tendências em CT<inf>MÍN</inf> entre populações de alta, média e baixa altitude foram mantidas apesar das respostas plásticas à temperatura de tratamento. Estes resultados demonstram que, para girinos de E. anthonyi através de gradientes altitudinais tropicais, a temperatura atua como uma força seletiva para CT<inf>MÍN</inf>, mesmo quando as populações mostram capacidades de aclimatação tanto em CT<inf>MÁX</inf> quanto em CT<inf>MÍN</inf>. Nossos achados avançam nossa compreensão sobre como a variação ambiental afeta as trajetórias evolutivas dos organismos e suas habilidades de persistir em um clima em mudança em um hotspot de biodiversidade tropical. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal limits along tropical elevational gradients: Poison frog tadpoles show plasticity but maintain divergence across elevation: Temperature is arguably one of the most critical environmental factors impacting organisms at molecular, organismal, and ecological levels. Temperature variation across elevation may cause divergent selection in physiological critical thermal limits (CT<inf>MAX</inf> and CT<inf>MIN</inf>). Generally, high elevation populations are predicted to withstand lower environmental temperatures than low elevation populations. Organisms can also exhibit phenotypic plasticity when temperature varies, although theory and empirical evidence suggest that tropical ectotherms have relatively limited ability to acclimate. To study the effect of temperature variation along elevational transects on thermal limits, we measured CT<inf>MAX</inf> and CT<inf>MIN</inf> of 934 tadpoles of a poison frog species, Epipedobates anthonyi, along two elevational gradients (200–1700 m asl) in southwestern Ecuador to investigate their thermal tolerance across elevation. We also tested if tadpoles could plastically shift their critical thermal limits in response to exposure to different temperatures representing the range of temperatures they experience in nature (20 °C, 24 °C, and 28 °C). Overall, we found that CT<inf>MAX</inf> did not change across elevation. In contrast, CT<inf>MIN</inf> was lower at higher elevations, suggesting that elevational variation in temperature influences this thermal trait. Moreover, all populations shifted their CT<inf>MAX</inf> and CT<inf>MIN</inf> according to treatment temperatures, demonstrating an acclimation response. Overall, trends in CT<inf>MIN</inf> among high, mid, and low elevation populations were maintained despite plastic responses to treatment temperature. These results demonstrate that, for tadpoles of E. anthonyi across tropical elevational gradients, temperature acts as a selective force for CT<inf>MIN</inf>, even when populations show acclimation abilities in both, CT<inf>MAX</inf> and CT<inf>MIN</inf>. Our findings advance our understanding on how environmental variation affects organisms’ evolutionary trajectories and their abilities to persist in a changing climate in a tropical biodiversity hotspot. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Organismos de água doce enfrentam múltiplas ameaças aos seus ecossistemas, incluindo o aquecimento associado às mudanças climáticas e o baixo oxigênio dissolvido (hipóxia ambiental), que estão aumentando em frequência e extensão nos sistemas de água doce. Compreender os limiares de tolerância para esses estressores ambientais, bem como a plasticidade das respostas, é fundamental para informar a conservação de espécies ameaçadas. A medição direta de espécies ameaçadas pode ser difícil, e o uso de espécies substitutas (não ameaçadas mas próximas filogeneticamente) tem sido proposto como solução, mas o grau em que os dados de espécies substitutas são representativos das espécies ameaçadas não foi amplamente validado. Neste estudo, medimos o desempenho fisiológico de duas espécies: uma listada federalmente como Ameaçada no Canadá (Mato Grosso Anogenus, Miniellus anogenus) e um congênere não ameaçado (Mato Grosso Heterodon, Miniellus heterodon). A tolerância à hipóxia (tensão crítica de oxigênio e perda de equilíbrio) e a tolerância térmica superior (CT<inf>max</inf>) foram medidas à beira do rio durante um período de 5 meses. Descobrimos que o Mato Grosso Anogenus ameaçado tinha menor tolerância tanto à temperatura elevada quanto à hipóxia do que o Mato Grosso Heterodon não ameaçado. As espécies também diferiram em suas respostas ao oxigênio dissolvido (OD) ambiental. O CT<inf>max</inf> do Mato Grosso Anogenus teve uma relação positiva com o OD, de modo que o CT<inf>max</inf> foi reduzido quando o OD ambiental era baixo, enquanto não houve efeito do OD no CT<inf>max</inf> do Mato Grosso Heterodon. O Mato Grosso Heterodon também mostrou plasticidade da tolerância à hipóxia em resposta a mudanças no OD ambiental, enquanto o Mato Grosso Anogenus mostrou pouca plasticidade. Concluímos que o Mato Grosso Anogenus pode ser mais sensível a ondas de calor e hipóxia associadas às mudanças climáticas. Também afirmamos que os pesquisadores devem ser cautelosos ao usar espécies substitutas para informar os limites de tolerância de espécies ameaçadas e destacamos o valor de medir espécies ameaçadas diretamente quando possível. Sumário Leigo Neste estudo, investigamos o uso do Mato Grosso Heterodon (Miniellus heterodon) como espécie substituta para o Mato Grosso Anogenus ameaçado (Miniellus anogenus). Descobrimos que o Mato Grosso Anogenus era menos tolerante a altas temperaturas e hipóxia e, portanto, alertamos sobre o uso de espécies substitutas para informar limiares fisiológicos de tolerância. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Seasonal variation in thermal tolerance and hypoxia tolerance of a threatened minnow and a non-imperilled congener: a cautionary tale for surrogate species in conservation: Freshwater organisms face multiple threats to their ecosystems, including warming associated with climate change and low dissolved oxygen (environmental hypoxia), which are both increasing in frequency and extent in freshwater systems. Understanding tolerance thresholds for these environmental stressors as well as the plasticity of responses is the key for informing the conservation of imperilled species. Direct measurement of imperilled species can be difficult, and the use of surrogate (non-imperilled but closely related) species has been proposed as a remedy, but the degree to which surrogate data are representative of the imperilled species has not been widely validated. In this study, we measured physiological performance of two species: one federally listed as Threatened in Canada (Pugnose Shiner, Miniellus anogenus) and a non-imperilled congener (Blackchin Shiner, Miniellusheterodon). Hypoxia tolerance (critical oxygen tension and loss of equilibrium) and upper thermal tolerance (CT<inf>max</inf>) were measured streamside over a period of 5 months. We found that the Threatened Pugnose Shiner had lower tolerance to both elevated temperature and hypoxia than the non-imperilled Blackchin Shiner. The species also differed in their responses to environmental dissolved oxygen (DO). CT<inf>max</inf> of Pugnose Shiner had a positive relationship with DO such that CT<inf>max</inf> was lowered when environmental DO was low, whereas there was no effect of DO on CT<inf>max</inf> of Blackchin Shiner. Blackchin Shiner also showed plasticity of hypoxia tolerance in response to changes in environmental DO, while Pugnose Shiner showed little plasticity. We conclude that Pugnose Shiner may be more sensitive to heat waves and hypoxia associated with climate change. We also assert that researchers should be cautious when using surrogate species to inform tolerance limits of imperilled species and highlight the value of measuring imperilled species directly when possible. Lay Summary In this study, we investigated the use of Blackchin Shiner (Miniellus heterodon) as a surrogate species for the threatened Pugnose Shiner (Miniellus anogenus). We found Pugnose Shiner was less tolerant of high temperature and hypoxia, and we therefore caution the use of surrogate species to inform physiological tolerance thresholds. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

O rápido aquecimento dos oceanos está afetando globalmente as florestas de kelp. Embora o estágio de vida do esporófito tenha sido bem estudado para muitas espécies, os estágios microscópicos de vida das laminárias têm sido pouco estudados, particularmente no que diz respeito às variações espaciais e temporais na tolerância térmica e sua interação. Investigamos a tolerância térmica de crescimento, sobrevivência, desenvolvimento e fertilização de gametófitos de Ecklonia radiata, derivados de zoósporos amostrados em dois locais na Tasmânia, Austrália, ao longo de um ano, em um gradiente de temperatura (3–30°C). Para o crescimento, encontramos um ótimo térmico relativamente estável em ~20,5°C e máximas térmicas estáveis (25,3–27,7°C). A magnitude do crescimento foi altamente variável e dependeu da estação e do local, sem padrão espacial consistente para crescimento e tamanho dos gametófitos. A sobrevivência também teve um ótimo térmico relativamente estável de ~17°C, 3°C abaixo do ótimo para crescimento. Os gametófitos cresceram como células únicas entre 5 e 25°C, mas esporófitos só foram observados entre 10 e 20°C, indicando falha reprodutiva fora desta faixa. Os resultados revelam efeitos complexos da população de origem e da estação de coleta no desempenho dos gametófitos em E. radiata, com implicações ao comparar resultados de material coletado em diferentes localidades e épocas. Na Tasmânia, os gametófitos crescem consideravelmente abaixo das máximas térmicas estimadas e dos ótimos térmicos que atualmente só são alcançados durante ondas de calor no verão, enquanto os ótimos para sobrevivência (~17°C) são frequentemente alcançados e ultrapassados durante ondas de calor, o que pode afetar a persistência e recrutamento de E. radiata em um clima mais quente. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal performance curves identify seasonal and site-specific variation in the development of Ecklonia radiata (Phaeophyceae) gametophytes and sporophytes: Rapid ocean warming is affecting kelp forests globally. While the sporophyte life stage has been well studied for many species, the microscopic life stages of laminarian kelps have been understudied, particularly regarding spatial and temporal variations in thermal tolerance and their interaction. We investigated the thermal tolerance of growth, survival, development, and fertilization of Ecklonia radiata gametophytes, derived from zoospores sampled from two sites in Tasmania, Australia, throughout a year, over a temperature gradient (3–30°C). For growth we found a relatively stable thermal optimum at ~20.5°C and stable thermal maxima (25.3–27.7°C). The magnitude of growth was highly variable and depended on season and site, with no consistent spatial pattern for growth and gametophyte size. Survival also had a relatively stable thermal optimum of ~17°C, 3°C below the optimum for growth. Gametophytes grew to single cells between 5 and 25°C, but sporophytes were only observed between 10 and 20°C, indicating reproductive failure outside this range. The results reveal complex effects of source population and season of collection on gametophyte performance in E. radiata, with implications when comparing results from material collected at different localities and times. In Tasmania, gametophytes grow considerably below the estimated thermal maxima and thermal optima that are currently only reached during summer heatwaves, whereas optima for survival (~17°C) are frequently reached and surpassed during heatwaves, which may affect the persistence and recruitment of E. radiata in a warmer climate. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Nos ecossistemas alpinos, a elevação funciona amplamente como um gradiente térmico acentuado, com comunidades vegetais expostas a flutuações regulares de temperaturas quentes e frias. Essas condições levam a uma filtragem seletiva, potencialmente contribuindo para variação em nível de espécie na tolerância térmica e divergência genética em nível populacional. Poucos estudos exploraram a amplitude das tolerâncias térmicas de plantas alpinas através de um gradiente térmico ou a variação genética subjacente às mesmas. Medimos os limites térmicos de calor (T<inf>crit-hot</inf>) e frio (T<inf>crit-cold</inf>) do fotossistema de dez espécies alpinas australianas através de gradientes de elevação e caracterizamos sua variação genética neutra. Para revelar os fatores biogeográficos por trás das assinaturas genéticas atuais, também reconstruímos mudanças temporais na adequação do habitat através das áreas de distribuição potenciais. Encontramos variação intraespecífica nos limites térmicos, mas esta não estava associada à elevação, nem sustentada por diferenciação genética em escala local. Em vez disso, a diferenciação populacional regional e a homozigosidade considerável dentro das populações podem, em parte, ser impulsionadas por contrações distribucionais, persistência de longo prazo e migrações seguindo a adequação do habitat. Nossos modelos de adequação do habitat sugerem que plantas alpinas distribuídas em climas frios podem estar ameaçadas por um clima em aquecimento. No entanto, as amplas tolerâncias térmicas observadas não refletiram essa vulnerabilidade. Esforços de conservação devem buscar compreender as variações na tolerância térmica em nível de espécie através dos microclimas alpinos. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Environmental and Biogeographic Drivers behind Alpine Plant Thermal Tolerance and Genetic Variation: In alpine ecosystems, elevation broadly functions as a steep thermal gradient, with plant communities exposed to regular fluctuations in hot and cold temperatures. These conditions lead to selective filtering, potentially contributing to species-level variation in thermal tolerance and population-level genetic divergence. Few studies have explored the breadth of alpine plant thermal tolerances across a thermal gradient or the underlying genetic variation thereof. We measured photosystem heat (T<inf>crit-hot</inf>) and cold (T<inf>crit-cold</inf>) thresholds of ten Australian alpine species across elevation gradients and characterised their neutral genetic variation. To reveal the biogeographical drivers of present-day genetic signatures, we also reconstructed temporal changes in habitat suitability across potential distributional ranges. We found intraspecific variation in thermal thresholds, but this was not associated with elevation, nor underpinned by genetic differentiation on a local scale. Instead, regional population differentiation and considerable homozygosity within populations may, in part, be driven by distributional contractions, long-term persistence, and migrations following habitat suitability. Our habitat suitability models suggest that cool-climate-distributed alpine plants may be threatened by a warming climate. Yet, the observed wide thermal tolerances did not reflect this vulnerability. Conservation efforts should seek to understand variations in species-level thermal tolerance across alpine microclimates. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Mudanças sazonais nas condições ambientais exigem respostas fisiológicas substanciais para a persistência populacional. A plasticidade fenotípica é um mecanismo comum para tolerar essas mudanças, mas para organismos com tempos de geração curtos, a adaptação rápida também pode ser um fator contribuinte. Aqui, usamos um delineamento de jardim comum (11 °C e 18 °C) para separar os impactos da adaptação da plasticidade fenotípica na tolerância térmica do copépode calanóide Acartia hudsonica coletado ao longo da primavera e verão de um único ano. Acartia hudsonica foi coletado em cinco pontos temporais ao longo da estação e a tolerância térmica foi determinada usando o máximo térmico crítico CT<inf>max</inf> seguido por medições adicionais após uma geração de jardim comum. À medida que a temperatura da superfície do mar aumentou ao longo da estação, os indivíduos coletados em campo mostraram aumentos correspondentes na tolerância térmica, mas diminuições no tamanho corporal. Apesar das diferentes tolerâncias térmicas das coletas selvagens, após uma geração de jardim comum os animais não diferiram no CT<inf>max</inf> dentro dos tratamentos térmicos. Em vez disso, houve evidências de plasticidade fenotípica onde temperaturas mais altas foram toleradas pelos animais do tratamento de 18 °C versus os do tratamento de 11 °C em todas as coletas. Apesar de diferenças persistentes entre as coletas devido a adaptação ou efeitos parentais, a aclimatação também teve efeitos significativos no tamanho corporal, com o tratamento quente resultando em indivíduos menores, consistente com a regra do tamanho-temperatura. Portanto, as diferenças na tolerância térmica e tamanho corporal observadas em A. hudsonica coletados em campo foram predominantemente impulsionadas por plasticidade em vez de adaptação. No entanto, a diminuição observada no tamanho corporal sugere que a disponibilidade de nutrientes para níveis tróficos superiores e o funcionamento do ecossistema poderiam ser impactados se as temperaturas aumentarem consistentemente sem mudança na abundância de copépodes. Este é o primeiro registro de A. hudsonica no Mar Báltico conhecido pelos autores. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Phenotypic plasticity drives seasonal thermal tolerance in a Baltic copepod: Seasonal changes in environmental conditions require substantial physiological responses for population persistence. Phenotypic plasticity is a common mechanism to tolerate these changes, but for organisms with short generation times rapid adaptation may also be a contributing factor. Here, we used a common garden design (11 °C and 18 °C) to disentangle the impacts of adaptation from phenotypic plasticity on thermal tolerance of the calanoid copepod Acartia hudsonica collected throughout spring and summer of a single year. Acartia hudsonica were collected from five time points across the season and thermal tolerance was determined using critical thermal maximum CT<inf>max</inf> followed by additional measurements after one generation of common garden. As sea surface temperature increased through the season, field collected individuals showed corresponding increases in thermal tolerance but decreases in body size. Despite different thermal tolerances of wild collections, after one generation of common garden animals did not differ in CT<inf>max</inf> within thermal treatments. Instead, there was evidence of phenotypic plasticity where higher temperatures were tolerated by the 18 °C versus the 11 °C treatment animals across all collections. Despite persisting differences between collections due to either adaptation or parental effects, acclimation also had significant effects on body size, with the warm treatment resulting in smaller individuals, consistent with the temperature size rule. Therefore, the differences in thermal tolerance and body size observed in field collected A. hudsonica were predominantly driven by plasticity rather than adaptation. However, the observed decrease in body size suggests that nutrient availability for higher trophic levels and ecosystem functioning could be impacted if temperatures consistently increase with no change in copepod abundance. This is the first record of A. hudsonica in the Baltic Sea known to the authors. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

A compreensão dos limites térmicos e da variação entre regiões geográficas é fundamental para prever como qualquer população pode responder às mudanças globais. Clines latitudinais, em particular, têm sido usados para demonstrar que as populações podem estar localmente adaptadas ao seu próprio ambiente térmico e, como resultado, nem todas as populações serão igualmente impactadas por um aumento de temperatura. Mas quão robustos são esses sinais de adaptação térmica aos outros desafios ecológicos que os animais comumente enfrentam na natureza? Mudanças sazonais na densidade populacional, disponibilidade de alimentos ou fotoperíodo são desafios ecológicos comuns que poderiam perturbar os padrões de tolerância térmica ao longo de um cline se cada população usasse diferencialmente esses sinais para antecipar temperaturas futuras e ajustar suas tolerâncias térmicas de acordo. Neste estudo, objetivamos testar a robustez de um cline na tolerância térmica a sinais simulados de heterogeneidade sazonal. Os animais experimentais foram derivados de clones da pulga-d'água australiana, Daphnia carinata, amostrados de nove populações distintas ao longo de um transecto latitudinal no Leste da Austrália. Em seguida, combinamos fatorialmente fotoperíodos de verão (18 h luz, 6 h escuro) e inverno (6 h luz, 18 h escuro) com disponibilidades alimentares altas (5 milhões de células de algas indivíduo⁻¹ dia⁻¹) e baixas (1 milhão de células de algas indivíduo⁻¹ dia⁻¹), antes de realizar ensaios de choque térmico estático para medir a tolerância térmica. Descobrimos que as tolerâncias térmicas das populações clonais foram sensíveis a ambas as medidas de mudança sazonal. Em geral, maior disponibilidade de alimentos levou a um aumento nas tolerâncias térmicas, com a magnitude do aumento variando por clone. Em contraste, uma mudança no fotoperíodo levou a alterações na ordem de classificação das tolerâncias térmicas, com a resistência ao calor aumentando para alguns clones e diminuindo para outros. No entanto, a resistência ao calor ainda diminuiu com o aumento da latitude, independentemente da manipulação dos sinais sazonais, com clones de populações do norte sempre mostrando maior resistência térmica, provavelmente impulsionada pela adaptação às condições térmicas de inverno. Embora o fotoperíodo e a disponibilidade de alimentos possam claramente moldar as tolerâncias térmicas para populações específicas, é improvável que superem os sinais predominantes de adaptação térmica e, portanto, os clines observados na resistência ao calor provavelmente permaneceram robustos a essas formas de heterogeneidade sazonal. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Anticipating change: The impact of simulated seasonal heterogeneity on heat tolerances along a latitudinal cline: An understanding of thermal limits and variation across geographic regions is central to predicting how any population may respond to global change. Latitudinal clines, in particular, have been used to demonstrate that populations can be locally adapted to their own thermal environment and, as a result, not all populations will be equally impacted by an increase in temperature. But how robust are these signals of thermal adaptation to the other ecological challenges that animals commonly face in the wild? Seasonal changes in population density, food availability, or photoperiod are common ecological challenges that could disrupt patterns of thermal tolerance along a cline if each population differentially used these signals to anticipate future temperatures and adjust their thermal tolerances accordingly. In this study, we aimed to test the robustness of a cline in thermal tolerance to simulated signals of seasonal heterogeneity. Experimental animals were derived from clones of the Australian water flea, Daphnia carinata, sampled from nine distinct populations along a latitudinal transect in Eastern Australia. We then factorially combined summer (18 h light, 6 h dark) and winter (6 h light, 18 h dark) photoperiods with high (5 million algal cells individual−1 day−1) and low (1 million algal cells individual−1 day−1) food availabilities, before performing static heat shock assays to measure thermal tolerance. We found that the thermal tolerances of the clonal populations were sensitive to both measures of seasonal change. In general, higher food availability led to an increase in thermal tolerances, with the magnitude of the increase varying by clone. In contrast, a switch in photoperiod led to rank-order changes in thermal tolerances, with heat resistance increasing for some clones, and decreasing for others. Heat resistance, however, still declined with increasing latitude, irrespective of the manipulation of seasonal signals, with clones from northern populations always showing greater thermal resistance, most likely driven by adaptation to winter thermal conditions. While photoperiod and food availability can clearly shape thermal tolerances for specific populations, they are unlikely to overwhelm overarching signals of thermal adaptation, and thus, observed clines in heat resistance will likely have remained robust to these forms of seasonal heterogeneity. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

A variação natural de temperatura em muitos ecossistemas marinhos é estocástica e imprevisível, e modelos de mudança climática indicam que essa irregularidade térmica provavelmente aumentará. A aclimatação à temperatura pode ser mais desafiadora quando as condições são altamente variáveis e estocásticas, e há uma necessidade de dados fisiológicos empíricos nestes ambientes térmicos. Usando o rivulus de mangue anfíbio e hermafrodita (Kryptolebias marmoratus), hipotetizamos que, comparado com flutuações térmicas diárias regulares de aquecimento, flutuações quentes estocásticas afetariam negativamente o desempenho fisiológico. Para testar isso, aclimatamos peixes a: (1) flutuações térmicas não estocásticas e (2) estocásticas com uma carga térmica similar (27−35°C), e (3) uma temperatura controle estável/consistente na extremidade inferior do ciclo (27°C). Determinamos que a fecundidade foi reduzida em ambos os ciclos, com a reprodução cessando em ambientes térmicos estocásticos. Peixes aclimatados a ciclos térmicos não estocásticos tiveram taxas de crescimento menores do que as dos peixes controle. A exposição a ciclos quentes e flutuantes não afetou a temperatura de emersão, e apenas ciclos diários regulares aumentaram modestamente a tolerância térmica crítica. Previmos que temperaturas cíclicas diárias quentes aumentariam a área superficial das brânquias. Notavelmente, peixes aclimatados a qualquer ciclo térmico tiveram uma área superficial branquial reduzida e massa celular intralamelar aumentada quando comparados com peixes controle. Esta diminuição da área superficial branquial com o aquecimento contrasta com o que é observado para peixes exclusivamente aquáticos e sugere uma resposta branquial preparatória para emersão nestes peixes anfíbios. Coletivamente, nossos dados revelam a importância de considerar a variabilidade térmica estocástica ao estudar os efeitos da temperatura em peixes. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Warming, stochastic diel thermal fluctuations affect physiological performance and gill plasticity in an amphibious mangrove fish: Natural temperature variation in many marine ecosystems is stochastic and unpredictable, and climate change models indicate that this thermal irregularity is likely to increase. Temperature acclimation may be more challenging when conditions are highly variable and stochastic, and there is a need for empirical physiological data in these thermal environments. Using the hermaphroditic, amphibious mangrove rivulus (Kryptolebias marmoratus), we hypothesized that compared with regular, warming diel thermal fluctuations, stochastic warm fluctuations would negatively affect physiological performance. To test this, we acclimated fish to: (1) non-stochastic and (2) stochastic thermal fluctuations with a similar thermal load (27−35°C), and (3) a stable/ consistent control temperature at the low end of the cycle (27°C). We determined that fecundity was reduced in both cycles, with reproduction ceasing in stochastic thermal environments. Fish acclimated to non-stochastic thermal cycles had growth rates lower than those of control fish. Exposure to warm, fluctuating cycles did not affect emersion temperature, and only regular diel cycles modestly increased critical thermal tolerance. We predicted that warm diel cycling temperatures would increase gill surface area. Notably, fish acclimated to either thermal cycle had a reduced gill surface area and increased intralamellar cell mass when compared with control fish. This decreased gill surface area with warming contrasts with what is observed for exclusively aquatic fish and suggests a preparatory gill response for emersion in these amphibious fish. Collectively, our data reveal the importance of considering stochastic thermal variability when studying the effects of temperature on fishes. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura impacta significativamente a fisiologia dos ectotérmicos, com a tolerância térmica e as características metabólicas tipicamente variando com a latitude ao longo das distribuições das espécies. No entanto, os fatores que determinam essa variação permanecem pouco claros, apesar das óbvias consequências para a persistência populacional e conservação diante das mudanças globais em curso. Este estudo explorou a adaptação local e a plasticidade fenotípica das taxas metabólicas e limites térmicos no besouro de poças rochosas supralitorais Ochthebius lejolisii. Utilizando populações de localidades em extremos opostos da distribuição da espécie que experimentam variabilidade térmica contrastante, testamos simultaneamente dois dos principais paradigmas da ecologia fisiológica espacial: a adaptação metabólica ao frio (MCA) e a hipótese da variabilidade climática (CVH). A aclimatação recíproca foi conduzida sob regimes de temperatura de primavera de ambas as localidades, incorporando a variação diurna local. As taxas metabólicas foram medidas por respirometria fechada, e os limites de tolerância térmica estimados por termografia. Em conformidade com a MCA, a população de maior latitude (clima mais frio) apresentou taxas metabólicas e coeficientes de temperatura (Q<inf>10</inf>) mais elevados em temperaturas mais baixas do que a população de menor latitude. Como previsto pela CVH, a população de menor latitude (clima mais variável) apresentou maior tolerância térmica superior, mas apenas a população de maior latitude foi capaz de aclimatar os limites térmicos superiores. Este resultado sugere compensações entre os limites térmicos fisiológicos e a plasticidade térmica nesta espécie. Uma capacidade de aclimatação limitada pode tornar as populações nas costas mediterrâneas especialmente vulneráveis diante dos aumentos projetados nas temperaturas extremas sob as mudanças climáticas em curso. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Testing metabolic cold adaptation and the climatic variability hypothesis in two latitudinally distant populations of a supratidal water beetle: Temperature significantly impacts ectotherm physiology, with thermal tolerance and metabolic traits typically varying with latitude across species ranges. The drivers of this variation remain unclear, however, despite obvious consequences for population persistence and conservation in the face of ongoing global change. This study explored local adaptation and phenotypic plasticity of metabolic rates and thermal limits in the supratidal rockpool beetle Ochthebius lejolisii. Using populations from localities at different ends of the species range that experience contrasting thermal variability, we simultaneously tested two of the major paradigms of spatial physiological ecology: metabolic cold adaptation (MCA) and the climatic variability hypothesis (CVH). Reciprocal acclimation was conducted under spring temperature regimes of both localities, incorporating local diurnal variation. Metabolic rates were measured by closed respirometry, and thermal tolerance limits estimated through thermography. In line with MCA, the higher-latitude population (colder climate) showed higher metabolic rates and temperature coefficients (Q<inf>10</inf>s) at lower temperatures than the lower-latitude population. As predicted by the CVH, the lower-latitude population (more variable climate) showed higher upper thermal tolerance but only the higher-latitude population was able to acclimate upper thermal limits. This result suggests trade-offs between physiological thermal limits and thermal plasticity in this species. A limited acclimation capacity could make populations on Mediterranean coasts especially vulnerable in the face of projected increases in extreme temperatures under ongoing climate change. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

O estresse térmico é um dos principais fatores ambientais que prejudicam tanto a produtividade quanto a saúde dos búfalos. O presente estudo foi conduzido para estimar o limiar do índice de temperatura e umidade (THI) e as características genéticas para produção de leite de búfalas Mehsana em primeira lactação usando um modelo de dia de controle de repetibilidade univariado. Os dados incluíram 130.475 registros de produção de leite no dia de controle da primeira lactação (FLTDMY) de 13.887 búfalas Mehsana e a temperatura e umidade diárias. O modelo estatístico incluiu rebanho-dia de controle como efeitos fixos, classes de dias em lactação (DIM), idade do animal, bem como fatores aleatórios como o efeito genético aditivo (AGE) do animal em condições gerais (intercepto), AGE dos búfalos submetidos ao estresse térmico (inclinação), efeito ambiental permanente do animal em condições gerais (intercepto), efeito ambiental permanente do animal sob condições de estresse térmico (inclinação) e efeito residual aleatório. Esperava-se que os efeitos gerais e os efeitos de tolerância ao calor estivessem correlacionados, representados pelos modelos de repetibilidade da presente investigação. Os componentes de variância do FLTDMY no presente estudo foram calculados usando o método REML. O limiar para THI foi 78. No THI abaixo do limiar, a herdabilidade estimada para a característica FLTDMY foi 0,29, e a variância genética aditiva (AGV) para condições de estresse térmico foi 0. No THI de 83, a AGV para condições de estresse térmico foi maior para FLTDMY. A correlação genética do AGE geral para o AGE termotolerante foi −0,40. Os resultados indicaram que uma seleção consistente para produção de leite, evitando a tolerância térmica, pode diminuir a capacidade de tolerância térmica das búfalas Mehsana. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Estimation of the threshold for heat stress and genetic features for milk yield in Mehsana buffaloes in India: Heat stress is one of the primary environmental factors that harm both the productivity and health of buffaloes. The current study was conducted to estimate the threshold of temperature humidity index (THI)1 and genetic features for milk yield of first-lactation Mehsana buffaloes using an univariate repeatability test-day model. The data included 130,475 first lactation test-day milk yield (FLTDMY) records of 13,887 Mehsana buffaloes and the daily temperature and humidity. The statistical model included herd test day as fixed effects, days-in-milk (DIM) classes, age of the animal, as well as random factors such as the additive genetic effect (AGE) of animal in general conditions (intercept), AGE of the buffaloes subjected to heat stress (slope), permanent environmental effect of animal in general conditions (intercept), permanent environmental effect of animal under heat stress conditions (slope) and random residual effect. It was expected that the general effects and the heat-tolerance effects would be correlated, represented by the present investigation's repeatability models. The variance components of FLTDMY in the present study were computed using the REML method. The threshold for THI was 78. At the THI below the threshold, the heritability estimated for the FLTDMY trait was 0.29, and the additive genetic variance (AGV) for heat stress conditions was 0. At THI of 83, AGV for heat stress conditions was highest for FLTDMY. The genetic correlation of general AGE to heat-tolerant AGE was −0.40. The results indicated that a consistent selection for milk production, avoiding the thermal tolerance, may diminish the thermal tolerance capacity of Mehsana buffaloes. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

O Mar Mediterrâneo fornece um terreno fértil para compreender a complexa interação entre espécies invasoras e habitats nativos, particularmente no contexto das mudanças climáticas. Este estudo de tolerância térmica revela a notável capacidade de Lophocladia trichoclados, uma espécie de alga vermelha que se mostrou altamente invasora, de se adaptar a temperaturas variáveis, prosperando particularmente em águas mediterrâneas mais frias, onde pode suportar temperaturas tão baixas quanto 14 °C, uma característica não observada em seu habitat nativo. Esta aclimatação rápida, ocorrendo em menos de um século, pode envolver uma compensação com a resistência a altas temperaturas. Além disso, todas as populações amostradas no Mediterrâneo compartilham o mesmo haplótipo, sugerindo uma origem comum e a possibilidade de que possamos estar enfrentando uma linhagem excepcionalmente aclimatável e invasora. Este alto grau de aclimatabilidade pode determinar a capacidade futura de dispersão em um cenário em mudança, destacando a importância de considerar tanto a aclimatação quanto a adaptação na compreensão da expansão das áreas de distribuição de espécies invasoras. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The role of species thermal plasticity for alien species invasibility in a changing climate: A case study of Lophocladia trichoclados: The Mediterranean Sea provides fertile ground for understanding the complex interplay between invasive species and native habitats, particularly within the context of climate change. This thermal tolerance study reveals the remarkable ability of Lophocladia trichoclados, a red algae species that has proven highly invasive, to adapt to varying temperatures, particularly thriving in colder Mediterranean waters, where it can withstand temperatures as low as 14 °C, a trait not observed in its native habitat. This rapid acclimation, occurring in less than a century, might entail a trade-off with high temperature resistance. Additionally, all sampled populations in the Mediterranean share the same haplotype, suggesting a common origin and the possibility that we might be facing an exceptionally acclimatable and invasive strain. This high degree of acclimatability could determine the future spread capacity in a changing scenario, highlighting the importance of considering both acclimation and adaptation in understanding the expansion of invasive species' ranges. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Mudanças rápidas nos ambientes térmicos estão ameaçando muitas espécies em todo o mundo. A aclimatização térmica pode amortecer parcialmente as espécies dos impactos dessas mudanças, mas atualmente o conhecimento sobre a dinâmica temporal da aclimatização permanece limitado. Além disso, fenótipos de aclimatização são tipicamente determinados em condições laboratoriais que carecem da variabilidade e estocasticidade que caracterizam o ambiente natural. Através de um modelo não linear distribuído com defasagem (DLNM), utilizamos dados de campo para avaliar como o momento e a magnitude de exposições térmicas passadas influenciam a tolerância térmica. Aplicamos o modelo a duas espécies escocesas de Ephemeroptera de água doce que vivem em condições térmicas naturais. Os resultados do modelo fornecem evidências de que os efeitos de endurecimento térmico rápido são dramáticos e refletem altas taxas de mudança nas temperaturas experimentadas nas últimas horas a dias. Em contraste, a magnitude da mudança de temperatura impactou a aclimatização ao longo de semanas, mas não teve impacto nas respostas de curto prazo. Nossos resultados também indicam que os indivíduos podem desaclimatizar sua tolerância ao calor em resposta a ambientes mais frios. Com base nas novas perspectivas fornecidas por esta poderosa abordagem de modelagem, recomendamos sua adoção mais ampla entre fisiologistas térmicos para facilitar insights mais nuances em contextos naturais, com o benefício adicional de fornecer evidências necessárias para melhorar o desenho de experimentos laboratoriais. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Determining critical periods for thermal acclimatisation using a distributed lag non-linear modelling approach: Rapid changes in thermal environments are threatening many species worldwide. Thermal acclimatisation may partially buffer species from the impacts of these changes, but currently, the knowledge about the temporal dynamics of acclimatisation remains limited. Moreover, acclimatisation phenotypes are typically determined in laboratory conditions that lack the variability and stochasticity that characterise the natural environment. Through a distributed lag non-linear model (DLNM), we use field data to assess how the timing and magnitude of past thermal exposures influence thermal tolerance. We apply the model to two Scottish freshwater Ephemeroptera species living in natural thermal conditions. Model results provide evidence that rapid heat hardening effects are dramatic and reflect high rates of change in temperatures experienced over recent hours to days. In contrast, temperature change magnitude impacted acclimatisation over the course of weeks but had no impact on short-term responses. Our results also indicate that individuals may de-acclimatise their heat tolerance in response to cooler environments. Based on the novel insights provided by this powerful modelling approach, we recommend its wider uptake among thermal physiologists to facilitate more nuanced insights in natural contexts, with the additional benefit of providing evidence needed to improve the design of laboratory experiments. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Teorias clássicas preveem que ambientes relativamente constantes geralmente devem favorecer especialistas, enquanto ambientes flutuantes devem selecionar generalistas. Entretanto, resultados teóricos e empíricos têm apontado que organismos generalistas podem, ao contrário, ter desempenho ruim sob flutuações. Em particular, se o generalismo é sustentado por plasticidade fenotípica, o desempenho dos generalistas deve ser modulado pelas características temporais das flutuações ambientais. Aqui, utilizamos experimentos em microcosmos de ciliados Tetrahymena thermophila e um modelo matemático para testar se o período ou a autocorrelação das flutuações térmicas mediam as ligações entre o nível de generalismo e o desempenho dos organismos sob flutuações. No experimento, flutuações térmicas consistentemente prejudicaram o desempenho em comparação com condições constantes. No entanto, a intensidade desse efeito dependeu do nível de generalismo: enquanto as linhagens mais especialistas tiveram melhor desempenho sob flutuações rápidas ou negativamente autocorrelacionadas, generalistas plásticos tiveram melhor desempenho sob flutuações lentas ou positivamente autocorrelacionadas. Nosso modelo sugere que esses efeitos das flutuações no desempenho dos organismos podem resultar de um atraso temporal na expressão da plasticidade, restringindo seus benefícios a flutuações suficientemente lentas. Este estudo aponta a necessidade de investigar mais a fundo a dinâmica temporal da plasticidade fenotípica para melhor prever suas consequências na aptidão sob flutuações ambientais. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Phenotypic plasticity and the effects of thermal fluctuations on specialists and generalists: Classical theories predict that relatively constant environments should generally favour specialists, while fluctuating environments should be selected for generalists. However, theoretical and empirical results have pointed out that generalist organisms might, on the contrary, perform poorly under fluctuations. In particular, if generalism is underlaid by phenotypic plasticity, performance of generalists should be modulated by the temporal characteristics of environmental fluctuations. Here, we used experiments in microcosms of Tetrahymena thermophila ciliates and a mathematical model to test whether the period or autocorrelation of thermal fluctuations mediate links between the level of generalism and the performance of organisms under fluctuations. In the experiment, thermal fluctuations consistently impeded performance compared with constant conditions. However, the intensity of this effect depended on the level of generalism: while the more specialist strains performed better under fast or negatively autocorrelated fluctuations, plastic generalists performed better under slow or positively autocorrelated fluctuations. Our model suggests that these effects of fluctuations on organisms’ performance may result from a time delay in the expression of plasticity, restricting its benefits to slow enough fluctuations. This study points out the need to further investigate the temporal dynamics of phenotypic plasticity to better predict its fitness consequences under environmental fluctuations. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Dados de tolerância térmica são importantes para identificar a potencial distribuição de espécies não nativas após introdução e estabelecimento. Tais dados são particularmente importantes para compreender os riscos de invasão de espécies tropicais introduzidas em climas temperados e identificar se elas podem sobreviver fora de regiões tropicais. Uma população reprodutiva do sapo tropical de unhas (Xenopus tropicalis) foi recentemente descoberta no centro-oeste da Flórida, EUA. Esta espécie totalmente aquática é nativa do cinturão de floresta tropical da África Ocidental e não havia sido documentada fora de sua área de distribuição nativa. Devido à falta de histórico de invasão, os dados sobre os limites térmicos para esta espécie são escassos. Utilizamos metodologias de letalidade crônica e térmica crítica para investigar a tolerância térmica em estágios adultos e métodos térmicos críticos em girinos. Devido ao nosso uso de ambas as metodologias, crônica e crítica, também examinamos a literatura para revelar os métodos comuns usados para investigar as temperaturas mínima e máxima em anfíbios, que foram encontrados como sendo dominados pela temperatura crítica máxima. As temperaturas letais crônicas para X. tropicalis adulto foram 9,73 °C e 36,68 °C. As temperaturas críticas foram afetadas pela temperatura de aclimatação e estágio de vida; os adultos foram mais tolerantes a temperaturas extremas. Com base nestes dados térmicos críticos e no fato de que a reprodução tende a ocorrer quando as temperaturas são adequadas para a sobrevivência, é improvável que os estágios de girino sejam afetados por temperaturas extremas. Em vez disso, a expansão da distribuição na Flórida provavelmente será limitada pelos estágios adultos. Nossos achados indicam que o sapo tropical de unhas poderia ocupar grande parte do sul da Península da Flórida e outras regiões tropicais e subtropicais em todo o mundo. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal tolerance for the tropical clawed frog, Xenopus tropicalis with comments on comparative methods for amphibian studies: Thermal tolerance data are important for identifying the potential range of non-native species following introduction and establishment. Such data are particularly important for understanding invasion risks of tropical species introduced to temperate climates and identifying whether they can survive outside tropical regions. A breeding population of the tropical clawed frog (Xenopus tropicalis) was recently discovered in west-central Florida, U.S.A. This fully aquatic species is native to the rainforest belt of west Africa and has not been documented outside its native range. Because of the lack of invasion history, data are sparse on the thermal limits for this species. We used chronic lethal and critical thermal methodologies to investigate thermal tolerance on adult stages and critical thermal methods on tadpoles. Because of our use of both chronic and critical methodologies, we also examined the literature to reveal common methods used to investigate thermal minimum and maximum temperature in amphibians, which were found to be dominated by the critical maximum. Chronic lethal temperatures for adult X. tropicalis were 9.73 °C and 36.68 °C. Critical temperatures were affected by acclimation temperature and life stage; adults were more tolerant of extreme temperatures. Based on these critical thermal data and the fact that breeding tends to occur when temperatures are suitable for survival, tadpole stages are unlikely to be affected by extreme temperatures. Instead, range expansion in Florida will likely be limited by the adult stages. Our findings indicate that the tropical clawed frog could occupy much of southern Peninsular Florida and other tropical and subtropical regions worldwide. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Ambientes de águas rasas há muito são reconhecidos pelos cientistas como sentinelas para mudanças climáticas. Ao analisar os impactos do aquecimento dos oceanos e ondas de calor marinhas (MHW) em espécies dessas áreas, podemos estimar sua plasticidade e, portanto, vulnerabilidade a desafios térmicos. Pomatoschistus microps é uma espécie de peixe bentônico entremarés que habita lagoas costeiras onde flutuações de temperatura são comuns. Aqui, testamos os efeitos de cenários "Presente" e "Verão Futuro" (22 °C e 25 °C) e suas respectivas ondas de calor (27 °C e 30 °C) versus um cenário "Controle" de 19 °C em peixes aclimatados ao calor (verão) e ao frio (inverno). Em seguida, estimamos a plasticidade fenotípica do máximo térmico crítico (CTmax), consumo de oxigênio e respostas de estresse celular (CSR). Efeitos da variação sazonal da temperatura e do peso corporal (como proxy para tamanho corporal) na tolerância térmica dos peixes também foram determinados. Peixes expostos a tratamentos de temperatura mais alta exibiram maior tolerância térmica, com esse padrão sendo consistente para peixes aclimatados ao calor e ao frio. No entanto, essa diferença foi sutil (<4,6%), sugerindo baixa capacidade de aclimatação. Não obstante, peixes aclimatados ao calor (coletados no verão) apresentaram CTmax significativamente maior do que peixes aclimatados ao frio (coletados no inverno), indicando que CTmax é influenciado pela variação térmica sazonal. O peso também representa um fator limitante para a tolerância térmica de P. microps, uma vez que animais mais pesados apresentaram menor CTmax. Nenhuma alteração no consumo de O₂, nem em biomarcadores de CSR foi detectada entre os tratamentos de temperatura, sugerindo que os peixes foram relativamente insensíveis a flutuações térmicas, independentemente da história térmica, dentro dos cenários térmicos testados. No geral, a população estudada de P. microps parece bem adaptada a variações de temperatura em seu ambiente natural, exibindo uma grande margem de segurança térmica (média de 11,02 °C). © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Shallow water fish display low phenotypic plasticity to ocean warming and extreme weather events regardless of previous thermal history: Shallow water environments have long been recognized by scientists as sentinels for climate change. By analysing the impacts of ocean warming and marine heatwaves (MHW) in species from these areas, we can estimate their plasticity and hence vulnerability to thermal challenges. Pomatoschistus microps is a benthic intertidal fish species inhabiting coastal lagoons where temperature fluctuations are common. Here, we tested the effects of “Present” and “Future summer” scenarios (22 °C and 25 °C) and their respective heatwaves (27 °C and 30 °C) versus a “Control” scenario of 19 °C on warm (summer)- and cold (winter)- acclimatized fish. Then, we estimated phenotypic plasticity of critical thermal maximum (CTmax), oxygen consumption and cellular stress responses (CSR). Temperature seasonal variation and body weight (as proxy for body size) effects on fish thermal tolerance were also determined. Fish exposed to higher temperature treatments exhibited higher thermal tolerance, with this pattern being consistent for both warm- and cold-acclimatized fish. However, this difference was subtle (<4.6 %), suggesting a low capacity for acclimation. Nonetheless, warm-acclimatized fish (collected in summer) displayed significantly higher CTmax than cold-acclimatized fish (collected in winter), indicating that CTmax is influenced by seasonal thermal variation. Weight also represents a constraint factor for P. microps thermal tolerance, as heavier animals displayed lower CTmax. No alterations in O<inf>2</inf> consumption, neither in CSR biomarkers were detected across temperature treatments, suggesting that fish were otherwise relatively insensitive to thermal fluctuations, independently of thermal history, within the thermal scenarios tested. Overall, the studied population of P. microps seems well adapted to temperature variations in their natural environment, exhibiting a large thermal safety margin (average of 11.02 °C). © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Este estudo foca na avaliação da percepção de conforto bioclimático dos turistas no contexto urbano do Porto, Portugal, especificamente nas áreas da Avenida dos Aliados e Praça da Liberdade. O estudo examina a relação entre condições meteorológicas, escolhas de vestuário dos turistas e seus níveis de atividade física. O estudo integra medições microclimáticas e pesquisas por questionário realizadas durante os verões de 2019 e 2020, e o inverno de 2019-2020. Um questionário abrangente seguindo padrões internacionais foi administrado a uma amostra representativa de 563 turistas. Os resultados mostram variações significativas na temperatura média do ar (AT), velocidade do vento (Wχ), umidade relativa (RH), radiação global (G_RAD) e temperatura radiante média total (T_MRT) ao longo dos períodos de estudo. A avaliação do Conforto Térmico Externo (OTC) baseia-se nos padrões ASHRAE 55, utilizando a escala de Voto de Sensação Térmica (TSV) e as opiniões dos turistas sobre suas preferências térmicas. As escolhas de vestuário são influenciadas pela AT, com turistas escolhendo roupas mais leves em condições mais quentes. Diferenças de gênero e idade na isolamento do vestuário (Icl) são identificadas, sugerindo potenciais diferenças na percepção do OTC. A AT variou significativamente, com um ponto de inflexão nas escolhas de vestuário em 21,7°C e uma correlação entre AT e redução de camadas de roupa (r2 = 0,846; p < 0,05). O estudo também observa variações sazonais nos níveis de atividade física dos turistas, com níveis mais altos de atividade no verão devido ao clima mais ameno (110,0 W·m⁻2). Ambientes termicamente mais confortáveis tendem a promover uma sensação de bem-estar entre os visitantes, o que afeta diretamente sua satisfação durante a estadia na cidade. Quando os turistas se sentem confortáveis com as condições térmicas do ambiente urbano, são mais propensos a explorar e desfrutar das atrações locais por períodos mais longos, melhorando assim suas experiências culturais e de lazer. Mulheres tendem a usar menos camadas de roupa do que homens no verão, refletindo potenciais diferenças na percepção do OTC. Os resultados alinham-se com estudos anteriores, indicando que o impacto do isolamento do vestuário do indivíduo (Icl) no OTC varia entre locais e culturas. Fatores culturais influenciam preferências de vestuário e tolerância térmica, enfatizando a necessidade de considerações nuances na compreensão das percepções do OTC. O estudo contribui para o entendimento do OTC dos turistas na cidade do Porto, mas também oferece contribuições relevantes para melhorar a experiência do visitante e o desenvolvimento sustentável, nomeadamente em outros contextos geográficos. A principal contribuição desta pesquisa está na análise comparativa do Icl e OTC entre turistas, baseada em medições físicas e pesquisas por questionário realizadas no verão e inverno, fornecendo insights valiosos para o design de pontos turísticos. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Clothing and Outdoor Thermal Comfort (OTC) in tourist environments: a case study from Porto (Portugal): This study focuses on assessing tourists' perception of bioclimatic comfort in the urban context of Porto, Portugal, specifically in the areas of Avenida dos Aliados and Praça da Liberdade. The study examines the relationship between meteorological conditions, tourists' clothing choices, and their physical activity levels. The study integrates microclimatic measurements and questionnaire surveys carried out during the summers of 2019 and 2020, and the winter of 2019-2020. A comprehensive questionnaire following international standards was administered to a representative sample of 563 tourists. The results show significant variations in mean air temperature (AT), wind speed (Wχ), relative humidity (RH), global radiation (G<inf>RAD</inf>), and total mean radiant temperature (T<inf>MRT</inf>) over the study periods. The assessment of Outdoor Thermal Comfort (OTC) is based on ASHRAE 55 standards, using the Thermal Sensation Vote (TSV) scale and the tourists' opinions on their thermal preferences. Clothing choices are found to be influenced by AT, with tourists choosing lighter clothing in warmer conditions. Gender and age differences in clothing insulation (Icl) are identified, suggesting potential differences in OTC perception. AT varied significantly, with an inflection point in clothing choices at 21.7°C and a correlation between AT and reduction in clothing layers (r2 = 0.846; p < 0.05). The study also observes seasonal variations in physical activity levels of tourists, with higher activity levels in summer due to milder weather (110.0 W·m⁻2). More thermally comfortable environments tend to promote a sense of well-being among visitors, which directly affects their satisfaction during their stay in the city. When tourists feel comfortable with the thermal conditions of the urban environment, they are more likely to explore and enjoy local attractions for longer periods of time, thereby enhancing their cultural and leisure experiences. Women tend to wear fewer layers of clothing than men in summer, reflecting potential differences in OTC perception. Results align with previous studies, indicating the impact of clothing insulation of individual subject (Icl) on OTC varies across locations and cultures. Cultural factors influence clothing preferences and thermal tolerance, emphasizing the need for nuanced considerations in understanding OTC perceptions. The study provides to the understanding of the OTC of tourists in the city of Porto, but also offers relevant contributions for improving the visitor experience and sustainable development, namely in other geographical contexts. The major contribution of this research lies in the comparative analysis of Icl and OTC between tourists, based on physical measurements and questionnaire surveys conducted in summer and winter, providing valuable insights for tourist spot design. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tolerância térmica dos corais está intimamente ligada às suas relações simbióticas com microrganismos fotossintéticos. No entanto, o papel compensatório potencial das bactérias fotossintéticas simbióticas no apoio à fotossíntese de Symbiodiniaceae sob temperaturas extremas de verão permanece amplamente inexplorado. Aqui, examinamos as variações sazonais nas estruturas das comunidades de Symbiodiniaceae e bactérias fotossintéticas em corais Pavona decussata da Ilha de Weizhou, Golfo de Beibu, China, com ênfase particular no papel das bactérias fotossintéticas sob condições de temperatura elevada. Nossos resultados revelaram que a densidade de Symbiodiniaceae e a concentração de Clorofila a foram mais baixas durante o verão e mais altas no inverno. Notavelmente, a comunidade bacteriana de verão foi predominantemente composta pela bactéria proteorrodopsina BD 1-7 _clade, juntamente com um aumento significativo em Cianobactérias, particularmente Synechococcus_CC9902 e Cyanobium_PCC-6307, que representaram 61,85% e 31,48% da comunidade total de Cianobactérias, respectivamente. Experimentos in vitro demonstraram que as Cianobactérias aumentaram significativamente a eficiência fotossintética de Symbiodiniaceae sob condições de alta temperatura. Esses achados sugerem que o aumento na abundância de bactérias fotossintéticas durante o verão pode mitigar os efeitos fisiológicos adversos da densidade reduzida de Symbiodiniaceae, contribuindo assim para a estabilidade dos corais. Nosso estudo destaca uma potencial interação sinérgica entre Symbiodiniaceae e bactérias fotossintéticas, enfatizando a importância de compreender essas interações dinâmicas para sustentar a resiliência dos corais contra o estresse ambiental, embora pesquisas adicionais sejam necessárias para estabelecer seu papel na prevenção do branqueamento de corais. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The Dynamics of Symbiodiniaceae and Photosynthetic Bacteria Under High-Temperature Conditions: Coral thermal tolerance is intimately linked to their symbiotic relationships with photosynthetic microorganisms. However, the potential compensatory role of symbiotic photosynthetic bacteria in supporting Symbiodiniaceae photosynthesis under extreme summer temperatures remains largely unexplored. Here, we examined the seasonal variations in Symbiodiniaceae and photosynthetic bacterial community structures in Pavona decussata corals from Weizhou Island, Beibu Gulf, China, with particular emphasis on the role of photosynthetic bacteria under elevated temperature conditions. Our results revealed that Symbiodiniaceae density and Chlorophyll a concentration were lowest during the summer and highest in the winter. Notably, the summer bacterial community was predominately composed of the proteorhodopsin bacterium BD 1–7 _clade, alongside a significant increase in Cyanobacteria, particularly Synechococcus_CC9902 and Cyanobium_PCC-6307, which represented 61.85% and 31.48% of the total Cyanobacterial community, respectively. In vitro experiments demonstrated that Cyanobacteria significantly enhanced Symbiodiniaceae photosynthetic efficiency under high-temperature conditions. These findings suggest that the increased abundance of photosynthetic bacteria during summer may mitigate the adverse physiological effects of reduced Symbiodiniaceae density, thereby contributing to coral stability. Our study highlights a potential synergistic interaction between Symbiodiniaceae and photosynthetic bacteria, emphasizing the importance of understanding these dynamic interactions in sustaining coral resilience against environmental stress, although further research is necessary to establish their role in preventing coral bleaching. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

As mudanças climáticas estão perturbando a confiabilidade do fotoperíodo como um sinal que indica mudanças sazonais na temperatura. Espécies temperadas e árticas são especialmente vulneráveis a este descompasso entre fotoperíodo e temperatura porque os invernos estão aquecendo mais rapidamente nessas áreas em relação ao resto do mundo. Organismos que dependem de fotoperíodos de outono para desencadear adaptações fisiológicas para sobreviver ao inverno podem cronometrar incorretamente o início do inverno e exibir respostas mal-adaptativas. Expusemos um anfíbio tolerante ao congelamento, a perereca-cinza-oriental (Hyla versicolor), à variação no fotoperíodo e medimos suas reservas de crioprotetores (glicogênio armazenado no fígado), tolerância térmica e crescimento pós-metamórfico. Criamos pererecas sob três fotoperíodos começando no desenvolvimento do ovo até o estágio juvenil no contexto de um ambiente de crescimento quente. Ao final do experimento, os juvenis estavam sob fotoperíodos simulando final de junho, final de setembro e início de novembro (início, médio e final, respectivamente). Mostramos que pererecas sob o fotoperíodo de final de estação acumularam grandes reservas de crioprotetores (ou seja, 'anticongelante') e exibiram maior tolerância ao frio. Pererecas criadas sob o fotoperíodo de final de estação apresentaram tanto maiores concentrações de glicogênio no tecido hepático quanto fígados maiores em comparação com indivíduos dos outros fotoperíodos. Isso resultou em pererecas do fotoperíodo de final de estação exibindo 13,8 vezes mais glicogênio hepático total em comparação com pererecas no fotoperíodo de início de estação e 8,2 vezes mais reservas do que pererecas no fotoperíodo de estação média. Pererecas sob um fotoperíodo de final de estação também exibiram um menor mínimo térmico crítico, mas não um máximo térmico crítico, em comparação com pererecas do fotoperíodo de início de estação. No entanto, pererecas no fotoperíodo de final de estação também tiveram taxas de crescimento específicas por tamanho reduzidas durante o estágio juvenil, indicando um custo potencial para essas estratégias fisiológicas de invernada. O fotoperíodo sozinho, sem diminuições de temperatura, induziu todas essas mudanças fisiológicas. Nossos resultados destacam a importância do fotoperíodo como um sinal para a preparação da invernada em um anfíbio norte-americano amplamente distribuído. No entanto, à medida que as mudanças climáticas continuam a expandir a estação de crescimento, organismos que dependem do fotoperíodo para se preparar para a invernada podem, portanto, entrar em uma armadilha ecológica onde o fotoperíodo não sinaliza mais com precisão as mudanças sazonais na temperatura. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Freeze-tolerant frogs accumulate cryoprotectants using photoperiod: A potential ecological trap: Climate change is disrupting the reliability of photoperiod as a cue signalling seasonal changes in temperature. Temperate and Arctic species are especially vulnerable to this mismatch between photoperiod and temperature because winters are warming more rapidly in these areas relative to the rest of the world. Organisms relying on autumn photoperiods to trigger physiological adaptations to survive winter may incorrectly time the onset of winter and exhibit maladaptive responses. We exposed a freeze-tolerant amphibian, the eastern gray treefrog (Hyla versicolor), to variation in photoperiod and measured its cryoprotectant reserves (glycogen stored in the liver), thermal tolerance and post-metamorphic growth. We raised treefrogs under three photoperiods starting at egg development through the juvenile stage in the context of a warm growing environment. By the end of the experiment, juveniles were under photoperiods simulating late June, late September and early November (early, average and late, respectively). We show that gray treefrogs under the late-season photoperiod accumulated large reserves of cryoprotectants (i.e. ‘antifreeze’) and exhibited greater cold tolerance. Treefrogs raised under the late-season photoperiod had both higher concentrations of glycogen in liver tissue and larger livers compared to individuals from the other photoperiods. This resulted in treefrogs from the late-season photoperiod exhibiting 13.8 times more total liver glycogen compared to treefrogs in the early-season photoperiod and 8.2 times more reserves than treefrogs in the average-season photoperiod. Treefrogs under a late-season photoperiod also exhibited a lower critical thermal minimum but not critical thermal maximum compared to treefrogs from the early-season photoperiod. However, treefrogs in the late-season photoperiod also had reduced size-specific growth rates during the juvenile stage, indicating a potential cost to these physiological overwintering strategies. Photoperiod alone, without decreases in temperature, induced all of these physiological changes. Our results highlight the importance of photoperiod as a cue for overwintering preparation in a widespread North American amphibian. However, as climate change continues to expand the growing season, organisms relying on photoperiod to prepare for overwintering may therefore enter an ecological trap where photoperiod no longer accurately signals seasonal changes in temperature. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

As aves marinhas reprodutoras do Ártico têm experimentado declínios populacionais dramáticos nas últimas décadas. A população de mandriões-do-ártico (Stercorarius parasiticus) nidificando nas Ilhas Faroé, Atlântico Norte, reproduz-se perto do limite sul de sua área de reprodução e está experimentando alguns dos maiores declínios. Acredita-se que isso seja causado em parte pelo aumento do aquecimento devido às mudanças climáticas e, portanto, está se tornando crítico investigar os efeitos proximais e últimos do ambiente térmico na fisiologia parental, comportamento e sucesso reprodutivo. Observações comportamentais em uma colônia de monitoramento de longo prazo de mandriões-do-ártico foram realizadas durante a estação reprodutiva de 2016 para determinar as frequências de ofegamento termorregulatório e eventos de incubação interrompidos. Mandriões-do-ártico incubantes mostraram comportamento termorregulatório em temperaturas do ar (T<inf>a</inf>) de 9 °C, o que sugeriu que podem estar operando perto de seu limite superior de tolerância térmica. Mandriões-do-ártico gastaram significativamente mais tempo ofegando conforme T<inf>a</inf> aumenta, a velocidade do vento diminui e a exposição solar aumenta. Esta relação foi aparente mesmo dentro das faixas estreitas de T<inf>a</inf> (7,5-15 °C) e velocidade do vento (0-5 ms−1) registradas. O esforço de incubação não foi contínuo, com as aves deixando o ninho por até 100% do bloco de observação. Embora não tenhamos encontrado relação entre incubação interrompida e condições ambientais, o ofegamento foi observado apenas em aves que estavam simultaneamente incubando ovos. Estes resultados destacam as restrições sobre as aves durante a fase de incubação da reprodução e indicam um comportamento potencialmente maladaptativo de manter a incubação apesar do aumento do custo da termorregulação sob temperaturas mais quentes nesta espécie. No entanto, a relação entre estresse térmico, ausência do ninho e parâmetros demográficos permanece obscura, destacando a importância de estudos longitudinais e/ou de alta resolução que se concentrem em especialistas do Ártico e nas inter-relações entre fatores ambientais, taxas de ausência do ninho e produtividade. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal stress during incubation in an arctic breeding seabird: Arctic breeding seabirds have experienced dramatic population declines in recent decades. The population of Arctic skuas (Stercorarius parasiticus) nesting on the Faroe Islands, North Atlantic, breed near the southern extent of their breeding range and are experiencing some of the largest declines. This is thought to be caused in part by increased warming due to climate change and thus, it is becoming critical to investigate the proximate and ultimate effects of the thermal environment on parental physiology, behaviour and breeding success. Behavioural observations at an Arctic skua long-term monitoring colony were undertaken during the 2016 breeding season to determine the frequencies of thermoregulatory panting, and interrupted incubation events. Incubating Arctic skuas showed thermoregulatory behaviour at air temperatures (T<inf>a</inf>) of 9 °C, which suggested that they may be operating near their upper thermal tolerance limit. Arctic skuas spent significantly more time panting as T<inf>a</inf> increases, wind speed decreases and sun exposure increases. This relationship was apparent even within the narrow ranges of T<inf>a</inf> (7.5–15 °C) and wind speed (0-5 ms−1) recorded. Incubation effort was not continuous with birds leaving the nest for up to 100% of the observation block. While we found no relationship between interrupted incubation and environmental conditions, panting was only observed in birds that were simultaneously incubating eggs. These results highlight the constraints on birds during the incubation phase of breeding, and indicate a potential maladaptive behaviour of maintaining incubation despite the increased cost of thermoregulation under warming temperatures in this species. However, the relationship between thermal stress, nest absence and demographic parameters remains unclear, highlighting the importance of longitudinal and/or high-resolution studies that focus on Arctic specialists and the interrelationships between environmental factors, nest absence rates and productivity. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

A truta arco-íris, ou mykiss (Oncorhynchus mykiss), é uma das espécies mais populares utilizadas na aquicultura e foi naturalizada mundialmente, incluindo na bacia do Balkhash na Ásia Central, que possui uma ictiofauna aborígene única. Tanto a truta arco-íris de fazendas europeias quanto a mykiss selvagem de Kamchatka foram introduzidas em alguns lagos e rios montanhosos da bacia do Balkhash há cerca de 50 anos. Este estudo investiga a distribuição atual e as características de história de vida da espécie alóctone e seu possível impacto na ictiofauna local. Este estudo mostrou que a truta arco-íris ocupa diversos habitats na bacia do Rio Ili: lagos montanhosos, rios montanhosos de fluxo rápido e rios de planície com correntes lentas e água quente (até +27 °C). As trutas arco-íris de fazendas de peixes europeias dominam o Lago Kolsay Médio montanhoso, enquanto a truta selvagem de Kamchatka ocupa o pequeno Rio Ulken Kokpak. Ambas coexistem no Rio Chilik. Contrariamente ao que ocorre em outras regiões, a distribuição da truta arco-íris na bacia do Balkhash permaneceu quase a mesma após sua introdução. Foi revelada uma ampla variabilidade intrapopulacional em termos de tamanho, taxa de crescimento e idade de maturação, aparentemente como resultado da adaptação ao novo ambiente e da competição intrapopulacional. Em particular, a taxa de crescimento diminuiu, mas a vida útil, surpreendentemente, aumentou em comparação com os peixes originalmente introduzidos. A variação intrapopulacional nos padrões de crescimento e maturação também foi observada. Foram descobertas diferenças na coloração da pele entre populações de terras altas (águas frias) e de terras baixas (águas quentes). O modo de alimentação da truta naturalizada é insetívoro (insetos imago), indicando que ocupa seu próprio nicho nas comunidades de peixes locais. A maior população de truta arco-íris foi registrada no Lago Kolsay Inferior, reduzindo a população de espécies de peixes nativas, enquanto em outras localidades, nenhum impacto negativo sobre as comunidades de peixes locais foi registrado. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.