Caracterización morfológica de hemocitos de la hembra de Dactylopius coccus Costa (Hemiptera: Coccoidea: Dactylopiidae)
Morphological characterization of hemocytes from the female Dactylopius coccus Costa (Hemiptera: Coccoidea: Dactylopiidae)
Sandra Caselín–Castro1, Celina Llanderal–Cázares1, Arturo Ramírez–Cruz2, Marcos Soto Hernández1 y José T. Méndez–Montiel3
1 Entomología y Acarología. Campus Montecillo. Colegio de Postgraduados. 56230. Montecillo, Estado de México.
2 Departamento de Morfología. Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional. Prolongación de Carpio y Plan de Ayala s/n. Col. Casco de Sto. Tomás. 11340. México, D. F.
]]> 3 División de Ciencias Forestales. Universidad Autónoma Chapingo. 56230. Chapingo, Estado de México (scaselin@colpos.mx) (llcelina@colpos.mx) (aramirezc@ipn.mx)
Recibido: Julio, 2007.
Aprobado: Marzo, 2008.
Resumen
Se determinaron y describieron cuatro tipos de hemocitos en la hembra adulta de D. coccus, mediante microscopía de contraste de fases. Se encontraron, en orden de abundancia, granulocitos, plasmatocitos, prohemocitos y oenocitoides. Los granulocitos (promedio, 25.15±2.97 µm anchura y 28.15±1.94 µm longitud), presentaron variación en tamaño y forma, además de granulaciones densas de tamaño variable en el citoplasma; núcleo central y denso, generalmente esférico y en ocasiones lobulado. Los plasmatocitos son células polimórficas de tamaño extremadamente variable (promedio 20.88±7.93 µmanchura y 24.88±8.32 µmlongitud), con citoplasma poco denso, con menos granulaciones que los granulocitos y vacuolas abundantes; su núcleo es pequeño y generalmente se encuentra en posición central. Los prohemocitos fueron el tipo más pequeño (diámetro promedio 6.84±0.05 µm) y también el más escaso y se distinguen principalmente por su tamaño y forma esférica, y por su núcleo grande y denso que ocupa la mayor parte del citoplasma. Los oenocitoides son ovales (12x15 µm), sin granulaciones en el citoplasma y con presencia de un cristal ligeramente excéntrico.
Palabras clave: Ácido carmínico, cochinilla fina, microscopía de contraste de fases.
Abstract
]]> Four types of hemocytes from adult D. coccus females were determined and identified using phase contrast microscopy. In order of abundance we found granulocytes, plasmatocytes, prohemocytes and oenocytoids. Granulocytes (average 25.15±2.97 µm wide and 28.15±1.94 µm long), varied in size and shape, and exhibiting dense granulations of varying size in the cytoplasm; the nucleus is central and dense, generally spherical and occasionally lobulate. Plasmatocytes are polymorphic cells of extremely variable size (average 20.88±7.93 µm wide and 24.88±8.32 µm long), cytoplasm is not dense, granulations are less than in granulocytes, and vacuoles are abundant; nucleus is small and generally central. Prohemocytes were the smallest type (average diameter 6.84±0.05 µm), and also the sparsest; they are distinguished mainly by their size and spherical shape and by their large dense nucleus that occupies most of the cytoplasm. The oenocytoids are oval (12x15 µm), with no granulations in the cytoplasm, but a slightly eccentric crystal is present.Key words: Carminic acid, fine cochineal, phase contrast microscopy.
INTRODUCCIÓN
La importancia de Dactylopius coccus Costa (Hemiptera: Dactylopiidae) o cochinilla fina del nopal, se debe a la presencia del ácido carmínico en el insecto, un colorante con diversas aplicaciones en la industria alimenticia, farmacéutica y cosmética (Zhang et al., 2002). Llanderal y Nieto (2001) mencionan que el ácido carmínico se encuentra en todos los estados de desarrollo del insecto y González et al. (2002) reportaron que en embriones de 10 d ya se puede observar el pigmento. Las hembras adultas son la materia prima para la extracción del colorante (Hernández–Hernández et al., 2005), por lo que varios estudios de morfología, biología y taxonomía se han efectuado con ese estado de desarrollo. Se ha sugerido que el ácido carmínico ejerce una función biológica importante en D. coccus, y que posiblemente interviene en la defensa del insecto contra ciertos depredadores (Eisner et al., 1980; Harborne, 1988).
En los insectos la hemolinfa tiene dos fracciones, el plasma y los hemocitos, responsables de la respuesta inmune humoral y celular (Chapman, 1998; Barraco y Loch, 1991). La respuesta humoral del plasma incluye la producción de péptidos y proteínas antimicrobiales, el sistema profenoloxidasa y la cascada enzimática que regula la melanización y la coagulación de la hemolinfa, así como la producción de reactivos intermedios de oxígeno y nitrógeno (Gillespie et al., 1997; Paskewitz y Gorman, 1999). Los hemocitos asumen funciones de defensa como la fagocitosis, el encapsulado, la nodulación y la coagulación, e intervienen en el metabolismo, síntesis y almacenamiento de nutrientes (Mandato et al., 1997; Howard et al., 1998; Lavine y Strand, 2002).
Joshi y Lambdin (1996) determinaron la estructura de cinco tipos de hemocitos en la cochinilla silvestre Dactylopius confusus, especie con un bajo contenido de ácido carmínico y considerada como una plaga del nopal, y establecieron que un granulocito, al que llamaron modificado (M), probablemente participa en la síntesis del ácido carmínico. Aquino et al. (2002) reportaron en la hemolinfa de D. coccus un tipo de célula al que consideraron un tipo de hemocito y denominaron cromatocito, atribuyéndole funciones de síntesis y almacenamiento de ácido carmínico. Sin embargo, ambas investigaciones carecen de los protocolos indispensables para asegurar la participación de los hemocitos en el almacenamiento o síntesis del pigmento.
Dado que la información es escasa, el objetivo de este trabajo fue determinar y describir los tipos de hemocitos presentes en la hembra adulta de D. coccus, considerando sus características morfológicas, para contribuir al conocimiento de estas células. La información está complementada con estudios de microscopía electrónica y técnicas citoquímicas.
MATERIALES Y MÉTODOS
]]> Los ejemplares de D. coccus empleados en el estudio fueron identificados mediante las claves De Haro y Claps (1995). Los insectos fueron criados con pencas de nopal (Opuntia ficus–indica) infestadas mediante el método de bolsa de tul (Aldama–Aguilera y Llanderal–Cázares, 2003). Las pencas se colocaron verticalmente a 1 m sobre el nivel del suelo, en el invernadero para cría de grana cochinilla (Campos–Figueroa y Llanderal–Cázares, 2003) con temperatura promedio de 20 °C y 70% de humedad relativa, ubicado en las instalaciones del Colegio de Postgraduados, Montecillo, Estado de México.Para caracterizar los hemocitos se usaron hembras adultas de D. coccus. La hemolinfa fresca para las preparaciones se obtuvo desprendiendo una de las patas anteriores del insecto, entre el fémur y la tibia, se depositó una gota sobre un portaobjetos y se observó. El material se analizó en la Central de Microscopía de la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas del Instituto Politécnico Nacional, con un microscopio Axiophot 1 Zeiss, una cámara digital ZVS–47 D E y el programa de captura KS400 versión 3.01.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se caracterizaron morfológicamente cuatro tipos de hemocitos en la hemolinfa de D. coccus. Sus características se describen a continuación:
Granulocitos
Fueron las células más abundantes; presentaron forma esférica, ovalada o alargada; 25.15±2.97 µm de anchura y 28.15±1.94 µm de longitud; su núcleo midió 10.81 ±1.09 µm de anchura y 13.9±2.26 µm de longitud; la relación núcleo citoplasma fue 0.30. Los granulocitos de D. coccus se caracterizaron por abundantes granulaciones de distintos tamaños, distribuidas homogéneamente en el citoplasma (Figura 1A y B). Tanto la forma de las células como las características de los granulaciones coinciden con las encontradas en los granulocitos de D. confusus por Joshi y Lambdin (1996) y en otras especies de Hemiptera como Phenacoccus manihoti y Planococcus citri (Pseudococcidae) (Russo et al., 1994) y en Rhodnius prolixus, R. robustus, R. neglectus, Triatoma infestans, Panstrongylus megistus y Dipetalogaster maximus (Triatominae) (Azambuja et al., 1991). El tamaño de estos gránulos está relacionado con el estado de desarrollo de la célula y son más grandes y prominentes en los insectos hemimetábolos (Gupta, 1985; Arnold, 1979). Arnold (1974) y Nation (2002) mencionan que las inclusiones en los granulocitos son de mucopolisácaridos y glicoproteínas. En los granulocitos de D. coccus el núcleo es pequeño, generalmente central, denso y esférico, aunque en ocasiones se observó parcialmente lobulado o formando grandes paquetes de cromatina (Figura 1B). Lackie (1988) señala que la morfología de estas células puede estar relacionada con su estado de actividad. Los granulocitos se han relacionado en insectos con funciones de respuesta inmune celular como el encapsulado, además del transporte de nutrientes (Gillespie et al., 1997; Lavine y Strand, 2002) y ser precursores de otros tipos de hemocitos (Gupta, 1985; Nation, 2002).
Plasmatocitos
Menos abundantes que los granulocitos, de forma alargada, esférica, irregular o con prolongaciones citoplasmáticas; 20.88±7.93 µm de anchura por 24.88±8.32 µm de longitud, aunque también se observaron plasmatocitos muy pequeños; el núcleo midió 8.81 ±1.56 µm de anchura y 9.32±1.42 µm de longitud; la relación núcleo citoplasma fue 0.20. El citoplasma fue poco denso, con granulaciones mucho menos abundantes que en los granulocitos (Figura 2A y B). Se observaron además vacuolas citoplasmáticas de tamaño variable, cuya presencia coincide con lo observado en plasmatocitos de R. prolixus (Azambuja et al., 1991). El núcleo de los plasmatocitos de D. coccus es central y ocasionalmente excéntrico, de forma esférica y con la cromatina difusa, una propiedad que exhiben los plasmatocitos en otros insectos como Diatraea saccharalis (Falleiros et al., 2003). En los insectos, los plasmatocitos realizan funciones de fagocitosis, encapsulado, nodulación y restauración de heridas (Gupta, 1985; Barracco y Loch, 1991; Chapman, 1998) y están considerados como formas de transición entre los prohemocitos y los granulocitos (Gupta, 1985; Nation, 2002).
Prohemocitos
]]> Estás células fueron muy poco frecuentes en D. coccus; su forma fue esférica y su tamaño pequeño: su diámetro fue 6.84±0.05 µm y el del núcleo fue 5.92±0.66 µm; la relación núcleo citoplasma fue 0.80 (Figura 3A). El citoplasma ocupa un área muy pequeña alrededor del núcleo, el cual es relativamente grande y denso. Estas características coinciden con las halladas en los prohemocitos de P. manihoti (Russo et al., 1994). Los prohemocitos son precursoras de otros tipos celulares, ya que se han observado en división mitótica (Azambuja et al., 1991; Chapman, 1998; Nation, 2002).Oenocitoides
Su forma es oval. Miden 12x15 µm. Su citoplasma es muy homogéneo y se observó un cristal ligeramente excéntrico (Figura 3B). La forma y la homogeneidad del citoplasma concuerdan con las encontradas por Azambuja et al. (1991) en varias especies de Rhodnius. La presencia del cristal en el citoplasma de estos hemocitos también se reporta en D. confusus (Joshi y Lambdin, 1996). Las células oenocitoides podrían estar involucradas en el metabolismo preliminar de fenoles para esclerotización de la cutícula (Gupta, 1985).
Además de los cuatro tipos celulares mencionados, en la hemolinfa de D. coccus se observaron corpúsculos de ácido carmínico, más pequeños que los cuatro tipos de hemocitos descritos y en ocasiones se aglomeran alrededor de un hemocito, dando la apariencia de ser un núcleo celular (Figura 4A y B). Probablemente este tipo de agrupaciones es el denominado cromatocito por Aquino et al. (2002), confundiéndolo con un tipo de hemocito, atribuyéndole funciones de síntesis y almacenamiento de ácido carmínico.
CONCLUSIONES
En la hemolinfa de hembras de D. coccus se determinó la presencia de cuatro tipos de hemocitos, y con base en su forma, tamaño y tipo de granulaciones en el citoplasma, fueron identificados como granulocitos, plasmatocitos, prohemocitos y oenocitoides, siendo los primeros los más abundantes.
LITERATURA CITADA
Aldama– Aguilera, C., y C. Llanderal–Cázares. 2003. Grana cochinilla: comparación de métodos de producción en penca cortada. Agrociencia 37: 11–19. [ Links ]
Aquino P., G., N. M. Bárcenas C., y J. Valdez C. 2002. Avances en la citología de la cochinilla del nopal en condiciones in vivo e in vitro y su biología reproductiva. In: Portillo L., M., y A. L. Vigueras G. (eds). Memoria del II Congreso Internacional de Grana Cochinilla y Colorantes Naturales y II Reunión Internacional del Grupo de Trabajo en Cochinilla, Cactusnet–FAO. Universidad de Guadalajara, México. pp: 3–35. [ Links ]
Arnold, J. W. 1974. The hemocytes of insects. In: Rockstein, M. (ed). The Physiology of Insecta. 2a. Ed. Academic Press, New York. pp: 201–254. [ Links ]
Arnold, J. W. 1979. Controversies about hemocyte types in insects. In: Gupta, A. P. (ed). Insect Hemocytes Development, Forms, Functions, and Techniques. Cambridge University Press. Cambridge. pp: 231–258. [ Links ]
Azambuja, P. de, E. S. García, and N. A. Ratcliffe. 1991. Aspects of classification of Hemiptera hemocytes from six triatomine species. Mem. Inst. Oswaldo Cruz, Río de Janeiro 86 pp:1–10. [ Links ]
Barracco, M. A., and C. T. Loch. 1991. Cellular and molecular aspects of insect immunity. Mem. Inst. Oswaldo Cruz, Río de Janeiro 86: 23–24. [ Links ]
Campos–Figueroa, M., y C. Llanderal–Cázares. 2003. Producción de grana cochinilla Dactylopius coccus (Homoptera: Dactylopiiidae) en invernadero. Agrociencia 37: 149–155. [ Links ]
Chapman, R. F. 1998. The Insects Structure and Function. Cambridge University Press. United Kingdom. pp: 94–127. [ Links ]
De Haro M. E., y L. E. Claps. 1995. Conociendo nuestra fauna III: Familia Dactylopiidae (Insecta: Homoptera): Morfología, biología e importancia económica. Instituto Superior de Entomología INSUE. Facultad de Ciencias Naturales e Instituto Miguel Lillo. Universidad Nacional de Tucumán. Serie Monográfica y Didáctica No. 19. 20 p. [ Links ]
Eisner, T. S., S. Nowicki, M. Goetz, and J. J. Meinwald. 1980. Red cochineal dye (carminic acid): its role in nature. Science 208: 1039–1042. [ Links ]
Falleiros, A. M. F., M. T. S. Bombonato, and E. A. Gregório. 2003. Ultrastructural and quantitative studies of hemocytes in the sugarcane borer, Diatraea saccharalis (Lepidoptera: Pyralidae). Braz. Arch. Biol. Tech. 46: 287–294. [ Links ]
Gillespie, J. P., M. R. Kanost, and T. Trenczek. 1997. Biological mediators of insect immunity. Annu. Rev. Entomol. 42: 611–643. [ Links ]
González G., M., N. M. Bárcenas O., G. Aquino P., J. M. Valdez C., M. L. Ortega D., e I. Ramírez R. 2002. Cultivo in vitro de células embrionarias de cochinilla (Dactylopius coccus Costa) a diferentes pH. Rev. Fitot. Mex. 25: 209–212. [ Links ]
Gupta, A. P. 1985. Cellular elements in the hemolymph. In: Kerkut, G. A., and L. l. Gilbert (eds). Comprehensive Insect Physiology, Biochemistry and Pharmacology. Pergamon, Press Oxford. pp: 401–451. [ Links ]
Harborne, J. B. 1988. Introduction to Ecological Biochemistry. 3rd. ed. Academic Press. Great Britain. 356 p. [ Links ]
Hernández–Hernández, F. de la C., F. García G. de M., I. del Río D., y H. Lanz M. 2005. La cochinilla fina del nopal, colorante mexicano para el mundo. Ciencia 56: 78–86. [ Links ]
Howard, R. W., J. S. Miller, and D. W. Stanley. 1998. The influence of bacterial species and intensity of infections on nodule formation in insects. J. Insect Physiol. 44: 157–164. [ Links ]
Joshi, P. A., and P. L. Lambdin. 1996. The ultrastructure of hemocytes in Dactylopius confusus (Cockerell), and the role of granulocytes in the synthesis of cochineal dye. Protoplasma 192: 199–216. [ Links ]
Lackie, A. M. 1988. Haemocyte behaviour. Adv. Insect Physiol. 21: 85–178. [ Links ]
Lavine, M. D., and M. R. Strand. 2002. Insect hemocytes and their role in immunity. Insect Biochem. Mol. Biol. 32: 1295–1309. [ Links ]
Llanderal C., C., y R. Nieto H. 2001. Características biológicas de la grana cochinilla del nopal (Dactylopius coccus Costa). In: Llanderal C., C., y R. Nieto H. (eds). Producción de Grana Cochinilla. Colegio de Postgraduados. México. pp: 23–30. [ Links ]
Mandato, C. A., W. L. Diehl–Jones, S. J. Moore, and R. G. H. Downer. 1997. The effects of eicosanoid biosynthesis inhibitors on prophenoloxidase activation, phagocytosis and cell spreading in Galleria melonella. J. Insect Physiol. 43: 1–8. [ Links ]
Nation, J. L. 2002. Insect Physiology and Biochemistry. CRC Press. Florida. 485 p. [ Links ]
Paskewitz, S. M., and M. J. Gorman. 1999. The global status of malaria. Am. Entomologist 45: 81–94. [ Links ]
Russo, J., M. R. Allo, J. P. Nenon, and M. Brehélin. 1994. The hemocytes of the mealybugs Phenacoccus manihoti and Planococcus citri (Insecta: Homoptera) and their role in capsule formation. Can. J. Zool. 72: 252–258. [ Links ]
Zhang, Z., L. Shi, L. Xu, and Z. Wang. 2002. The present research and utilization situation of cochineal insects in the world. For. Res. Beijing 15: 719–726. [ Links ] ]]>