Cytogenetic characterization of the ant Trachymyrmex fuscus Emery, 1934 (Formicidae: Myrmicinae: Attini) with the description of a chromosomal polymorphism

Summary

The genus Trachymyrmex is a key group in the tribe Attini because of its close phylogenetic relationship to leaf-cutter ants, Acromyrmex and Atta. Cytogenetic data are only available for five taxa of Trachymyrmex, with chromosome numbers of 2n = 12, 18, 20 and 22, and morphology with predominantly metacentric chromosomes. The aim of the present study was to characterize the karyotype of the ant Trachymyrmex fuscus Emery, 1934, by means of the number and morphology of its chromosomes, heterochromatin pattern, CMA₃ and DAPI fluorochromes in the population of two nests collected at Paraopeba, state of Minas Gerais, Brazil. Nineteen females presented 2n = 18 chromosomes (16m + 2sm) and a single male presented n = 9 (8m + 1sm). A size chromosomal polymorphism involving the short arm of the submetacentric pair was confirmed by statistical analysis, with three character conditions: heterozygous SB (with a difference in size between the short arms), standard SS (smaller short arms) and homozygote BB (bigger short arms). In the first nest, both SB and SS workers were observed. The other nest contained heterozygous (SB), homozygous (BB), and a male carrying the B chromosome (larger size). The presence of heterochromatin on all centromeric and pericentromeric chromosomes of T. fuscus suggests that the size difference observed in the submetacentric pair in the SB and BB workers is not related to the heterochromatin but to a duplication of euchromatic regions through intra- or inter- chromosomal rearrangements. The fluorochrome CMA₃ matched the C-banding markings, indicating that the heterochromatin is rich in GC base pairs. As far as we know, this is the first chromosomal polymorphism reported in the tribe Attini.

Résumé

Le genre Trachymyrmex est un groupe clé dans la tribu Attini à cause de sa proximité phylogénétique avec les fourmis coupeuses de feuilles des genres Acromyrmex and Atta. Des données cytogénétiques sont disponibles seulement pour cinq taxons de Trachymyrmex, avec le nombre chromosomal variant de 2n = 12, 18, 20, 22 et une morphologie où predominent les chromosomes métacentriques. Notre objectif est d’étudier le caryotype de la fourmi Trachymyrmex fuscus Emery, 1934, en considérant aussi le nombre et la morphologie des chromosomes, la distribution de l’hétérochromatine et des fluorochromes CMA₃ et DAPI dans la population de deux colonies récoltées à Paraopeba, état de Minas Gerais, Brésil. Dix-neuf femelles présentaient 2n = 18 chromosomes (16m + 2sm) alors qu’un unique male possédait n = 9 (8m + 1sm). Un polymorphisme chromosomique de taille impliquant le bras court de la paire submétacentrique a été confirmé par l’analyse statistique, avec trois états: hétérozygote SB (bras courts avec une différence de taille), homozygote “standard” SS (petits bras courts) et homozygote BB (bras courts plus allongés). Dans la première colonie, aussi bien des ouvrières SB que des ouvrières SS workers ont été observées. La seconde colonie renfermait des femelles hétérozygotes (SB), homozygotes (BB), et un male porteur du chromosome B (bras court allongé). La présence d’hétérochromatine sur tous les chromosomes centromériques et péricentromériques de T. fuscus suggère que la différence de taille observée dans la paire submétacentrique chez les ouvrières SB et BB n’est pas liée à l’hétérochromatine, mais à une duplication des régions euchromatiques par l’intermédiaire de réarrangements intra- ou inter-chromosomiques. Le marquage par fluorochrome CMA₃ coincide avec celui de bande C, ce qui indique que l’hétérochromatine est riche en paires de bases GC. Autant que nous sachions, il s’agit ici du premier cas connu de polymorphisme chromosomique signalé pour la tribu Attini.

Keywords:

• karyotype
• polymorphism
• chromosome banding
• evolution
• tribe Attini

Acknowledgments

This study is a part of the M.Sc. thesis of the first author. The authors are grateful to Danival J. de Souza for valuable suggestions, Pedro C. S. Carneiro, Fernando P. Reis, Leonardo L. Bhering and Kenner M. Fernandes for statistical support, Manoel J. de Souza and V & M Florestal for field support at Paraopeba. LACB and JHCD acknowledge their grants from Conselho Nacional de Pesquisa (CNPq). This research was supported by FAPEMIG (Fundação de Amparo à Pesquisa de Minas Gerais), process: APQ-00893-11.