A Ordem Diptera é constituída de milhares de espécies, cujo tempo de divergência pode chegar a 250 milhões de anos entre representantes das Sub-Ordens Brachycera e Nematocera. Esta janela temporal, no entanto, não é suficiente para explicar o aparecimento de estruturas cromossômicas terminais alternativas aos telômeros canônicos, conservados desde eucariontes unicelulares até mamíferos. Alguns autores admitem que estruturas não canônicas tenham sido geradas e selecionadas a partir de eventos mutacionais que resultaram na perda da telomerase em espécies ancestrais. Especulações deste tipo, embora pertinentes, não levam em conta que o número de espécies de dípteros estudados até aqui quanto a telômeros e sub-telômeros está longe de representar a diversidade na Ordem. Como evidência negativa não constitui prova, a possível existência de dípteros dotados de telômeros canônicos não pode ser descartada. Também neste sentido, a possível ocorrência de retrotransposons especificamente terminais, como vistos em Drosophila, em espécies ainda não estudadas pode ser vista como possibilidade em aberto apesar da evidência negativa documentada no presente trabalho em R. Americana e em T. pubescens. Outra idéia que tem ganhado corpo com dados procedentes de telômeros não canônicos refere-se à possibilidade de que um organismo apresente mais de uma sequência de DNA terminal. Pouco comentada, esta noção teve início em meados da década de 1980 quando foram publicados os primeiros trabalhos sobre o DNA telomérico de espécies da família Chironomidae. O aparecimento destes dados na literatura praticamente coincidiu com a publicação da descoberta da telomerase. Mais tarde, estudos em Drosophila têm mostrado que três retrotransposons com sequências diferentes podem compor o DNA telomérico nesta espécie. Além disto, repetições aparentemente terminais em Anopheles hibridam em um único telômero, sugerindo que sequências desconhecidas estejam presentes em outros telômeros. Dados obtidos neste trabalho mostram em R. Americana uma nova repetição em tandem que apresenta características de sequência telomérica, a exemplo de duas outras caracterizadas com antecedência nesta espécie. Assim, R. Americana poderia ser vista como exemplo adicional de organismo dotado de mais de uma sequência de DNA terminal. No final da presente exploração, não foi possível a identificação de sequências comuns às extremidades cromossômicas de T. pubescens. Os resultados obtidos sugerem que esta espécie apresenta uma estrutura cromossômica terminal distinta se comparada àquelas de dípteros estudados até então. Uma das hipóteses levantadas a partir dos resultados observados é a de que sequências teloméricas estão presentes em todas as extremidades cromossômicas de T. pubescens; o problema estaria na impossibilidade de visualizá-las através de hibridação in situ em função do comprimento do DNA telomérico que estaria abaixo do limite da técnica de detecção. Isto implicaria deixar de lado os métodos usualmente empregados pelo laboratório na busca de DNA repetitivo terminal. Caso esta espécie apresentasse repetições terminais curtas como aquelas caracterizadas em R. Americana, uma das alternativas seria a de sequênciar massivamente clones obtidos por microdissecção e DOP-PCR até encontrarmos sequências com estas características. Em seguida, o ensaio com Bal-31 seria decisivo na determinação da posição cromossômica das mesmas. Finalmente, os dados sintetizados nos três capítulos deste trabalho reforçam a afirmação de que a Ordem Diptera é uma fornte privilegiada de diversidade quanto a estruturas cromossômicas terminais. Apesar das dificuldades inerentes à exploração de organismos não modelares, a continuidade dos estudos sobre telômeros e sub-telômeros nestas espécies certamente ampliará o conhecimento sobre alternativas de manutenção da integridade cromossômica a partir de suas extremidades / The vast majority of eukaryotic organisms have short tandem repeats and telomerase as components of telomeric structures. However, in dipteran species, this structural conservation is not found. While in Drosophila telomeres are composed of specific retrotransposons, complex tandem repeats are found in the genus Anopheles and in species of Chironomus. In Rhynchosciara americana (family Sciaridae), short repetitions (16 and 22 base pairs) arranged in tandem are observed at chromosome terminal regions. Moreover, in situ hybridization using RNA probes suggests that a third repetition enriched with homopolymeric (dA)/(dT) could occupy significant portions of this chromosomal region in R. americana. In addition, a retroelement named \"RaTART\" was described at chromosomal ends of R. americana; this element enables telomeric maintenance by retrotransposon action in basal dipterans. In this thesis, we present results that rule out the possibility that the \"RaTART\" element occupies the chromosome terminal structure in R. americana. Additional analyses were performed with the sequence RaTART from GenBank and primers designed for the amplification of significant portions of the regions 5′UTR, 3′UTR, and the coding region for reverse transcriptase (RT) of this retroelement. The sequencing and in situ hybridization of these three fragments obtained after PCR (5′UTR, 3′UTR, and RT) indicate that the retroelement RaTART corresponds to a chimeric genomic clone, consisting of distinct repetitive elements, of which only one might be present at the apparent enrichedment terminal. In the second phase of this thesis, we describe a method for the isolation and characterization of the homopolymeric (dA)/(dT) sequence described in the chromosome terminal regions of R. americana. Named T-14, this sequence shares some similarity with canonical telomeric repeats, suggesting that R. americana represents an additional example of an organism where more than one DNA sequence may extend toward the chromosome terminal regions. Finally, we present the results of heterologous hybridization to elucidate structural aspects of conservation and/or divergence in Sciaridae terminal heterochromatin. Three species of the family Sciaridae were assessed by in situ hybridization of polytene chromosomes: R. americana, Rhynchosciara milleri, and Trichosia pubescens. The DNA probe used was obtained by microdissection of non-centromeric chromosome ends from R. americana and T. pubescens, followed by amplification and labeling by degenerate oligonucleotide primed (DOP-PCR). When each probe was hybridized to own chromosome complement, two patterns were observed: (i) hybridization at all non-centromeric ends (R. americana), and most surprisingly, (ii) hybridization only at the end that gave the product of microdissection (T. pubescens). Probes obtained from R. americana produced no hybridization signals on chromosomes of T. pubescens and R. milleri. Unexpected results were obtained when the probe obtained from T. pubescens was hybridized with chromosomes of R. americana and R. milleri. Surprisingly, this probe, which scored only one end in its own chromosome complement, generated hybridization signals in all non-centromeric chromosomal ends of R. americana, as well as in its pericentromeric-centromeric heterochromatin. In R. milleri, the probe from T. pubescens clearly hybridized with centromere-associated heterochromatin of its chromosome C. The data obtained in this study support a process of chromosomal divergence between these three species of Sciaridae occurred by differential amplification of sequences of heterochromatin components, and point to an unusual structure in T. pubescens compared to other dipterans studied for terminal chromosome structure

Orientador: Hildete Prisco Pinheiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-06T00:58:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Grandin_LoriCristina_M.pdf: 676646 bytes, checksum: 180775a0f53ffb688d7c1603339ff1b8 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O avanço do sequenciamento dos genes tem incentivado o desenvolvimento de novas técnicas estatísticas para analisar dados genéticos. Nesse trabalho, os modelos logísticos regressivos, introduzidos por Bonney (1986), são apresentados primeiramente no contexto de análise de dados de família e posteriormente esses modelos são utilizados para analisar freqüências de códons em seqüências de DNA mitocondrial. Considerar independência entre os nucleotídeos no códon pode ser uma suposição muito forte, ou seja, biologicamente irreal. Por isso, várias estruturas de dependência são apresentadas para analisar as freqüências dos códons. Por exemplo, uma estrutura markoviana de primeira ordem pode ser adequada para explicar a dependência das bases no códon. A função de log-verossimilhança é avaliada e várias comparações são feitas para analisar qual o modelo mais parcimonioso. Aplicações desses modelos são feitas utilizando-se dados reais de seqüências do gene NADH4 do genoma mitocondrial humano / Abstract: The advance of gene sequencing has stimulated the development of new statistical techniques to analyze genetic data. In this work the logistic regressive models, introduced by Bonney (1986), are presented first in the context of analysis of familial data and then they are used to analyze codon frequencies in mitochondrial DNA sequences. The assumption of independence among nucleotide frequencies in a codon can be a very strong one, or biologically unreal. In view of this, several structures of dependence are presented to analyze the codon frequencies. For example, a first order Markovian structure can be appropriate to explain the dependence of the base frequencies in the codon. The log-likelihood function is evaluated and several comparisons are made to analyze which is the most parcimonious model. Applications of these models are made using real data of NADH4 gene sequences of the human mitochondrial genome / Mestrado / Bioestatistica / Mestre em Estatística

Camarea St.-Hil. (Malpighiaceae) é um gênero endêmico da América do Sul, constituído por nove espécies. O objetivo do trabalho foi a reconstrução da filogenia do gênero, por meio de evidências químicas e moleculares. Foram avaliados nove terminais, sete dos quais são espécies correntemente reconhecidas, um é uma espécie que entrou em sinonímia (C. triphylla = C. axillaris) e outro é um suposto híbrido. Como grupos externos, foram utilizadas as espécies Peixotoa reticulata e Janusia guaranitica. Foram analisados os n-alcanos das ceras epicuticulares e os flavonóides de todas as espécies. Os n-alcanos principais foram C29, C31 e C33, todos da série normal. Como flavonóides característicos de Camarea, foram identificados glicosídeos de apigenina, luteolina, crisoeriol, campferol e quercetina. A análise de agrupamentos baseada na distribuição de alcanos, usando UPGMA e distâncias euclideanas, resultou em dois grupos principais, um com C29 como homólogo principal, constituído por C. hirsuta, C. affinis x C. hirsuta, C. affinis e C. ericoides. O outro grupo caracteriza-se por homólogos principais C31 ou C33, e é formado por C. elongata, C. humifusa, C. sericea, C. axillaris e C. triphylla (= C. axillaris). Esses dois principais agrupamentos contêm grupos internos menores. Uma análise de UPGMA usando coeficiente de DICE e baseada na distribuição de agliconas de flavonóides forneceu um dendrograma com alguns agrupamentos coerentes com as afinidades reveladas pela distribuição de alcanos, como as associações: 1) C. hirsuta, C. affinis e C. affinis x hirsuta; 2) C. elongata e C. axillaris; 3) C. sericea e C. humifusa. Uma inferência filogenética molecular foi obtida com seqüências de duas regiões do cloroplasto (trnL-F e rps16) e uma nuclear (ITS). Dentre as análises com um só marcador, resultados mais consistentes foram conseguidos com ITS, que forneceu 49 caracteres filogeneticamente informativos, enquanto trnL-F e rps16 forneceram 10 e 18 caracteres informativos, respectivamente. A análise de consenso estrito de quatro árvores mais parcimoniosas de uma análise combinando-se as três seqüências resultou em um cladograma em que Camarea é um grupo monofilético, com \"bootstrap\" (BS) 100, várias politomias e clados com baixa consistência. Foi realizada análise por AFLP utilizando quatro combinações de iniciadores seletivos, obtendo-se 217 fragmentos polimórficos. Uma análise combinando as evidências moleculares resultantes de seqüências de DNA e marcadores AFLP forneceu uma única árvore mais parcimoniosa com uma politomia agrupando C. affinis, C. ericoides, C. hirsuta e C. affinis x C. hirsuta, mas boa resolução e elevada sustentação em outros clados. A combinação de todas as evidências moleculares e químicas (estas compreendendo três caracteres derivados da análise de alcanos e cinco de flavonóides) resultou numa única árvore mais parcimoniosa completamente resolvida. Os resultados apóiam a fusão de C. triphylla em sinonímia com C. axillaris e indicam forte associação entre: 1) C. humifusa e C. sericea (BS 94); 2) C. affinis, C. affinis x hirsuta, C. hirsuta e C. ericoides (BS 83); 3) C. axillaris e C. elongata (BS 100). C. affinis, C. hirsuta e C. affinis x C. hirsuta compartilham a presença crisoeriol. C. affinis e C. affinis x C. hirsuta, compartilham também luteolina e formam um clado com BS 70. O presente trabalho demonstra a utilidade de caracteres químicos para melhorar a resolução de filogenias e elevar a sustentação de clados. / Camarea St.-Hil. (Malpighiaceae) is a genus with eight species endemic in South America. The purpose of the present work was the attainment of a phylogenetic inference of the genus by means of chemical and molecular evidences. Nine accessions were analyzed: seven correspond to currently recognized species; one is a species sunk into synonymy (C. triphylla = C. axillaris); and a last one is a hypothesized hybrid. Peixotoa reticulata and Janusia guaranitica were used as out-groups. n-Alkanes from epicuticular waxes and flavonoids were analyzed from all species. The main alkanes of all distributions were either C29 or C31 or C33, all from the normal series. The characteristic flavonoids of Camarea were shown to be apigenin, luteolin, chrysoeriol, kaempferol and quercetin. A cluster analysis based on the alkane distribution using UPGMA and Euclidean distances provided two main clusters. One cluster is characterized by C29 as main homologue and is formed by C. hirsuta, C. affinis, C. affinis x hirsuta and C. ericoides. The other cluster has species with either C31 or C33 as main homologue and is formed by C. elongata, C. humifusa, C. sericea, C. axillaris and C. triphylla (= C. axillaris). These two main clusters contain smaller inner clusters. An analysis using UPGMA and DICE coefficients and based on the distribution of flavonoid aglycones provided a dendrogram with clusters congruent with affinities revealed by the alkane evidence, such as the groupings: 1) C. hirsuta, C. affinis and C. affinis x hirsuta; 2) C. elongata and C. axillaris; 3) C. sericea and C. humifusa. A phylogenetic molecular inference was obtained with sequences from two chloroplast (trnL-F and rps16) and one nuclear (ITS) DNA regions. Among the analyses based on a single marker, more consistent results were obtained with ITS, which provided 49 informative phylogenetic characters, while trnL-F and rps16 provided 10 and 18 informative characters, respectively. A strict consensus analysis based on four more parsimonious trees from an analysis combining sequences of the three DNA regions gave a cladogram showing Camarea as a monophyletic group with bootstrap support (BS) 100. The cladogram contains several polytomies and clades with low support. An AFLP analysis, using four combinations of selective primers, provided 217 polymorphic fragments. Data from sequencing and AFLP were combined in a phylogenetic analysis. A sole more parsimonious tree was obtained, with most clades completely resolved with and high support. A polytomy remained, grouping C. affinis, C. ericoides, C. hirsuta and C. affinis x hirsuta. The combination of all molecular and chemical evidences (the latter comprising three alkane and five flavonoid characters) was used for a phylogenetic analysis. A sole more parsimonious tree was obtained, completely resolved and with clades highly supported. The results support sinking C. triphylla into synonymy of C. axillaris and indicate strong kinship: 1) between C. humifusa and C. sericea (BS 94); 2) among C. affinis, C. affinis x C. hirsuta, C. hirsuta and C. ericoides (BS 83); 3) between C. axillaris and C. elongata (BS 100). C. affinis, C. hirsuta and C. affinis x C. hirsuta share the possession of chrysoeriol. C. affinis and C. affinis x C. hirsuta share the possession also of luteolin and form a clade with BS 70. The present work reveals the utility of chemical characters to improve resolution of phylogenies and increment clade support.

No description available.

<p> We study an alignment model for coding DNA sequences recently proposed by J. Hein in [4] that takes into account both DNA and protein information, and attempts to minimize the total amount of evolution at both DNA and protein levels[4,5,6]. Although there are two quadratic algorithms (i.e. Hua-Jiang algorithm[8] and PLH algorithm[9]) for Hein's model if the gap penalty function is affine, both of them are impractical because of the large constant factor embedded in the quadratic time complexity function. We therefore consider a mild simplification named Context-free Codon Alignment and present a much more efficient algorithm for the simplified model. The algorithms have been implemented and tested on both real and simulated sequences, and it is found that they produce almost identical alignments in most cases. Furthermore, we extend our model and design a heuristic algorithm to handle frame-shift errors and overlapping frames.</p> / Thesis / Master of Science (MSc)

Various methods of DNA sequences modifications for frequency analysis and basic characteristics of DNA are described in the theoretical part of this thesis. Tricolor spectrograms, created by short time Fourier transform help us to recognize some characteristic patterns in DNA sequences. Practical part of this work deals with developed programme which generates spectrograms and analyse them. Last part deals with the analysis of selected sequences of C. elegans genome. Some patterns are related to data of public databases such as NCBI. Various patterns are explained from the biological nature, which relates to chromosome structure and protein coding regions. Another well recognised patterns, tandem repetitions composed of satellites, microsatellites and minisatelites are described by spectrograms as well.

No description available.

Primers for 10 polymorphic DNA microsatellite loci were developed and characterized for the endangered oyster mussel Epioblasma capsaeformis from the Clinch River, TN. Microsatellite loci also were amplified for individuals collected from the following additional populations or species: (1) E. capsaeformis from Duck River, TN; (2) E. florentina walkeri from Indian Creek, upper Clinch River, VA; (3) E. florentina walkeri from Big South Fork Cumberland River, TN; and (4) E. torulosa rangiana from Allegheny River, PA. Allelic diversity ranged from 9-20 alleles/locus, and averaged 13.6/locus for all 5 populations investigated. Average expected heterozygosity (HE) per locus ranged from 0.78-0.92, and averaged 0.86. A genetic characterization of extant populations of E. capsaeformis and E. florentina walkeri was conducted to assess taxonomic validity and to resolve conservation issues related to recovery planning. These mussel species exhibit pronounced phenotypic variation, and are difficult to characterize phylogenetically using DNA sequences. Monophyletic lineages, congruent with phenotypic variation among species, were obtained only after extensive analysis of combined mitochondrial (1378 bp of 16S, cytochrome-b, ND1) and nuclear (515 bp of ITS-1) DNA sequences. In contrast, analysis of variation at 10 hyper variable DNA microsatellite loci showed moderate to highly divergent populations based on FST values, which ranged from 0.12-0.39. Quantitative genetic variation was observed in fish host specificity, with transformation success of glochidia of E. capsaeformis significantly greater (p<0.05) on the greenside darter Etheostoma blennioides, and that of E. f. walkeri significantly greater (p<0.05) on the fantail darter E. flabellare. Lengths of glochidia differed significantly (p<0.001) between species, with sizes ranging from 241-272 μm. Underwater photographs of mantle-pads and micro-lures of female mussels documented fixed phenotypic variation between species. The texture and color of the mantle-pad of E. capsaeformis is smooth and bluish-white, while that of E. f. walkeri is pustuled and brown, with tan mottling. Based on extensive molecular, morphological, and life history data, a population of E. capsaeformis from the Duck River, TN is described and proposed as a separate species, and a population of E. f. walkeri from the upper Clinch River, VA is described and proposed as a separate subspecies. Genetic management guidelines were developed to assess taxonomic status, genetic variation of donor-recipient populations targeted for augmentation, and field and laboratory protocols to maximize genetically effective population size, minimize genetic changes in captive-reared progeny, and prevent the release of juvenile mussels into non-native drainages. A pragmatic approach to species recovery is advocated; one that incorporates the principles of conservation genetics into breeding programs, but prioritizes the immediate demographic needs of critically endangered mussel species. / Master of Science

A coccidiose aviária é uma doença entérica causada por protozoários parasitas do gênero Eimeria. Visando uma maior compreensão dos mecanismos moleculares envolvidos na regulação do ciclo de vida dos parasitas, foram geradas 15.000 seqüências expressas (ORESTES) para cada uma das três espécies mais importantes: E. tenella, E. maxima e E. acervulina. O presente trabalho consistiu no desenvolvimento de componentes de anotação automática de seqüências para o sistema EGene, plataforma previamente desenvolvida pelo nosso grupo (Durham et al. Bioinformatics 21: 2812-2813, 2005) para a construção de processamentos encadeados (pipelines). Estes componentes foram utilizados para a construção de pipelines de anotação automática de seqüências-consenso obtidas a partir da montagem dos ORESTES de Eimeria spp. A anotação consistiu na identificação dos genes e atribuição da função dos respectivos produtos protéicos, baseando-se em um conjunto de evidências. As seqüências também foram classificadas e quantificadas utilizando-se um vocabulário controlado de termos de ontologia gênica (GO). / Avian coccidiosis is an enteric disease caused by protozoan parasites of the genus Eimeria. Aiming at obtaining a better understanding of the molecular mechanisms that regulate the life cycle of the parasites, our group generated 15,000 expressed sequences (ORESTES) for each one of the three most important species: E. tenella, E. maxima and E. acervulina. In the present work, we report the development of a set of components for the automated sequence annotation through EGene, a platform for pipeline construction previously described by our group (Durham et al. Bioinformatics 21: 2812-2813, 2005). These components were used to construct pipelines for the automated annotation of assembled sequences of ORESTES of Eimeria spp. The annotation process consisted in the identification of genes and the corresponding protein function based on a set of evidences. The sequences were also mapped and quantified using a controlled vocabulary of gene ontology (GO) terms.

A coccidiose aviária é uma doença entérica causada por protozoários parasitas do gênero Eimeria. Visando uma maior compreensão dos mecanismos moleculares envolvidos na regulação do ciclo de vida dos parasitas, foram geradas 15.000 seqüências expressas (ORESTES) para cada uma das três espécies mais importantes: E. tenella, E. maxima e E. acervulina. O presente trabalho consistiu no desenvolvimento de componentes de anotação automática de seqüências para o sistema EGene, plataforma previamente desenvolvida pelo nosso grupo (Durham et al. Bioinformatics 21: 2812-2813, 2005) para a construção de processamentos encadeados (pipelines). Estes componentes foram utilizados para a construção de pipelines de anotação automática de seqüências-consenso obtidas a partir da montagem dos ORESTES de Eimeria spp. A anotação consistiu na identificação dos genes e atribuição da função dos respectivos produtos protéicos, baseando-se em um conjunto de evidências. As seqüências também foram classificadas e quantificadas utilizando-se um vocabulário controlado de termos de ontologia gênica (GO). / Avian coccidiosis is an enteric disease caused by protozoan parasites of the genus Eimeria. Aiming at obtaining a better understanding of the molecular mechanisms that regulate the life cycle of the parasites, our group generated 15,000 expressed sequences (ORESTES) for each one of the three most important species: E. tenella, E. maxima and E. acervulina. In the present work, we report the development of a set of components for the automated sequence annotation through EGene, a platform for pipeline construction previously described by our group (Durham et al. Bioinformatics 21: 2812-2813, 2005). These components were used to construct pipelines for the automated annotation of assembled sequences of ORESTES of Eimeria spp. The annotation process consisted in the identification of genes and the corresponding protein function based on a set of evidences. The sequences were also mapped and quantified using a controlled vocabulary of gene ontology (GO) terms.