Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2013. / ENGLISH ABSTRACT: The objectives of this research were to: (1) accurately identify chromosome homology, (2) identify chromosome rearrangements leading to diploid number variation and chromosome evolution to formulate the ancestral gerbil karyotype and distinguish homoplasy from hemiplasy, and (3) construct a phylogeny using chromosomal characters based on G-banding and fluorescence in situ hybridization (FISH) of ten gerbil species representing five genera (Gerbilliscus, Desmodillus, Psammomys, Meriones, Taterillus), with probes derived from flow-sorted chromosomes of G. paeba (GPA, 2n = 36), and polarised with the murid outgroup, Micaelamys namaquensis. All paints successfully hybridized to all ingroup and outgroup taxa. Three of the 19 G. paeba painting probes (GPA 7, 9 and X [including the X; autosome translocation in T. pygargus]) were conserved as whole chromosomes, and 16 were rearranged (GPA 1-6, 8, 10-17). Chromosome painting correctly identified the homology of the heterochromatic GPA 7, which was conserved as whole chromosomes in all gerbils. Thirteen previously misidentified G-band homologies were correctly identified with FISH; one in D. auricularis, and six each in G. kempi and G. gambianus. Homology maps identified 57 syntenic associations and that 19 rearrangements are responsible for diploid number differentiation among species. Parsimony analysis of the two matrices (syntenic association and rearrangements) retrieved a sister-species relationship between G. gambianus and G. kempi, and P. obesus and M. persicus (syntenic associations), an unresolved clade that included D. auricularis, G. gambianus, P. obesus and M. persicus (chromosome rearrangements) and a basal position for T. pygargus. Phylogenies derived from chromosomal data failed to resolve the deeper nodes. Consequently, characters were subsequently mapped on a molecular consensus tree (including a chronogram). This allowed inferences on the rate of chromosome evolution, which indicates that the basal D. auricularis is separated from Gerbilliscus by nine rearrangements (four Robertsonian fusions, five inversions), at a rate of 1.25/Myr. Gerbilliscus species evolved with an average of 10 Robertsonian rearrangements involving GPA 1–6, 8, 10 – 12, of which four are homoplasies (GPA 1-3, 5), one a potential hemiplasy (GPA 5) to southern African taxa, one a synapomorphy to G. paeba and G. tytonis (GPA 6), two synapomorphies in G. kempi and G. gambianus (GPA 11, 12), and three are synapomorphic to Gerbilliscus (GPA 4, 8, 10). Homoplasic characters across the two clades include GPA 3 (T. pygargus, G. paeba and G. tytonis) and GPA 5p-q prox (D. auricularis, P. obesus and M. persicus). Gerbilliscus (excluding G. paeba and G. tytonis) had the slowest chromosome evolutionary rate of < 1/Myr; G. paeba and G. tytonis were slightly faster at 2/Myr. The clade comprised of M. persicus, P. obesus and T. pygargus evolved faster, at a rate of 4/Myr (seven fissions, five fusions, two inversions), 2.3/Myr (seven fissions, two fusions, four inversions) and 16/Myr (eight fusions), respectively, indicating heterogeneity among Gerbillinae: A slow rate in Desmodillus and Gerbilliscus, and a fast evolutionary rate in Psammomys, Meriones and Taterillus. The putative ancestral karyotype was postulated to be 2n = 56, and included five biarmed autosomes and X chromosome, and 22 acrocentrics. This is provisional, since Brachiones, Desmodilliscus, Pachyuromys, Sekeetamys, Gerbillus and Rhombomys were not analysed. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die objektief van hierdie navorsing was om: (1) akkurate chromosoom homologie te identifiseer, (2) chromosoom herranskikkings te identifiseer wat mag lei tot diploide chromosoom getal variasie en chromosoom evolusie ten einde te formuleer die voorouer karyotiepe van “gerbils” sowel as om te onderskei tussen homoplasie en hemiplasie, en (3) die konstruksie van 'n filogenetiese boomstam gebasseer op chromosoom karakters verkry vanaf G-banding en FISH (fluoressensie in situ hibridisasie) van tien “gerbil” spesies wat vyf genera verteenwoordig (Gerbilliscus, Desmodillus, Psammomys, Meriones, Taterillus), deur van geskikte sondes gebruik te maak wat verkry in deur floei-sorteerde chromosome van G. peaba (GPA, 2n = 36), wat gepolariseerd was met die Murid buitegroep, Micealamys namaquensis. Alle chromosoom verwe het suksesvolgehibridiseer aan al die ingroep en buitegroep taxa. Drie van die 19 G.peaba verfwe (GPA 7, 9 and X (including the X; autosome translocation in T. pygargus) was bewaar as heel chromosome, en 16 herrangskik (GPA 1-6, 8, 10-17). Chromosoom verfwing kon suksesvol die homologie van die heterochromatise GPA7 identifiseer wat gekonserveerd was as heel chromosome in al die “gerbils”, wat moontlik aandui die teenwoordigheid van funksionele gene. Dertien voorheen mis geidentifiseerde G-band homologieë was gekorregeer deurmiddel van FISH, een in D. auricularis, en ses elk in G. kempi en G. gambianus. Homologie kaarte het 57 sintesiese assosiasies geidentifiseer en dat 19 herrangskikings verantwoordelik was vir diploied nommer differensiasies tussen spesies. Parsimonie analises van die twee matrikse (sinteniese assosiasies en herrangskikings) wys 'n suster-spesie verwantskap tussen G. gambianus en G. kempi, en P. obesus en M .persicus (sinteniese assosiasies), 'n unopgeloste klade wat D. auricularis, G. gambianus, P. obesus en M. persicus (chromosoom herrangskikkings) opmaak vorm die basale posisie vir Taterillus pygargus. Filogenetise boomstamme verkry vanaf die chromosomale data misluk egter om die dieper nodes op te los. Karakters was daarna geplot op 'n konsensus boom (insluitend 'n chronogram). Dit het dieper insigte toegelaat soos die tempo van chromosoom evolusie, wat aandui dat die basale D. auricularis geskei is vanaf Gerbilliscus met nege herrangskikkings (vier Robertsonian, vyf inversies) teen 'n tempo van 1.25/Mja. Gerbilliscus spesies het verander met 13 herranskikinge (11 saamsmeltings en twee inversies), waarvan vier potensiele homoplasies/hemiplasies (GPA 1-3, 5). Met die uitsluitsel van G. paeba en G. tytonis, het Gerbilliscus die laagste chromosoom evolutionêre tempo van al die “gerbils” < 1 /Mja, G. paeba en G. tytonis was ietwat vinniger met 'n tempo van 2/Mja. The klade wat bestaan uit M. persicus, P. obesus en T. pygargus verander vinniger as Desmodillus en Gerbilliscus, met 'n evolutionêre tempo van 4/Mja (sewe fissies, vyf samesmeltings, twee inversies) en 2.3 Mja (sewe fissies, twee samesmeltings, vier inversies) onderskeidelik, wat grootendeels tandem was. Die karyotiepe van Taterillus pygarus het agt samesmeltings gehad wat predominant tandem was, teen 'n tempo van 16/Mja. Terwyl meeste van die herrangskikinge synapomorfies was, was sommige homoplasties of hemiplasties. Homoplastiese karakters wat gedeel was tussen die twee klades sluit in GPA 3 (in T pygargus en G. paeba en G. tytonis) en GPA 5p-q prox (D. auricularis, P. obesus en M. persicus). GPA 5 was hemiplasties aan alle suider Afrikaanse taxa. Die analise van sinteniese assosiasies en chromosoom herrangskikings was geanaliseer in PAUP, en gepolariseer met die murid Micealamys namaquensis. Taterillus pygarus het 'n basale posisie in beide filogenetiese boomstamme. Die data stel voor dat FISH meer akkurate resultate lewer op chromosoom homologie as die streng gebruik making van banding patrone. Verder het die tempo van chromosoom evolusie gevarieër vanaf stadig (Desmodillus en Gerbilliscus) tot vinnig (Psammomys, Meriones en Taterillus), chromosoom karakters egter was nie sterk genoeg om dieper filogenetiese verwantskappe te ondersoek nie. Die voornemende voorouerlike karytiepe van “gerbils” was hier gehipotiseer as 2n = 56. Drie bevindinge resoneer uit hierdie studie. Eerstens, chromosoom verwing kon chromosoom homologieë wat voorheen deur banding studies mis ge-identifiseer was korrek identifiseer: hierdie sluit in een konflik in D. auricularis, en ses elk vir G. kempi en G. gambianus. Tweedens, die homologie van die heterochromatiese of C-positiewe autosome, GPA 7, was gedemonstreer as bewaar as 'n heel chromosoom as beide heterochromaties en euchromatiese chromosome in alle “gerbils”, wat aandui dat dit functionele gene dra. Derdens gebasseer op simpleisiomorfe wat geidentifiseer was vanaf die homologie kaarte en vergelykbare opleidings, hipotiseer ek dat die voorgestelde voorouer karyotiepe bestaan uit ses autosome (GPA 7, 9, 13, 15, 16, 17) en die X chromosoom, wat onveranderd gebly het tussen alle suider Afrikaanse taxa. Met die uitsluitsel van GPA 7p/7q, was almal behoue as twee-armige chromosome in die voor ouer karyotiepe. In lyn met hierdie is, 21 akrosentries GPA1p,1q, 2p, 2q, 3p, 3q, 4p, 4q, 5p, 5q, 6p, 6q, 8p, 8q, 10q, 10p, 11p,11q, 12p, 12q en 14, wat lei tot die voorgestelde voor ouerlike diploiede chromosoom getal van 2n = 56. Diè karyotiepe word voorgestel as 'n werkende hipotese deels omdat Brachiones, Desmodilliscus, Pachyuromys, Sekeetamys, Gerbillus en Rhombomys nie geanaliseer was nie, en dat die idiale buite groep vir “gerbils” van die Acomyinae nie gebruik was om die karakters te polariseer was nie.

A tirbo Oryzomyini é a mais especiosa dentre os sigmodontíneos e os estudos citogenéticos nesses roedores refletem tal diversidade exibindo uma gama excepcional de variabilidade cromossômica. O número diploide varia de 2n = 16 até 2n = 88, além disso, algumas espécies apresentam polimorfismos de cromossomos autossômicos e sexuais, assim como a presença de supernumerários. De modo a compreender melhor a variabilidade cromossômica do grupo, o presente trabalho tem como objetivo: fazer uma revisão citogenética da tribo; descrever sete novos cariótipos (Euryoryzomys sp. 2N = 58/FN = 92, Neacomys sp. 1 2N = 48/FN = 54, Neacomys sp. 2 2N = 54/FN = 62, Oecomys sp. 1 2N = 54/FN = 84, Oecomys sp. 2 2N = 64/FN = 92, Oecomys sp. 3 2N = 84/FN = 110 e Scolomys sp. 2N = 62/FN = 80); realizar um estudo de pintura cromossômica utilizando sondas cromossomo-específicas de todo o complemento cromossômico de Holochilus sciureus e alguns autossomos de Oligoryzomys moojeni em quinze espécies de Oryzomyini (Cerradomys vivoi 2n = 50, Euryoryzomys sp. 2N = 58, Holochilus sciureus 2n = 56+2Bs, Hylaeamys megacephalus 2n = 54, Neacomys spinosus 2n = 64, Neacomys sp. 1 2n = 48, Neacomys sp.2 2n = 54, Nectomys rattus 2n = 52+1B, Nectomys squamipes 2n = 56+2Bs, Oecomys sp. 1 2n = 54, Oecomys sp. 2 2n = 64, Oligoryzomys moogeni 2n = 70, Pseudoryzomys simplex 2n = 56, Scolomys sp. 2N = 62 e Sooretamys angouya 2n = 58+2Bs); e por fim fazer uma análise filogenética da tribo baseada em dados de pintura cromossômica. Os resultados mostraram uma intensa reorganização genômica envolvendo inversões pericêntricas e/ou reposicionamento centromérico, inversões paracêntricas, rearranjos Robertsonianos, fusões e/ou fissões em tandem e translocações envolvidas na diversidade e evolução cromossômica de Oryzomyini. A utilização de duas abordagens diferentes na análise filogenética mostrou qual é mais confiável e apresenta resultados similares aqueles resultantes das análises morfológicas e moleculares. Além disso, os cromossomos sexuais dessas espécies apresentaram regiões homólogas compartilhadas entre todas as espécies analisadas com amplificação espécie-específica de heterocromatina / Oryzomyini is the most specious tribe of Sigmodontinae subfamily and cytogenetic studies of these rodents reflect such diversity displaying an exceptional range of karyotype variability. Diploid number vary from 2n = 16 to 2n = 88, in addition, some species present autosomal and sex chromosomes polymorphisms, besides the presence of B chromosomes. In order to understand the actual karyotype variability of Oryzomyini we present: a cytogenetic review of the tribe in order to rescue all chromosomal data available for the group; the description of seven new karyotypes (Euryoryzomys sp. 2N = 58/FN = 92, Neacomys sp. 1 2N = 48/FN = 54, Neacomys sp. 2 2N = 54/FN = 62, Oecomys sp. 1 2N = 54/FN = 84, Oecomys sp. 2 2N = 64/FN = 92, Oecomys sp. 3 2N = 84/FN = 110, and Scolomys sp. 2N = 62/FN = 80); a genome-wide comparative study using whole chromosome probes of the entirely chromosome set of Holochilus sciureus and some autosomes of Oligoryzomys moojeni in metaphases of fifteen Oryzomyini species (Cerradomys vivoi 2n = 50, Euryoryzomys sp. 2N = 58, Holochilus sciureus 2n = 56+2Bs, Hylaeamys megacephalus 2n = 54, Neacomys spinosus 2n = 64, Neacomys sp. 1 2n = 48, Neacomys sp.2 2n = 54, Nectomys rattus 2n = 52+1B, Nectomys squamipes 2n = 56+2Bs, Oecomys sp. 1 2n = 54, Oecomys sp. 2 2n = 64, Oligoryzomys moogeni 2n = 70, Pseudoryzomys simplex 2n = 56, Scolomys sp. 2N = 62, and Sooretamys angouya 2n = 58+2Bs) and; a phylogenetic analysis of Oryzomyini using chromosome painting data. The results showed an extensive chromosomal rearrangement, such as pericentric inversions or centromeric shift, paracentric inversions, Robertsonian rearrangements, tandem fusions/fissions, and translocations involved in the karyotype diversity and evolution of Oryzomyini. The use of two different approaches to perform a phylogenetic analysis based on chromosome painting data revealed which one is more trustworthy and present results more similar with molecular and morphological analysis. In addiction, the sex chromosomes of these species present homologous regions between all analysed species with amplification of species-specific heterochromatin

A tirbo Oryzomyini é a mais especiosa dentre os sigmodontíneos e os estudos citogenéticos nesses roedores refletem tal diversidade exibindo uma gama excepcional de variabilidade cromossômica. O número diploide varia de 2n = 16 até 2n = 88, além disso, algumas espécies apresentam polimorfismos de cromossomos autossômicos e sexuais, assim como a presença de supernumerários. De modo a compreender melhor a variabilidade cromossômica do grupo, o presente trabalho tem como objetivo: fazer uma revisão citogenética da tribo; descrever sete novos cariótipos (Euryoryzomys sp. 2N = 58/FN = 92, Neacomys sp. 1 2N = 48/FN = 54, Neacomys sp. 2 2N = 54/FN = 62, Oecomys sp. 1 2N = 54/FN = 84, Oecomys sp. 2 2N = 64/FN = 92, Oecomys sp. 3 2N = 84/FN = 110 e Scolomys sp. 2N = 62/FN = 80); realizar um estudo de pintura cromossômica utilizando sondas cromossomo-específicas de todo o complemento cromossômico de Holochilus sciureus e alguns autossomos de Oligoryzomys moojeni em quinze espécies de Oryzomyini (Cerradomys vivoi 2n = 50, Euryoryzomys sp. 2N = 58, Holochilus sciureus 2n = 56+2Bs, Hylaeamys megacephalus 2n = 54, Neacomys spinosus 2n = 64, Neacomys sp. 1 2n = 48, Neacomys sp.2 2n = 54, Nectomys rattus 2n = 52+1B, Nectomys squamipes 2n = 56+2Bs, Oecomys sp. 1 2n = 54, Oecomys sp. 2 2n = 64, Oligoryzomys moogeni 2n = 70, Pseudoryzomys simplex 2n = 56, Scolomys sp. 2N = 62 e Sooretamys angouya 2n = 58+2Bs); e por fim fazer uma análise filogenética da tribo baseada em dados de pintura cromossômica. Os resultados mostraram uma intensa reorganização genômica envolvendo inversões pericêntricas e/ou reposicionamento centromérico, inversões paracêntricas, rearranjos Robertsonianos, fusões e/ou fissões em tandem e translocações envolvidas na diversidade e evolução cromossômica de Oryzomyini. A utilização de duas abordagens diferentes na análise filogenética mostrou qual é mais confiável e apresenta resultados similares aqueles resultantes das análises morfológicas e moleculares. Além disso, os cromossomos sexuais dessas espécies apresentaram regiões homólogas compartilhadas entre todas as espécies analisadas com amplificação espécie-específica de heterocromatina / Oryzomyini is the most specious tribe of Sigmodontinae subfamily and cytogenetic studies of these rodents reflect such diversity displaying an exceptional range of karyotype variability. Diploid number vary from 2n = 16 to 2n = 88, in addition, some species present autosomal and sex chromosomes polymorphisms, besides the presence of B chromosomes. In order to understand the actual karyotype variability of Oryzomyini we present: a cytogenetic review of the tribe in order to rescue all chromosomal data available for the group; the description of seven new karyotypes (Euryoryzomys sp. 2N = 58/FN = 92, Neacomys sp. 1 2N = 48/FN = 54, Neacomys sp. 2 2N = 54/FN = 62, Oecomys sp. 1 2N = 54/FN = 84, Oecomys sp. 2 2N = 64/FN = 92, Oecomys sp. 3 2N = 84/FN = 110, and Scolomys sp. 2N = 62/FN = 80); a genome-wide comparative study using whole chromosome probes of the entirely chromosome set of Holochilus sciureus and some autosomes of Oligoryzomys moojeni in metaphases of fifteen Oryzomyini species (Cerradomys vivoi 2n = 50, Euryoryzomys sp. 2N = 58, Holochilus sciureus 2n = 56+2Bs, Hylaeamys megacephalus 2n = 54, Neacomys spinosus 2n = 64, Neacomys sp. 1 2n = 48, Neacomys sp.2 2n = 54, Nectomys rattus 2n = 52+1B, Nectomys squamipes 2n = 56+2Bs, Oecomys sp. 1 2n = 54, Oecomys sp. 2 2n = 64, Oligoryzomys moogeni 2n = 70, Pseudoryzomys simplex 2n = 56, Scolomys sp. 2N = 62, and Sooretamys angouya 2n = 58+2Bs) and; a phylogenetic analysis of Oryzomyini using chromosome painting data. The results showed an extensive chromosomal rearrangement, such as pericentric inversions or centromeric shift, paracentric inversions, Robertsonian rearrangements, tandem fusions/fissions, and translocations involved in the karyotype diversity and evolution of Oryzomyini. The use of two different approaches to perform a phylogenetic analysis based on chromosome painting data revealed which one is more trustworthy and present results more similar with molecular and morphological analysis. In addiction, the sex chromosomes of these species present homologous regions between all analysed species with amplification of species-specific heterochromatin

Orientadores: Eliana Regina Forni Martins, Ana Paula de Moraes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-23T11:58:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Polido_CarolinedoAmaral_D.pdf: 4429006 bytes, checksum: a6c32402c33fb0d67c72b757af07b400 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O resumo poderá ser visualizado no texto completo da tese digital quando for liberada / Abstract: The abstract is available with the full electronic document when available / Doutorado / Biologia Vegetal / Doutora em Biologia Vegetal

Com o intuito de contribuir para a compreensão da evolução cariotípica em mamíferos, realizamos estudos comparativos, utilizando a pintura cromossômica, em dois grupos basais de mamíferos, as preguiças e os marsupiais. Realizamos comparações entre os cromossomos humanos e os cromossomos das preguiças de três dedos Bradypus torquatus e Bradypus variegatus, estabelecendo as homologias. A análise conjunta de nossos dados e daqueles da literatura sobre pintura cromossômica em outras espécies de Xenarthra permitiu identificar ou confirmar sinapomorfias cromossômicas dos grupos assim como características ancestrais. Também realizamos comparações entre os cromossomos X das duas espécies de preguiça e entre os cromossomos X dos marsupiais americanos Marmosops incanus e Metachirus nudicaudatus. Os principais resultados e conclusões estão resumidos a seguir. 1. Os cariótipos de B. torquatus e B. variegatus são semelhantes quanto à correspondência com os cromossomos humanos. As duas espécies apresentaram em comum (a) a presença das associações dos cromossomos humanos (HSA) 4/8, 7/10, 7/16, 12/22, 14/15 e 17/19, (b) a conservação de HSA 5, 6, 9, 11, 13, 14, 15, 17, 18, 20 e X, (c) dois pares compartilhando homologia com HSA 2, 7, 10, 12, 19 e 22, (d) três pares, com segmentos homólogos a HSA 8 e (e) a ausência da associação ancestral de Eutheria HSA 16/19. 2. O cariótipo de B. variegatus (2n=54) é mais rearranjado em relação ao humano do que o de B. torquatus (2n=50), principalmente devido a fissões de cromossomos ancestrais, que levaram ao maior número diplóide dessa espécie. 3. Reunindo os dados para as preguiças B. variegatus e B. torquatus aos das demais espécies de Xenarthra que tiveram estabelecidas as correlações entre seus cromossomos e os cromossomos humanos, confirmamos como características presentes em todas as espécies dessa supraordem (a) a conservação de HSA 9, 13, 17, 18, 20 e X, (b) a presença de dois pares cromossômicos compartilhando homologia com HSA 19 e 22 e (c) a presença das associações HSA 4/8, 7/16, 12/22 e 14/15. 4. Confirmamos a associação HSA 7/10 e a divisão de HSA 8 em três blocos como assinaturas cromossômicas da supraordem Xenarthra, o que concorda com a monofilia do grupo. 5. Mostramos que a associação HSA 17/19, presente nos cariótipos de B. variegatus, B. torquatus e B. tridactylus, parece ser assinatura cromossômica do gênero Bradypus, apoiando a monofilia do grupo. 6. Mostramos que a associação HSA 12/22/16 parece ser uma sinapomorfia cromossômica, unindo as espécies B. variegatus e B. tridactylus. 7. Considerando a correspondência com os cromossomos humanos, verificamos que os cariótipos de B. variegatus e B. tridactylus são os mais semelhantes, no gênero Bradypus. 8. A análise das correspondências entre as sequências dos cromossomos humanos e as sequências dos cromossomos de grupos externos de mamíferos placentários (marsupial e galinha) disponíveis no banco de dados Ensembl, mostrou que a associação HSA 7/10 presente na supraordem Xenarthra também ocorre nesses grupos externos. Confirmando-se a homologia dessa associação entre os grupos, ela deveria ser classificada como ancestral de Eutheria, apoiando a posição basal dos Xenarthra na árvore filogenética dos mamíferos placentários. 9. Nossas análises comparativas permitiram propor um cariótipo ancestral de Xenarthra com número diplóide de 48 cromossomos, incluindo (a) as associações HSA 3/21, 4/8, 7/10, 7/16, 12/22 (2x), 14/15 e 16/19, (b) a conservação dos cromossomos HSA 1, 3, 4, 5, 6, 9, 11, 13, 14, 15, 17, 18, 20, 21 e X, (c) dois pares cromossômicos com homologia a HSA 2, 7, 10, 12, 16, 19 e 22 e (d) três pares com homologia a HSA 8. 10. Entre os Xenarthra, B. torquatus e C. hoffmanni, com os menores números diplóides da supraordem, apresentam os cariótipos mais conservados em relação ao cariótipo que propusemos como ancestral de Xenarthra e também em relação ao mais recente cariótipo proposto como ancestral de Eutheria. 11. A conservação da eucromatina do cromossomo X foi evidenciada nos experimentos de pintura cromossômica interespecífica, entre as preguiças B. torquatus e B. variegatus e entre os marsupiais M. incanus e M. nudicaudatus. Os segmentos heterocromáticos desses cromossomos se mostraram divergentes, não permitindo a hibridação in situ interespecífica. / In an attempt to shed additional light on mammalian karyotype evolution, we studied, by chromosome painting, the chromosomes of species from two mammalian basal groups, sloths and marsupials. We compared human chromosomes with the chromosomes of two species of three-toed sloths, Bradypus torquatus and Bradypus variegatus, establishing homologies. Analyzing together ours and published data on chromosome painting in Xenarthra species allowed us to identify or confirm chromosome synapomorphies and ancestral characteristics. We also used chromosome painting to compare the X chromosomes of Bradypus torquatus and Bradypus variegatus as well as the X chromosomes of two American marsupials, Marmosops incanus and Metachirus nudicaudatus. Our main results and conclusions are summarized below. 1. The karyotypes of both B. torquatus and B. variegatus include (a) the human chromosomes associations HSA 4/8, 7/10, 7/16, 12/22, 14/15 and 17/19, (b) the conservation of HSA 5, 6, 9, 11, 13, 14, 15, 17, 18, 20 and X, (c) the disruption into two blocks of HSA 2, 7, 10, 12, 19 and 22, (d) three pairs sharing homologous segments with HSA 8, and (e) the absence of the ancestral eutherian association HSA 16/19. 2. B. variegatus (2n=54) presents a more rearranged karyotype, in relation to the human karyotype, than B. torquatus (2n=50), in particular due to fissions of ancestral chromosomes, which account for its higher diploid number. 3. Our data on B. variegatus and B. torquatus together with the previously published comparisons between human and Xenarthra chromosomes confirm, as characteristics common to the species of this super-order (a) the conservation of HSA 9, 13, 17, 18, 20 and X, (b) the disruption of HSA 19 and 22 into two blocks, and (c) the presence of the human chromosome associations HSA 4/8, 7/16, 12/22 and 14/15. 4. The human chromosome association HSA 7/10 and the disruption of HAS 8 into three blocks were confirmed as chromosome signatures for the super-order Xenarthra, supporting the monophyly of the group. 76 5. The HSA 17/19 association, which we demonstrated to be shared by B. variegatus, B. torquatus and B. tridactylus karyotypes, appears as a chromosome signature for the genus Bradypus, supporting the monophyly of the group. 6. The HSA 12/22/16 association seems to be a chromosome synapomorphic trait linking the species B. variegatus e B. tridactylus. 7. Take into account the correspondence between human and Bradypus chromosomes we observed that B. variegatus and B. tridactylus karyotypes are the most similar in the genus. 8. Based on the comparison of the human chromosomes sequences to the chromosomes sequences of the chicken and a marsupial species (outgroups to placental mammals), available in Ensembl database, we showed that a HSA 7/10 association, which is present in the super-order Xenarthra, is also present in the karyotype of the two outgroup species. As the homology between this chromosome association in Xenarthra and the outgroups are demonstrated, strong support for the classifications of this association as ancestral to Eutheria and of Xenarthra as a basal group in the eutherian phylogenetic tree will be given. 9. Our comparative analysis allow us to propose an ancestral Xenarthra karyotype with 2n=48, including (a) the human chromosome associations HSA 3/21, 4/8, 7/10, 7/16, 12/22 (2x), 14/15 and 16/19, (b) the conservation of HSA 1, 3, 4, 5, 6, 9, 11, 13, 14, 15, 17, 18, 20, 21 and X, (c) the disruption into two blocks of HSA 2, 7, 10, 12, 16, 19 and 22, and (d) three pairs sharing homologous segments with HSA 8. 10. Among Xenarthra species, B. torquatus and C. hoffmanni, with the lowest diploid number of the super-order, show the most conserved karyotypes in relation to our proposed ancestral Xenarthra karyotype as well as to the most recently proposed ancestral eutherian karyotype. 11. The conservation of the X chromosome euchromatin was demonstrated by interspecific chromosome painting between the sloths, B. torquatus and B. variegatus, and between the marsupials, M. incanus and M. nudicaudatus. The X chromosome heterochromatic segments were shown to be divergent in the extent to prevent in situ hybridization between species.

Com o intuito de contribuir para a compreensão da evolução cariotípica em mamíferos, realizamos estudos comparativos, utilizando a pintura cromossômica, em dois grupos basais de mamíferos, as preguiças e os marsupiais. Realizamos comparações entre os cromossomos humanos e os cromossomos das preguiças de três dedos Bradypus torquatus e Bradypus variegatus, estabelecendo as homologias. A análise conjunta de nossos dados e daqueles da literatura sobre pintura cromossômica em outras espécies de Xenarthra permitiu identificar ou confirmar sinapomorfias cromossômicas dos grupos assim como características ancestrais. Também realizamos comparações entre os cromossomos X das duas espécies de preguiça e entre os cromossomos X dos marsupiais americanos Marmosops incanus e Metachirus nudicaudatus. Os principais resultados e conclusões estão resumidos a seguir. 1. Os cariótipos de B. torquatus e B. variegatus são semelhantes quanto à correspondência com os cromossomos humanos. As duas espécies apresentaram em comum (a) a presença das associações dos cromossomos humanos (HSA) 4/8, 7/10, 7/16, 12/22, 14/15 e 17/19, (b) a conservação de HSA 5, 6, 9, 11, 13, 14, 15, 17, 18, 20 e X, (c) dois pares compartilhando homologia com HSA 2, 7, 10, 12, 19 e 22, (d) três pares, com segmentos homólogos a HSA 8 e (e) a ausência da associação ancestral de Eutheria HSA 16/19. 2. O cariótipo de B. variegatus (2n=54) é mais rearranjado em relação ao humano do que o de B. torquatus (2n=50), principalmente devido a fissões de cromossomos ancestrais, que levaram ao maior número diplóide dessa espécie. 3. Reunindo os dados para as preguiças B. variegatus e B. torquatus aos das demais espécies de Xenarthra que tiveram estabelecidas as correlações entre seus cromossomos e os cromossomos humanos, confirmamos como características presentes em todas as espécies dessa supraordem (a) a conservação de HSA 9, 13, 17, 18, 20 e X, (b) a presença de dois pares cromossômicos compartilhando homologia com HSA 19 e 22 e (c) a presença das associações HSA 4/8, 7/16, 12/22 e 14/15. 4. Confirmamos a associação HSA 7/10 e a divisão de HSA 8 em três blocos como assinaturas cromossômicas da supraordem Xenarthra, o que concorda com a monofilia do grupo. 5. Mostramos que a associação HSA 17/19, presente nos cariótipos de B. variegatus, B. torquatus e B. tridactylus, parece ser assinatura cromossômica do gênero Bradypus, apoiando a monofilia do grupo. 6. Mostramos que a associação HSA 12/22/16 parece ser uma sinapomorfia cromossômica, unindo as espécies B. variegatus e B. tridactylus. 7. Considerando a correspondência com os cromossomos humanos, verificamos que os cariótipos de B. variegatus e B. tridactylus são os mais semelhantes, no gênero Bradypus. 8. A análise das correspondências entre as sequências dos cromossomos humanos e as sequências dos cromossomos de grupos externos de mamíferos placentários (marsupial e galinha) disponíveis no banco de dados Ensembl, mostrou que a associação HSA 7/10 presente na supraordem Xenarthra também ocorre nesses grupos externos. Confirmando-se a homologia dessa associação entre os grupos, ela deveria ser classificada como ancestral de Eutheria, apoiando a posição basal dos Xenarthra na árvore filogenética dos mamíferos placentários. 9. Nossas análises comparativas permitiram propor um cariótipo ancestral de Xenarthra com número diplóide de 48 cromossomos, incluindo (a) as associações HSA 3/21, 4/8, 7/10, 7/16, 12/22 (2x), 14/15 e 16/19, (b) a conservação dos cromossomos HSA 1, 3, 4, 5, 6, 9, 11, 13, 14, 15, 17, 18, 20, 21 e X, (c) dois pares cromossômicos com homologia a HSA 2, 7, 10, 12, 16, 19 e 22 e (d) três pares com homologia a HSA 8. 10. Entre os Xenarthra, B. torquatus e C. hoffmanni, com os menores números diplóides da supraordem, apresentam os cariótipos mais conservados em relação ao cariótipo que propusemos como ancestral de Xenarthra e também em relação ao mais recente cariótipo proposto como ancestral de Eutheria. 11. A conservação da eucromatina do cromossomo X foi evidenciada nos experimentos de pintura cromossômica interespecífica, entre as preguiças B. torquatus e B. variegatus e entre os marsupiais M. incanus e M. nudicaudatus. Os segmentos heterocromáticos desses cromossomos se mostraram divergentes, não permitindo a hibridação in situ interespecífica. / In an attempt to shed additional light on mammalian karyotype evolution, we studied, by chromosome painting, the chromosomes of species from two mammalian basal groups, sloths and marsupials. We compared human chromosomes with the chromosomes of two species of three-toed sloths, Bradypus torquatus and Bradypus variegatus, establishing homologies. Analyzing together ours and published data on chromosome painting in Xenarthra species allowed us to identify or confirm chromosome synapomorphies and ancestral characteristics. We also used chromosome painting to compare the X chromosomes of Bradypus torquatus and Bradypus variegatus as well as the X chromosomes of two American marsupials, Marmosops incanus and Metachirus nudicaudatus. Our main results and conclusions are summarized below. 1. The karyotypes of both B. torquatus and B. variegatus include (a) the human chromosomes associations HSA 4/8, 7/10, 7/16, 12/22, 14/15 and 17/19, (b) the conservation of HSA 5, 6, 9, 11, 13, 14, 15, 17, 18, 20 and X, (c) the disruption into two blocks of HSA 2, 7, 10, 12, 19 and 22, (d) three pairs sharing homologous segments with HSA 8, and (e) the absence of the ancestral eutherian association HSA 16/19. 2. B. variegatus (2n=54) presents a more rearranged karyotype, in relation to the human karyotype, than B. torquatus (2n=50), in particular due to fissions of ancestral chromosomes, which account for its higher diploid number. 3. Our data on B. variegatus and B. torquatus together with the previously published comparisons between human and Xenarthra chromosomes confirm, as characteristics common to the species of this super-order (a) the conservation of HSA 9, 13, 17, 18, 20 and X, (b) the disruption of HSA 19 and 22 into two blocks, and (c) the presence of the human chromosome associations HSA 4/8, 7/16, 12/22 and 14/15. 4. The human chromosome association HSA 7/10 and the disruption of HAS 8 into three blocks were confirmed as chromosome signatures for the super-order Xenarthra, supporting the monophyly of the group. 76 5. The HSA 17/19 association, which we demonstrated to be shared by B. variegatus, B. torquatus and B. tridactylus karyotypes, appears as a chromosome signature for the genus Bradypus, supporting the monophyly of the group. 6. The HSA 12/22/16 association seems to be a chromosome synapomorphic trait linking the species B. variegatus e B. tridactylus. 7. Take into account the correspondence between human and Bradypus chromosomes we observed that B. variegatus and B. tridactylus karyotypes are the most similar in the genus. 8. Based on the comparison of the human chromosomes sequences to the chromosomes sequences of the chicken and a marsupial species (outgroups to placental mammals), available in Ensembl database, we showed that a HSA 7/10 association, which is present in the super-order Xenarthra, is also present in the karyotype of the two outgroup species. As the homology between this chromosome association in Xenarthra and the outgroups are demonstrated, strong support for the classifications of this association as ancestral to Eutheria and of Xenarthra as a basal group in the eutherian phylogenetic tree will be given. 9. Our comparative analysis allow us to propose an ancestral Xenarthra karyotype with 2n=48, including (a) the human chromosome associations HSA 3/21, 4/8, 7/10, 7/16, 12/22 (2x), 14/15 and 16/19, (b) the conservation of HSA 1, 3, 4, 5, 6, 9, 11, 13, 14, 15, 17, 18, 20, 21 and X, (c) the disruption into two blocks of HSA 2, 7, 10, 12, 16, 19 and 22, and (d) three pairs sharing homologous segments with HSA 8. 10. Among Xenarthra species, B. torquatus and C. hoffmanni, with the lowest diploid number of the super-order, show the most conserved karyotypes in relation to our proposed ancestral Xenarthra karyotype as well as to the most recently proposed ancestral eutherian karyotype. 11. The conservation of the X chromosome euchromatin was demonstrated by interspecific chromosome painting between the sloths, B. torquatus and B. variegatus, and between the marsupials, M. incanus and M. nudicaudatus. The X chromosome heterochromatic segments were shown to be divergent in the extent to prevent in situ hybridization between species.

Estudos de citogenética comparativa são rotineiramente desenvolvidos a partir da comparação dos padrões de bandamentos cromossômicos. Contudo, quando se trata de espécies que apresentam genomas altamente rearranjados, como no caso das espécies de Akodon, ou que são muito divergentes, a comparação de cromossomos por padrões de bandas torna-se inadequada. Como consequência, a pintura cromossômica tem se tornado o método de escolha assertivo, já que permite comparação genômica no nível citogenético. Nessa tecnologia sondas de um cromossomo inteiro de uma determinada espécie são hibridadas in situ em cromossomos de outra espécie, detectando as regiões homólogas entre os genomas. No presente estudo comparamos os cariótipos altamente diferenciados de algumas espécies de Akodon por meio de pintura cromossômica recíproca com uso de sondas espécie-específicas, obtidas a partir de cromossomos separados por citometria de fluxo. Os resultados revelaram homologia completa entre os complementos de Akodon sp. n. (ASP), 2n=10, A. cursor (ACU), 2n=15, A. montensis (AMO), 2n=24 e A. paranaensis (APA), 2n=44 e evidenciaram com precisão muitos rearranjos cromossômicos entre os complementos das espécies. Rearranjos Robertsonianos e em tandem, inversões pericêntricas e/ou reposicionamento de centrômero, inversão paracêntrica, translocações, inserções e existência de sítios frágeis nos complementos foram observados. A pintura cromossômica empregando o conjunto de sondas de APA para 21 autossomos mais cromossomos X e Y evidenciou oito segmentos sintênicos compartilhados entre A. montensis, A. cursor e Akodon sp. n., cinco associações exclusivas para A. cursor e seis para Akodon sp. n. Foi também detectada homologia completa dos cromossomos X, com exceção da região heterocromática de ASP X, e até mesmo dos cromossomos Y que geralmente não apresenta sinal hibridação entre diferentes espécies de mamíferos. Esses dados indicam que essas espécies intimamente relacionadas passaram por um processo recente de intensa diferenciação autossômica, no qual se conservou a homologia total, por exceção de Akodon sp. n., entre os cromossomos sexuais. Pertencente a tribo Akodontini, Deltamys Thomas 1917 é um táxon pouco estudado e que é raramente capturado. Utilizando-se de caracteres morfológicos ou genéticos, alguns autores consideram Deltamys como um gênero pleno enquanto outros acreditaram que esse devesse ser referido como subgênero ou sinônimo de Akodon. A única espécie formalmente descrita é Deltamys kempi que apresenta cariótipo básico com 2n=37 nos machos e 2n=38 nas fêmeas, NF=38, com sistema de determinação de sexo do tipo X1X1X2X2: X1X2Y. Uma característica citogenética que distingue Deltamys de Akodon é a presença de um pequeno par metacêntrico marcador em Akodon. Um cariótipo com 2n=40 e NF=40; XX: XY foi relacionado ao gênero Akodon porém, como em Deltamys kempi , esse complemento não apresenta o pequeno par metacêntrico. As análises filogenéticas de máxima parcimônia e máxima verossimilhança baseadas em sequências do gene mitocondrial do citocromo b evidenciaram o monofiletismo dos espécimens de Akodon sp. 2n=40, e o monofiletismo de Deltamys kempi. Além disso, revelaram que Akodon sp. é grupo irmão de Deltamys kempi, estando mais relacionado a este último gênero do que às demais espécies de Akodon, sugerindo a inclusão dos espécimens portadores do cariótipo com 2n=40 em Deltamys. Dessa forma, o gênero Deltamys se mostrou mais diverso do que até então se tinha conhecimento, agrupando duas linhagens: Deltamys kempi , 2n=37-38 ; X1X1X2X2: X1X2Y e Deltamys sp. 2n=40, XX: XY, que apresentam entre sí uma marcante divergência genética que chega a 12, 1%. Um cariótipo com 2n=50, NF=48 foi descrito para espécimes de Thaptomys Thomas,1916, coletados em Una, estado da Bahia, Brasil, que são indistinguíveis morfologicamente dos Thaptomys nigrita que apresentam 2n=52, NF=52, encontrados em outras localidades brasileiras. Foi então proposto que esse novo cariótipo com 2n=50 pertencesse a uma espécie críptica de Thaptomys nigrita, uma vez que os rearranjos cromossômicos observados somados a distância geográfica pode representar uma barreira reprodutiva entre as duas formas. Com o intuito de se estabelecer as relações entre indivíduos de Thaptomys com os dois números diplóides, análises filogenéticas moleculares foram realizadas com o uso de dezoito sequências do gene mitocondrial do citocromo b provenientes de espécimes cariotipados coletados ao longo da distribuição geográfica do gênero. Dois clados principais, Nordeste (A) que agrupa espécimens com 2n=50 e Sudeste (B) que agrupa espécimes com 2n=52, foram recuperados por análises de máxima parcimônia e máxima verossimilhança. As relações filogenéticas intra-genéricas corroboram os distintos números diplóides, e mostram os cariótipos com 2n=50 e 2n=52 como clados irmãos entre si separados pela cladogênese basal de Thaptomys . No presente trabalho são apresentados estudos de filogenia molecular e citogenética para o gênero monotípico de roedor fossorial Blarinomys Thomas 1896. Foram realizadas análises de máxima parcimônia e máxima verossimilhança com base em sequências do gene mitocondrial citocromo b , para amostra de 11 exemplares de B. breviceps provenientes de nove localidades de quatro estados do território brasileiro. Todas as topologias recuperaram duas linhagens principais: um clado Nordeste (A) e outro Sudeste. O clado sudeste agrupou dois clados irmãos, B e C. A divergência de sequência entre os indivíduos variou de: 4,7- 8,0% entre os clados nordeste e sudeste; 4,3-5,7% entre os clados B e C; 6,1-8,0% entre os clados nordeste; e B, e 4,7-6,4% entres os clados nordeste e C. Dentro dos clados a divergência variou de 0- 4,2% no clado nordeste, foi de 0,7% no clado B, e variou de 0,1- 1,3% no clado C. Variação entre espécimes da mesma região geográfica foi de 0-1,3%. Os estudos de citogenética de cinco exemplares revelaram alta diversidade cariotípica com cinco números diplóides distintos: 2n=52 (48A+2Bs, XY), 2n=43 (37A+4Bs, XX), 2n=37 (34A+1B, XY), 2n=34 (32A, XX) e 2n=31 (27A+2Bs, XX) e mesmo número de braços autossômicos (NF=50), excluindo-se os cromossomos sexuais e os supernumerários. Foram observados polimorfismos decorrentes de rearranjos Robertsonianos, além de variação de 0 a 4 cromossomos Bs, que são heterogêneos quanto a morfologia, constituição de heterocromatina e presença de sinais teloméricos intersticiais (ITS). ITS também foram observados na região pericentromérica de alguns pares autossômicos com dois braços em três dos exemplares. Foi realizada pintura cromossômica com sonda do cromossomo X de Akodon cursor (ACU X). Nossos dados revelaram uma diversidade até então desconhecida para Blarinomys , mostrando duas linhagens distintas correspondentes a regiões na Mata Atlântica e um extraordinário polimorfismo cromossômico. / Traditionally comparative cytogenetic studies are based mainly on banding patterns. Nevertheless, when dealing with species with highly rearranged genomes, as in Akodon species, or with other highly divergent species, cytogenetic comparisons of banding patterns prove to be inadequate. Hence, comparative chromosome painting has become the method of choice for genome comparisons at the cytogenetic level, since it allows complete chromosome probes of a species to be hybridized in situ onto chromosomes of other species, detecting homologous genomic regions between them. In the present study, we have explored the highly rearranged complements of the Akodon species using reciprocal chromosome painting through species-specific chromosome probes obtained by chromosome sorting. The results revealed complete homology among the complements of Akodon sp. n. (ASP), 2n=10, A. cursor (ACU), 2n=15, A. montensis (AMO), 2n=24 and A. paranaensis (APA), 2n=44 and extensive chromosome rearrangements have been detected within the species with high precision. Robertsonian and tandem rearrangements, pericentric inversions and/or centromere repositioning, paracentric inversion, translocations, insertions and fragile sites were observed. The chromosome painting using the APA set of 21 autosomes plus X and Y exhibited eight syntenic segments that are shared with A. montensis, A. cursor and Akodon sp. n. plus five exclusive associations for A. cursor and six for Akodon sp. n. Chromosomes X, except for the heterochromatin region of ASP X, and even chromosome Y that often present no hybridization signal when hybridized between species of mammals, shared complete homology among the species. These data indicate that all those closely related species have experienced a recent intensive process of autosomic differentiation, in wich, there is still complete maintenance, except for chromosome X of Akodon sp. n., of the sex chromosomes homologies. Member of the tribe Akodontini, Deltamys Thomas 1917 is a poorly studied and rarely collected taxon. Based on morphological or genetic characters, some authors considered Deltamys as a full genus while others regarded it as subgenus or synonym of Akodon. The single described species, Deltamys kempi presents a basic karyotype with 2n=37 in males and 2n=38 in females, FN=38, and with sex determination system of the type X1X1X2X2: X1X2Y. A cytogenetic character that distinguishes Deltamys from Akodon is the presence of a small metacentric pair marker in Akodon. A karyotype with 2n=40 and FN=40; XX: XY was related to the genus Akodon, but as in Deltamys kempi, this complement does not present the small metacentric pair. Phylogenetic analyses of maximum parsimony and maximum likelihood based on sequences of the mitochondrial gene cytochrome b evidenced the monophyly of a clade grouping specimens of Akodon sp. 2n=40 and monophyly of a clade containing specimens of Deltamys kempi. Besides that, the analyses showed that Akodon sp. is the sistergroup of Deltamys kempi, thus more related to this genus than to other species of Akodon and suggesting the placement of specimens with 2n=40 Deltamys. The genus Deltamys is, thus, more diverse than previously thought, grouping two lineages: Deltamys kempi, 2n=37-38 ; X1X1X2X2: X1X2Y and Deltamys sp. 2n=40, XX: XY, with a marked genetic divergence of 12,1% between them. A karyotype with 2n=50, FN=48 has been described for specimens of Thaptomys Thomas, 1916 collected at Una, State of Bahia, Brazil, which are morphologically indistinguishable from Thaptomys nigrita with 2n=52, FN=52 found in other Brazilian localities. It has been hence proposed that this new karyotype with 2n=50 could belong to a distinct species, cryptic of Thaptomys nigrita, once chromosome rearrangements observed along with the geographic distance could represent a reproductive barrier between both forms. Molecular phylogenetic analyses using the cytochrome b sequences of eighteen karyotyped specimens of Thaptomys were performed attempting to establish the relationships among the individuals along the geographic distribution of the genus. Two major clades, Northeastern (A) with specimens with 2n=50 and Southeastern (B) with specimens with 2n=52, were reconstructed by maximum parsimony (MP) and maximum likelihood (ML). The intra-generic relationships recovered by phylogenetic analyses corroborated the distinct diploid numbers. The 2n=50 and 2n=52 karyotypes appeared as monophyletic separated by the basal cladogenesis of the genus, sister-group to each other. We present molecular phylogenetic and cytogenetic data on the monotypic fossorial rodent genus Blarinomys . Maximum parsimony and maximum likelihood based on cytochrome b gene sequences were performed for a sample of 11 individuals from nine localities of four states of Eastern Brazil. All topologies recovered two main lineages: a Northeastern (A) and a Southeastern clade. The Southeastern grouped two sister-clades B and C. Sequence divergence between individuals ranged from 4.7-8.0% between northeastern and southeastern clades, from 4.3-5.7% between clades B and C, from 6.1-8.0% between clades northeastern and B, and from 4.7-6.4% between clades northeastern and C. Within the clades, divergence varied from 0- 4.2% in the northeastern clade, was 0.7% in the clade B, and varied from 0.1- 1.3% in clade C. Variation among specimens from the same geographic regions ranged from 0-1.3%. Cytogenetic studies of five individuals revealed high karyotypic diversity with five distinct diploid numbers: 2n=52 (48A+2Bs,XY) from state of Bahia, and 2n=43 (37A+4Bs,XX), 2n=37 (34A+1B,XY), 2n=34 (32A,XX), and 2n=31 (27A+2Bs,XX) from state of São Paulo; and same number of autosomic arms (FN=50) excluding sex chromosomes and supernumeraries. Polymorphisms are due to Robertsonian rearrangements, in addition to the variation from none to four B chromosomes, which are heterogeneous regarding morphology, heterochromatin constitution and presence of interstitial telomeric signals (ITS). ITSs were also observed in the pericentromeric regions of some biarmed autosomic pairs of three specimens. Our results revealed a high unknown diversity for Blarinomys , showing two distinct lineages corresponding to regions of the Atlantic Rainforest, besides an extraordinary chromosomal polymorphism.

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No. of bitstreams: 1 TeseCFY.pdf: 5114033 bytes, checksum: 6922d93e7dda82cee55aa69273fa7013 (MD5) Previous issue date: 2016-10-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Triportheus genus (Characiformes, Triportheidae) presents a particular scenario 1 in fishes, with a ZZ/ZW sex chromosomes system for all species until now investigated. The Z chromosome is metacentric and the largest one of the karyotype, remaining morphologically conserved in all species. In contrast, the W chromosome differs in shape and size among species, from almost identical to markedly reduced in size in relation to the Z, with a clear heterochromatin accumulation associated with its differentiation process. This scenario in Triportheus, along with a well defined phylogeny for this group, provided an excellent opportunity to investigate the evolutionary events associated with the sex chromosomes differentiation, a matter of increasing interest to evolutionary biology in recent years. Therefore, the purpose of this study was to investigate the origin and differentiation of sex chromosomes in eight Triportheus species, using diverse conventional and molecular cytogenetics tools, such as C-banding, chromosomal mapping of rDNAs and several other repetitive DNA sequences, comparat ive genomic hybridization (CGH), microdissection of Z and W chromosomes and whole chromosome painting (WCP). The preferential accumulation of repetitive DNAs on the W chromosome highlighted the predominant participation of these sequences in the differentiation of this chromosome. Notably, the differential accumulation of microsatellites, and a hybridization pattern with no direct correlation to the ancestry of the W chromosome, put in evidence the particular evolutionary processes that shaped the sex-specific chromosome among species. The chromosomal mapping of 5S and 18S rDNAs and U2 DNAsn highlighted a very particular scenario in the distribution of these multigene families in Triportheus. Indeed, the variability in number of the rDNA sites on the autosomes, as well as the syntenic "status" of these three multigene families, showed their intense dynamism in the karyotype evolution, revealing a much more complex organization of these genes than previously supposed for closely related species. In addition, the occurrence of U2 DNAsn on the W chromosome of T. albus appears as an evolutionary novelty, while the occurrence of 18S rDNA in the Wq terminal region of all species pointed to a conserved condition for the genus, as well as a peculiarity in the evolutionary process of the W chromosome. Noteworthy, the use of WCP, and especially CGH experiments, put in evidence sequences which are shared by both Z and W chromosomes and sequences that are unique to each one. Thus, the Wq terminal region stood out with a high concentration of female specific sequences, in coincidence with the location of the 18S rDNA genes, allowing inferences about the origin of these cistrons on the sex-specific chromosome. Our data also showed that the ZZ/ZW system had, in fact, a common origin in Triportheus, considering the homologies found in chromosomal paintings using the Z and W probes. Triportheus auritus is the direct representative of the first lineage to differentiate in the genus and WCP experiments, using the Z chromosome probe of this species, have showed how this chromosome is notably conserved in all investigated species. On the other hand, the W chromosome showed variable patterns of homology among species, highlighting the molecular divergence emerged along its evolutionary history. In conclusion, the results obtained in this study allowed to certify the common origin of the ZZ/ZW sex system in Triportheus and to evaluate the intra- and inter-specific genomic homologies and differences between the sex pair, resulting in significant advances in the knowledge of the origin and differentiation of the sex chromosomes among lower vertebrates. / O gênero Triportheus (Characiformes, Triportheidae) apresenta um cenário 1 incomum entre os peixes, com a ocorrência de um sistema de cromossomos sexuais ZZ/ZW para todas as espécies já investigadas. O cromossomo Z é metacêntrico e o maior do cariótipo, permanecendo morfologicamente conservado em todas as espécies. Contrariamente, o cromossomo W apresenta formas variáveis e tamanhos distintos entre as espécies, podendo apresentar tamanho quase idêntico ao do cromossomo Z até acentuadamente reduzido em relação a ele, com um nítido acúmulo de heterocromatina associado ao processo de diferenciação desse cromossomo. Este cenário em Triportheus, juntamente com a filogenia já bem definida para este grupo, possibilitou uma oportunidade excelente para a investigação de eventos evolutivos associados aos cromossomos sexuais, aspecto este que vem despertando interesse crescente na biologia evolutiva nos últimos anos. Assim sendo, a proposta deste estudo foi investigar a origem e a diferenciação dos cromossomos sexuais em oito espécies de Triportheus, usando ferramentas diversificadas da citogenética convencional e molecular, como o bandamento-C, mapeamento cromossômico de DNAr e diversas outras classes de DNAs repetitivos, hibridização genômica comparativa (CGH), microdissecção dos cromossomos Z e W e pintura cromossômica total (WCP). O acúmulo preferencial de várias sequências de DNAs repetitivos no cromossomo W possibilitou destacar a participação preponderante deste componente do genoma na diferenciação do cromossomo sexo18 específico. Notadamente, o acúmulo diferencial de microssatélites colocou em evidência processos evolut ivos específicos do cromossomo W entre as espécies, bem como um padrão acumulativo que não apresenta correlação direta com a ancestralidade deste cromossomo. O mapeamento cromossômico do DNAr 5S e 18S e do DNAsn U2 evidenciou um cenário bastante particular na distribuição dessas famílias multigênicas em Triportheus. A variabilidade em relação ao número de sítios de DNAr nos autossomos, assim como o “status” sintênico dessas três famílias, evidenciaram o dinamismo evolutivo desses genes mesmo entre espécies proximamente relacionadas. Além disso, a ocorrência de DNAsn U2 no cromossomo W de T. albus evidenciou uma novidade evolutiva, enquanto a ocorrência de DNAr 18S na região Wq terminal confirmou uma condição conservada no gênero, assim como uma peculiaridade do processo evolut ivo do cromossomo W, visto que todas as espécies analisadas até o momento são portadoras dessas sequências. O emprego de WCP, e principalmente de CGH, possibilitou demonstrar a localização de sequências que são compartilhadas pelos cromossomos Z e W, bem como de sequências que são exclusivas de cada um deles. Assim, a região Wq terminal se destacou por apresentar uma grande concentração de sequências específicas de fêmeas, em coincidência com a localização do cluster de DNAr 18S, possibilitando inferências sobre a origem destes cístrons no cromossomo sexo-específico. Nossos dados também demonstraram que o sistema ZZ/ZW teve, de fato, uma origem comum em Triportheus, considerando as homologias encontradas nos mapeamentos cromossômicos com sondas dos cromossomos sexuais Z e W. Triportheus auritus é a espécie representante direta da primeira linhagem a se diferenciar no gênero e experimentos de WCP, utilizando a sonda do cromossomo Z desta espécie, mostrou que este cromossomo se encontra notavelmente conservado em todas as espécies investigadas. Por outro lado, o cromossomo W apresentou padrões variáveis de homologia entre as espécies, destacando divergências moleculares diferencialmente moldadas ao longo da sua história evolutiva. Em conclusão, os resultados obtidos no presente estudo possibilitaram atestar a origem comum do sistema ZZ/ZW em Triportheus, bem como avaliar divergências e similaridades genômicas intra- e interespecíficas quanto ao par sexual, obtendo-se avanços significativos no conhecimento da origem e diferenciação dos cromossomos sexuais entre os vertebrados inferiores. / CAPES: 11744/13–8

Estudos de citogenética comparativa são rotineiramente desenvolvidos a partir da comparação dos padrões de bandamentos cromossômicos. Contudo, quando se trata de espécies que apresentam genomas altamente rearranjados, como no caso das espécies de Akodon, ou que são muito divergentes, a comparação de cromossomos por padrões de bandas torna-se inadequada. Como consequência, a pintura cromossômica tem se tornado o método de escolha assertivo, já que permite comparação genômica no nível citogenético. Nessa tecnologia sondas de um cromossomo inteiro de uma determinada espécie são hibridadas in situ em cromossomos de outra espécie, detectando as regiões homólogas entre os genomas. No presente estudo comparamos os cariótipos altamente diferenciados de algumas espécies de Akodon por meio de pintura cromossômica recíproca com uso de sondas espécie-específicas, obtidas a partir de cromossomos separados por citometria de fluxo. Os resultados revelaram homologia completa entre os complementos de Akodon sp. n. (ASP), 2n=10, A. cursor (ACU), 2n=15, A. montensis (AMO), 2n=24 e A. paranaensis (APA), 2n=44 e evidenciaram com precisão muitos rearranjos cromossômicos entre os complementos das espécies. Rearranjos Robertsonianos e em tandem, inversões pericêntricas e/ou reposicionamento de centrômero, inversão paracêntrica, translocações, inserções e existência de sítios frágeis nos complementos foram observados. A pintura cromossômica empregando o conjunto de sondas de APA para 21 autossomos mais cromossomos X e Y evidenciou oito segmentos sintênicos compartilhados entre A. montensis, A. cursor e Akodon sp. n., cinco associações exclusivas para A. cursor e seis para Akodon sp. n. Foi também detectada homologia completa dos cromossomos X, com exceção da região heterocromática de ASP X, e até mesmo dos cromossomos Y que geralmente não apresenta sinal hibridação entre diferentes espécies de mamíferos. Esses dados indicam que essas espécies intimamente relacionadas passaram por um processo recente de intensa diferenciação autossômica, no qual se conservou a homologia total, por exceção de Akodon sp. n., entre os cromossomos sexuais. Pertencente a tribo Akodontini, Deltamys Thomas 1917 é um táxon pouco estudado e que é raramente capturado. Utilizando-se de caracteres morfológicos ou genéticos, alguns autores consideram Deltamys como um gênero pleno enquanto outros acreditaram que esse devesse ser referido como subgênero ou sinônimo de Akodon. A única espécie formalmente descrita é Deltamys kempi que apresenta cariótipo básico com 2n=37 nos machos e 2n=38 nas fêmeas, NF=38, com sistema de determinação de sexo do tipo X1X1X2X2: X1X2Y. Uma característica citogenética que distingue Deltamys de Akodon é a presença de um pequeno par metacêntrico marcador em Akodon. Um cariótipo com 2n=40 e NF=40; XX: XY foi relacionado ao gênero Akodon porém, como em Deltamys kempi , esse complemento não apresenta o pequeno par metacêntrico. As análises filogenéticas de máxima parcimônia e máxima verossimilhança baseadas em sequências do gene mitocondrial do citocromo b evidenciaram o monofiletismo dos espécimens de Akodon sp. 2n=40, e o monofiletismo de Deltamys kempi. Além disso, revelaram que Akodon sp. é grupo irmão de Deltamys kempi, estando mais relacionado a este último gênero do que às demais espécies de Akodon, sugerindo a inclusão dos espécimens portadores do cariótipo com 2n=40 em Deltamys. Dessa forma, o gênero Deltamys se mostrou mais diverso do que até então se tinha conhecimento, agrupando duas linhagens: Deltamys kempi , 2n=37-38 ; X1X1X2X2: X1X2Y e Deltamys sp. 2n=40, XX: XY, que apresentam entre sí uma marcante divergência genética que chega a 12, 1%. Um cariótipo com 2n=50, NF=48 foi descrito para espécimes de Thaptomys Thomas,1916, coletados em Una, estado da Bahia, Brasil, que são indistinguíveis morfologicamente dos Thaptomys nigrita que apresentam 2n=52, NF=52, encontrados em outras localidades brasileiras. Foi então proposto que esse novo cariótipo com 2n=50 pertencesse a uma espécie críptica de Thaptomys nigrita, uma vez que os rearranjos cromossômicos observados somados a distância geográfica pode representar uma barreira reprodutiva entre as duas formas. Com o intuito de se estabelecer as relações entre indivíduos de Thaptomys com os dois números diplóides, análises filogenéticas moleculares foram realizadas com o uso de dezoito sequências do gene mitocondrial do citocromo b provenientes de espécimes cariotipados coletados ao longo da distribuição geográfica do gênero. Dois clados principais, Nordeste (A) que agrupa espécimens com 2n=50 e Sudeste (B) que agrupa espécimes com 2n=52, foram recuperados por análises de máxima parcimônia e máxima verossimilhança. As relações filogenéticas intra-genéricas corroboram os distintos números diplóides, e mostram os cariótipos com 2n=50 e 2n=52 como clados irmãos entre si separados pela cladogênese basal de Thaptomys . No presente trabalho são apresentados estudos de filogenia molecular e citogenética para o gênero monotípico de roedor fossorial Blarinomys Thomas 1896. Foram realizadas análises de máxima parcimônia e máxima verossimilhança com base em sequências do gene mitocondrial citocromo b , para amostra de 11 exemplares de B. breviceps provenientes de nove localidades de quatro estados do território brasileiro. Todas as topologias recuperaram duas linhagens principais: um clado Nordeste (A) e outro Sudeste. O clado sudeste agrupou dois clados irmãos, B e C. A divergência de sequência entre os indivíduos variou de: 4,7- 8,0% entre os clados nordeste e sudeste; 4,3-5,7% entre os clados B e C; 6,1-8,0% entre os clados nordeste; e B, e 4,7-6,4% entres os clados nordeste e C. Dentro dos clados a divergência variou de 0- 4,2% no clado nordeste, foi de 0,7% no clado B, e variou de 0,1- 1,3% no clado C. Variação entre espécimes da mesma região geográfica foi de 0-1,3%. Os estudos de citogenética de cinco exemplares revelaram alta diversidade cariotípica com cinco números diplóides distintos: 2n=52 (48A+2Bs, XY), 2n=43 (37A+4Bs, XX), 2n=37 (34A+1B, XY), 2n=34 (32A, XX) e 2n=31 (27A+2Bs, XX) e mesmo número de braços autossômicos (NF=50), excluindo-se os cromossomos sexuais e os supernumerários. Foram observados polimorfismos decorrentes de rearranjos Robertsonianos, além de variação de 0 a 4 cromossomos Bs, que são heterogêneos quanto a morfologia, constituição de heterocromatina e presença de sinais teloméricos intersticiais (ITS). ITS também foram observados na região pericentromérica de alguns pares autossômicos com dois braços em três dos exemplares. Foi realizada pintura cromossômica com sonda do cromossomo X de Akodon cursor (ACU X). Nossos dados revelaram uma diversidade até então desconhecida para Blarinomys , mostrando duas linhagens distintas correspondentes a regiões na Mata Atlântica e um extraordinário polimorfismo cromossômico. / Traditionally comparative cytogenetic studies are based mainly on banding patterns. Nevertheless, when dealing with species with highly rearranged genomes, as in Akodon species, or with other highly divergent species, cytogenetic comparisons of banding patterns prove to be inadequate. Hence, comparative chromosome painting has become the method of choice for genome comparisons at the cytogenetic level, since it allows complete chromosome probes of a species to be hybridized in situ onto chromosomes of other species, detecting homologous genomic regions between them. In the present study, we have explored the highly rearranged complements of the Akodon species using reciprocal chromosome painting through species-specific chromosome probes obtained by chromosome sorting. The results revealed complete homology among the complements of Akodon sp. n. (ASP), 2n=10, A. cursor (ACU), 2n=15, A. montensis (AMO), 2n=24 and A. paranaensis (APA), 2n=44 and extensive chromosome rearrangements have been detected within the species with high precision. Robertsonian and tandem rearrangements, pericentric inversions and/or centromere repositioning, paracentric inversion, translocations, insertions and fragile sites were observed. The chromosome painting using the APA set of 21 autosomes plus X and Y exhibited eight syntenic segments that are shared with A. montensis, A. cursor and Akodon sp. n. plus five exclusive associations for A. cursor and six for Akodon sp. n. Chromosomes X, except for the heterochromatin region of ASP X, and even chromosome Y that often present no hybridization signal when hybridized between species of mammals, shared complete homology among the species. These data indicate that all those closely related species have experienced a recent intensive process of autosomic differentiation, in wich, there is still complete maintenance, except for chromosome X of Akodon sp. n., of the sex chromosomes homologies. Member of the tribe Akodontini, Deltamys Thomas 1917 is a poorly studied and rarely collected taxon. Based on morphological or genetic characters, some authors considered Deltamys as a full genus while others regarded it as subgenus or synonym of Akodon. The single described species, Deltamys kempi presents a basic karyotype with 2n=37 in males and 2n=38 in females, FN=38, and with sex determination system of the type X1X1X2X2: X1X2Y. A cytogenetic character that distinguishes Deltamys from Akodon is the presence of a small metacentric pair marker in Akodon. A karyotype with 2n=40 and FN=40; XX: XY was related to the genus Akodon, but as in Deltamys kempi, this complement does not present the small metacentric pair. Phylogenetic analyses of maximum parsimony and maximum likelihood based on sequences of the mitochondrial gene cytochrome b evidenced the monophyly of a clade grouping specimens of Akodon sp. 2n=40 and monophyly of a clade containing specimens of Deltamys kempi. Besides that, the analyses showed that Akodon sp. is the sistergroup of Deltamys kempi, thus more related to this genus than to other species of Akodon and suggesting the placement of specimens with 2n=40 Deltamys. The genus Deltamys is, thus, more diverse than previously thought, grouping two lineages: Deltamys kempi, 2n=37-38 ; X1X1X2X2: X1X2Y and Deltamys sp. 2n=40, XX: XY, with a marked genetic divergence of 12,1% between them. A karyotype with 2n=50, FN=48 has been described for specimens of Thaptomys Thomas, 1916 collected at Una, State of Bahia, Brazil, which are morphologically indistinguishable from Thaptomys nigrita with 2n=52, FN=52 found in other Brazilian localities. It has been hence proposed that this new karyotype with 2n=50 could belong to a distinct species, cryptic of Thaptomys nigrita, once chromosome rearrangements observed along with the geographic distance could represent a reproductive barrier between both forms. Molecular phylogenetic analyses using the cytochrome b sequences of eighteen karyotyped specimens of Thaptomys were performed attempting to establish the relationships among the individuals along the geographic distribution of the genus. Two major clades, Northeastern (A) with specimens with 2n=50 and Southeastern (B) with specimens with 2n=52, were reconstructed by maximum parsimony (MP) and maximum likelihood (ML). The intra-generic relationships recovered by phylogenetic analyses corroborated the distinct diploid numbers. The 2n=50 and 2n=52 karyotypes appeared as monophyletic separated by the basal cladogenesis of the genus, sister-group to each other. We present molecular phylogenetic and cytogenetic data on the monotypic fossorial rodent genus Blarinomys . Maximum parsimony and maximum likelihood based on cytochrome b gene sequences were performed for a sample of 11 individuals from nine localities of four states of Eastern Brazil. All topologies recovered two main lineages: a Northeastern (A) and a Southeastern clade. The Southeastern grouped two sister-clades B and C. Sequence divergence between individuals ranged from 4.7-8.0% between northeastern and southeastern clades, from 4.3-5.7% between clades B and C, from 6.1-8.0% between clades northeastern and B, and from 4.7-6.4% between clades northeastern and C. Within the clades, divergence varied from 0- 4.2% in the northeastern clade, was 0.7% in the clade B, and varied from 0.1- 1.3% in clade C. Variation among specimens from the same geographic regions ranged from 0-1.3%. Cytogenetic studies of five individuals revealed high karyotypic diversity with five distinct diploid numbers: 2n=52 (48A+2Bs,XY) from state of Bahia, and 2n=43 (37A+4Bs,XX), 2n=37 (34A+1B,XY), 2n=34 (32A,XX), and 2n=31 (27A+2Bs,XX) from state of São Paulo; and same number of autosomic arms (FN=50) excluding sex chromosomes and supernumeraries. Polymorphisms are due to Robertsonian rearrangements, in addition to the variation from none to four B chromosomes, which are heterogeneous regarding morphology, heterochromatin constitution and presence of interstitial telomeric signals (ITS). ITSs were also observed in the pericentromeric regions of some biarmed autosomic pairs of three specimens. Our results revealed a high unknown diversity for Blarinomys , showing two distinct lineages corresponding to regions of the Atlantic Rainforest, besides an extraordinary chromosomal polymorphism.