Seleção balanceadora é definida como aquela que aumenta a variabilidade genética de populações em relação ao esperado sob neutralidade. Uma expectativa sobre seus efeitos é a redução da diferenciação populacional nos genes onde atua. Contudo, regimes que mantêm conjuntos distintos de alelos em diferentes populações poderiam resultar em aumento de diferenciação populacional. Com o objetivo de compreender melhor os efeitos da seleção balanceadora sobre a distribuição da variação genética entre populações, investigamos a diferenciação populacional em genes dos Antígenos Leucocitários Humanos (HLA, do inglês, Human Leukocyte Antigen), que são os genes mais polimórficos do genoma humano e o exemplo mais clássico de seleção balanceadora em humanos. As proteínas HLA são responsáveis pela apresentação de peptídeos aos linfócitos T, mediando uma etapa crítica da resposta imune. A vantagem da manutenção de variação nesses genes está possivelmente associada à capacidade de resposta a uma maior diversidade de patógenos. Neste estudo, analisamos dados do projeto 1000 Genomas (1000G), que sequenciou indivíduos de diferentes populações usando sequenciamento de nova geração (NGS, do inglês, Next Generation Sequencing). Essa técnica de sequenciamento é conhecidamente problemática quando aplicada a regiões altamente polimórficas, como os genes HLA. Por isso, avaliamos a confiabilidade dos genótipos e frequências alélicas estimados a partir dos dados do 1000G nos genes HLA, utilizando como padrão ouro dados de sequenciamento Sanger de 930 das 1092 amostras do 1000G. Encontramos um viés de superestimativa da frequência do alelo referência em alguns polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs, do inglês, Single Nucleotide Polimorphisms), indicando que viés de mapeamento é uma causa importante de erros nos dados do 1000G. Esses resultados são relevantes para a compreensão dos desafios do uso de dados de NGS em outras regiões de alta diversidade. Usando os resultados dessa análise, excluímos de nosso estudo de diferenciação populacional sítios com estimativas de frequências alélicas pouco confiáveis nos dados do 1000G. Em uma segunda etapa de controle metodológico, demonstramos o efeito do uso de dados ricos em variantes raras em estudos de diferenciação populacional. Controlando para esse efeito, e usando apenas sítios que demonstramos ser confiáveis em nossos dados, descobrimos que a diferenciação populacional de SNPs nos genes HLA é menor que a diferenciação de SNPs em outras regiões do genoma. Esse resultado aponta para um papel predominante de pressões seletivas globais na distribuição da variação genética de HLA entre populações. Contudo, apresentamos também evidências de que a diferenciação populacional de haplótipos nos genes HLA pode ser maior do que a observada no nível dos SNPs, sugerindo que pressões locais podem influenciar a distribuição de haplótipos entre populações. Nossos achados indicam que é possível reconciliar baixa diferenciação populacional em SNPs com maior diferenciação em haplótipos, possivelmente sujeitos a pressões seletivas locais. / Balancing selection is defined as any kind of selective regime that increases genetic variability in populations relative to what is expected under neutrality. Theory predicts that balancing selection reduces population differentiation. However, balancing selection regimes in which different sets of alleles are maintained in different populations could increase population differentiation. To better understand the effects of balancing selection on the distribution of genetic variation among populations, we investigated population differentiation at the Human Leukocyte Antigen (HLA) genes, which are the most polymorphic genes in the human genome, and constitute the most striking example of balancing selection in humans. The HLA molecules are responsible for the presentation of peptides to T cells, thus mediating a critical step of the immune response. The advantage of maintaining variation in those genes through balancing selection is possibly related to the increased ability of the immune system to respond to a wider variety of pathogens. In this study, we analysed the public dataset of the 1000 Genomes project (1000G), which sequenced 1092 individuals from different populations using Next Generation Sequencing (NGS) technologies. These sequencing techniques are known to be problematic when applied to highly polymorphic genomic regions, such as the HLA genes. Therefore, we evaluated the reliability of genotype calls and allele frequency estimates of the SNPs reported by 1000G at HLA genes, using Sanger sequencing data of 930 of the 1092 1000G samples as a gold standard. We found a bias towards overestimation of reference allele frequency for some single nucleotide polymorphisms (SNPs), indicating mapping bias is an important cause of error in frequency estimation in the 1000G data. These results provide insights into the challenges of using of NGS data at other genomic regions of high diversity. Using the results of this analysis, we selected a list of sites that have reliable allele frequency estimates in the 1000G data to be used in our population differentiation study. In another methodological control, we demonstrate the effect of using a dataset rich in rare variants in population differentiation studies. Controlling for this effect, and using only the sites which we demonstrated that were reliable, we found that population differentiation of single nucleotide polymorphisms (SNPs) at the HLA genes is lower than that of SNPs in other genomic regions. This suggests a predominant role of global selective pressures in shaping the distribution of variation at the HLA genes among populations. However, we also show evidence that population differentiation of HLA haplotypes may be higher than what we observe at the SNP level, suggesting that local selective pressures may influence the distribution of haplotypes among populations. Altogether, our results indicate that it is possible to reconcile low population differentiation at the SNP level - as predicted by theory - to higher differentiation at haplotypes, which are possibly under local selective pressures.

Submitted by Romulus Lima (romulus.lima@ufpe.br) on 2015-03-10T19:37:12Z No. of bitstreams: 2 TESE Helen Maria Barros.pdf: 2268248 bytes, checksum: 61ab6aa28739c5fc9a502e94ccaa0000 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-10T19:37:12Z (GMT). No. of bitstreams: 2 TESE Helen Maria Barros.pdf: 2268248 bytes, checksum: 61ab6aa28739c5fc9a502e94ccaa0000 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2014-01-17 / FACEPE e CAPES / A família Trichechidae pertence à ordem Sirenia, mamíferos aquáticos preferencialmente herbívoros que habitam regiões costeiras. Atualmente, esta família inclui as três espécies viventes de peixes-bois: Trichechus manatus, encontrado na costa atlântica das Américas, ocorrendo descontinuamente desde a Flórida (Estados Unidos) até o Brasil (estado de Alagoas); Trichechus inunguis, endêmico da bacia amazônica; e Trichechus senegalensis, distribuído na costa atlântica da África, do Senegal a Angola. Adicionalmente, são descritas duas subespécies de T. manatus, T. m. latirostris (peixe-boi da Flórida), que ocorre na Flórida e Golfo do México, e T. m. manatus (peixe-boi das Antilhas), encontrado no México, Caribe e Américas Central e do Sul, até o nordeste do Brasil. Esta designação subespecífica difere quanto aos dados cranianos e moleculares. Neste estudo foram usadas abordagens morfométricas geométricas e citogenéticas para avaliar a existência de variação geográfica em T. inunguis, T. m. manatus, T. m. latirostris e T. senegalensis, com o propósito de analisar variações morfológicas do crânio intra e interespecíficas, e diferenças cariotípicas em T. m. manatus e T. inunguis do Brasil. Os resultados das análises de morfometria geométrica revelaram nenhum dimorfismo sexual de tamanho e forma do crânio em nenhuma das espécies e a separação da população de T. inunguis das populações de T. senegalensis, T. m. manatus e T. m. latirostris por mudanças de forma do crânio, havendo sobreposição entre alguns destes indivíduos. T. m. manatus e T. m. latirostris apresentaram maior tamanho de crânio que T. inunguis e presença de alometria (forma relacionada com tamanho) foi observada. As análises intraespecíficas de forma do crânio mostraram a separação da população brasileira de T. m. manatus das populações do Caribe de T. m. manatus e dos Estados Unidos de T. m. latirostris, as quais sobrepuseram-se parcialmente, enquanto que em T. inunguis não houve uma clara separação entre suas populações geográficas. Também não foi observada variação de tamanho do crânio entre as populações de nenhuma das espécies. O pequeno tamanho amostral não permitiu que uma análise intraespecífica fosse realizada em T. senegalensis. Considerando que somente indivíduos do nordeste do Brasil foram amostrados e que os espécimes do Suriname e Guiana apresentaram forma do crânio mais similar àquela da população do Caribe, é sugerido a hipótese de que a foz do rio Amazonas pode ter interrompido ou estar interrompendo o fluxo gênico nas populações de T. m. manatus do Brasil, condizente com modelos de especiação alopátrica. Além disso, a população do peixe-boi antilhano do Brasil mostrou-se tão diferenciada, em relação à forma do crânio, quanto são as duas espécies bem reconhecidas de peixes-bois (T. inunguis e T. senegalensis). Os resultados das análises cromossômicas também revelaram diferenças cariotípicas estruturais entre T. m. manatus (2n = 48) do Brasil e as populações do peixe-boi antilhano de Porto Rico e do peixe-boi da Flórida, reforçando as conclusões obtidas pela morfometria geométrica e sugerindo o isolamento reprodutivo da população do Brasil. A análise citogenética da população brasileira de T. inunguis (2n = 56) revelou a presença de um par cromossômico heteromórfico e polimórfico com relação à morfologia acrocêntrica e submetacêntrica, mostrando um padrão que pode ser indicativo de evolução cromossômica recente, devido à existência de variantes cariotípicas heterozigotas. Em adição, não foi verificada a presença de sítios teloméricos intersticiais nos cromossomos de T. inunguis e T. m. manatus pela técnica de hibridização in situ fluorescente. Os resultados obtidos neste estudo para a população brasileira de T. m. manatus suportam a evidência preliminar dos dados de DNA mitocondrial e estas conclusões combinadas não coincidem com a designação subespecífica de T. manatus atualmente aceita, baseada em medidas lineares do crânio.

Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2017-02-06T11:13:07Z No. of bitstreams: 1 DissPFMC.pdf: 4800471 bytes, checksum: 74835d4fcfc7ca47be3c875080c89712 (MD5) / Approved for entry into archive by Camila Passos (camilapassos@ufscar.br) on 2017-02-08T12:03:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissPFMC.pdf: 4800471 bytes, checksum: 74835d4fcfc7ca47be3c875080c89712 (MD5) / Approved for entry into archive by Camila Passos (camilapassos@ufscar.br) on 2017-02-08T12:08:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissPFMC.pdf: 4800471 bytes, checksum: 74835d4fcfc7ca47be3c875080c89712 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-08T12:09:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissPFMC.pdf: 4800471 bytes, checksum: 74835d4fcfc7ca47be3c875080c89712 (MD5) Previous issue date: 2016-06-03 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Particular biological features of different bee groups can affect how a certain area will be occupied by them and this can affect directly the genetics of their populations over the long term. In Brazil, there are few studies about gene variation and genetic structure of bee natural populations, as well as on the genetic differentiation levels between eusocial bee populations. The Partamona genus comprises 33 species, distributed from Southern Mexico to Southern Brazil. Partamona ailyae, the model species of this study, occurs in rainforests of Southwestern Amazonia, Central Brazil and xeric regions of Piauí. Its wide distribution, as well as the ability to occupy such heterogeneous environments, piqued our interest to take P. ailyae as a study model. This work aimed to analyze the occupation process at the P. ailyae occurrence sites, population genetics and interpopulational gene flow, and the natural history of this species. Eight expeditions were carried out, and 41 localities of 10 states of Brazil were visited. Among them, active colonies of P. ailyae were found only in 17 localities, being collected specimens of 75 nests. To identify the mitochondrial lineages present in the sampled colonies, five gene regions were used (COI, CytB, 12S, 16S and COI-COII). Estimates of polymorphism levels showed COI and CytB as the most variable regions (11 and seven haplotypes, respectively). For the ribosomal genes, only a few samples were analyzed, because few differences were identified among the sequences. All the 31 samples analyzed for the 12S showed a five bases insertion starting from the position 25 of the sequence, a result not observed in other Partamona species. The most informative genes (COI and CytB) had their sequences concatenated (1114pb). For these regions, 13 haplotypes were observed, two of them were shared and 11 characterized as exclusive of localities. The AMOVA showed that 94.3% of the gene variation is due to interpopulacional differences, revealing a high differentiation among the populations (ΦST = 0.9426; P = 0.000). In addition, one individual from each colony was analyzed for eight heterologous microsatellite loci designed from Melipona bicolor and Partamona helleri. A moderate and statistically significant XIV interpopulational genetic differentiation (ΦST = 0.1491; P = 0.000) was found. The cluster analysis identified four groups by ΔK as the ideal model, and STRUCTURE software showed that all individuals could belong to more than one group, corroborating the “Assignment test”, which indicated that only 50% of the samples were correctly assigned to their original population. Phenotypic segregation analysis was realized in some offsprings, revealing a monoginic/monandric familial structure. From the mitochondrial data, the Mantel test showed a significant correlation between genetic distance and geographic distance (r = 0.2589; P = 0.0231), whereas on basis of the nuclear data, the Mantel test did not indicate significant correlation between genetic distance and geographic distance (r = 0.2090; P = 0.0610). Fu’s Fs and R2 tests did not show significant values. The Bayesian Skyline Plot analysis (BSP) did not show significant fluctuations in the effective size populations of P. ailyae, indicating population stability over time. The values of ΦST estimated for mitochondrial genes and microsatellites were compared, being detected evidence of sex-asymmetric dispersal, in which females are responsible for the areas occupation, and males constitute the disperser sex. In addition, some relevant aspects of the natural history of P. ailyae are shown. / Características inerentes à biologia dos diferentes grupos de abelhas podem afetar como uma determinada área será ocupada e isso pode influenciar diretamente a genética de suas populações no longo prazo. No Brasil, poucos são os estudos que tratam da variabilidade e estrutura genéticas das populações naturais de abelhas, assim como os níveis de diferenciação entre as populações de abelhas eussociais. O gênero Partamona compreende 33 espécies descritas, distribuídas do sul do México ao sul do Brasil. Partamona ailyae ocorre nas matas úmidas do sudoeste da Amazônia, região central do Brasil e regiões xéricas do Piauí. A sua grande distribuição, bem como a capacidade de ocupar ambientes tão heterogêneos, despertou nosso interesse em utilizar P. ailyae como modelo de estudo. O objetivo deste trabalho foi analisar o processo de ocupação nos diversos sítios de ocorrência de P. ailyae, a genética de suas populações e o fluxo gênico interpopulacional; adicionalmente, conhecer um pouco da história natural da espécie. Foram realizadas oito expedições, sendo visitadas 41 localidades de 10 estados brasileiros. Dentre estas localidades, em apenas 17 foram encontradas colônias ativas de P. ailyae, sendo coletados espécimes de 75 ninhos. Para identificar as linhagens mitocondriais presentes nas localidades amostradas, cinco regiões gênicas foram utilizadas (COI, CytB, 12S, 16S e COI-COII). Os níveis de polimorfismo estimados neste estudo mostraram COI como a região mais variável (11 haplótipos), seguido de CytB (sete haplótipos). Para os genes ribossomais, apenas algumas amostras foram analisadas, pois foram identificadas poucas diferenças entre as sequências. Todas as 31 amostras analisadas para o gene 12S apresentaram repetição/inserção de cinco bases a partir da posição 25 da sequência, resultado não observado nas demais espécies de Partamona analisadas. Os genes que forneceram maiores informações (COI e CytB) tiveram suas sequências concatenadas (1114pb) e para estas regiões, foram observados 13 haplótipos; destes, dois foram compartilhados e 11 caracterizados como exclusivos de localidades. A AMOVA demonstrou que 94,3% da variação genética é resultado de diferenças interpopulacionais, revelando uma XII elevada diferenciação entre as populações analisadas (ΦST = 0.9426; P = 0,000). Além disso, um indivíduo de cada colônia foi analisado para oito locos microssatélites, delineados para Melipona bicolor e Partamona helleri. As populações apresentaram moderada diferenciação interpopulacional (ΦST = 0,1491; P = 0,000). A análise de agrupamento identificou quatro grupos por meio do ΔK como sendo o modelo ideal, e através do STRUCTURE, foi verificado que todos os indivíduos das respectivas populações têm probabilidade de pertencer a mais de um grupo, corroborando o “Assignment test”, o qual indicou que apenas 50% das amostras foram corretamente identificadas à sua população de origem. Foi realizada análise da segregação fenotípica nas progênies de vários ninhos, revelando uma estrutura familial monogínica/monândrica. Para os dados mitocondriais, o teste de Mantel mostrou uma correlação significativa entre distância genética e distância geográfica (r = 0,2589; P = 0,0231). Já para os dados nucleares, esse teste não indicou correlação significativa entre as distâncias genéticas e geográficas (r = 0,2090; P = 0,0610). Os testes de Fs de Fu e R2 não apresentaram valores significativos. Na análise do Bayesian Skyline Plot (BSP), não foram observadas oscilações marcantes no tamanho efetivo das populações de P. ailyae, indicando estabilidade populacional ao longo do tempo considerado. Os valores do ΦST estimados para genes mitocondriais e para os microssatélites foram comparados, sendo detectadas evidências de dispersão sexo-assimétrica, em que as fêmeas são as responsáveis pela ocupação de áreas, e os machos constituem o sexo dispersor. Além disso, são apresentados alguns aspectos relevantes da história natural de P. ailyae.