Submitted by Tatiana Silva (tsilva@icict.fiocruz.br) on 2012-12-27T17:46:12Z No. of bitstreams: 1 kary_a_c_s_ocana_ioc_bcm_0010_2010.pdf: 8676624 bytes, checksum: 38b44fc6cba3d4b68c651cbcf281a044 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-12-27T17:46:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 kary_a_c_s_ocana_ioc_bcm_0010_2010.pdf: 8676624 bytes, checksum: 38b44fc6cba3d4b68c651cbcf281a044 (MD5) Previous issue date: 2010 / Fundação Oswaldo Cruz.Instituto Oswaldo Cruz. Rio de janeiro, RJ, Brasil / A reconstrução da história evolutiva, assim como o estabelecimento de hipóteses que demonstrem as relações filogenéticas dos protozoários bem como dos genes codificados pelos Elementos Genéticos Móveis (EGM) requerem o uso de várias abordagens e ferramentas, as quais não se encontram disponíveis de maneira integrada nem de maneira amigável. Diferentes abordagens filogenéticas, filogenômicas e evolutivas são necessárias para a inferência da filogenia de espécies e o estudo de genes pouco conservados como a transcriptase reversa, o gene mais representativo da classe I dos EGM, os retrotransposons. Os principais algoritmos filogenéticos e os programas que os executam têm sido unificados num único sistema: ARPA, escrito na linguagem de programação PYTHON. O sistema ARPA e a interface webestão hospedados na FIOCRUZ e estão disponíveis no endereço http://arpa.biowebdb.org. Eles estão sendo integrados ao sistema de banco de dados ProtozoaDB (http://protozoadb.biowebdb.org) e ao sistema de anotação semi-automática Stingray (http://stingray.biowebdb.org/). Uma abordagem baseada nos fundamentos da filogenômica eevolução foi utilizada para desenvolver cinco objetivos: (i) analisar e inferir a filogeniados genes relacionados à resistência de drogas em protozoários, (ii) reconstruir a árvore de espéciesde protozoários, (iii) realizar estudos de filogenômica dos EGM em protozoários, (iv) inferir a filogenia da telomerase e dos elementos de retrotransposição em Tri-tryps e (v) adaptar e ampliar o esquema Phylo ao banco de dados GUS para o armazenamento da informação filogenética. Os principais resultados obtidos para cada objetivosão: (i) As inferências filogenéticas dos genes AQP, hsp70, GP63, TRYR e MRPA relacionados à resistência a drogas em protozoários demonstrou a viabilidade das execuçõesdo sistema ARPA; (ii) a árvore de espécies de protozoários usando a abordagem da supermatriz provou ser confiável, e o teste PTP e a estatística G1 demonstraram que os dados moleculares deste estudo possuem sinal filogenético; (iii) o RAXML foi o programa mais consistente ao lidar com os diferentes níveis de polimorfismos destes genes, a detecção in silicoda seleção positiva destes genes foi detectada nas análises pareadas dos modelos M1-M2 e M7-M8, porém o par M0-M3 indicou uma alta variabilidade da razão ωentre os sítios; (iv) foi observada a monofilia para a telomerase a que está mais relacionada à transcriptase reversa dos retrotransposons não-LTR; (iv) um novo esquema Phylo foi concebido e incorporado no GUS 3.5 estendendo-o a fim de armazenar os dados obtidos de inferências filogenéticas. As principais conclusões são: (i) O sistema ARPA é uma alternativa viável, eficiente, fácil e de tempo reduzido para as análises filogenômicas. O RAXML foi considerado o programa mais consistente e foi observado que as árvores construídas usando as sequências inteiras e/ou as trimadas com o TRIMAL apresentaram os melhores resultados. A abordagem da supermatriz apresentou melhores resultados do que a superárvore; (ii) as relações entre os grupos de protozoários estão de acordo com estudos anterioresda literatura, os quais determinaram também uma monofilia para os protozoários. A inclusão de mais dados/genes é necessária para obter uma árvore robusta; (iii) foram reconstruídas as árvores dos genes dos EGM e inferida a filogenia para cada um deles. O modelo M3 indicou uma alta variabilidade da razão ωentre os sítios e os modelos M7 e M8 indicaram a presença de seleção positiva para todos os genes dos EGM; (iv) a telomerase formou um grupo monofilético mais relacionado à transcriptase reversa dos retrotransposons não-LTR; (v) o esquema Phylo armazena os dados obtidos de experiências filogenéticas, mantendo as relações de herança filogenética entre cada um dos táxons, o que permite realizar consultas usando as informações dos ramos, dos nós e táxons da árvore. / The reconstruction of the evolutionary history, as well as the establishment of the hypotheses that demonstrate the phylogenetic relationships of the genes encoded by Mobile Genetic Elements (MGEs) require the use of various tools and approaches, which are not available in a friendly or integrated interface. Different phylogenetics, phylogenomics and evolutionary approaches are necessary for the inference of the species phylogeny. These same approaches are required on the study of less conserved genes as the reverse transcriptase that is the most representative gene of the class I of the MGEs, the retrotransposons. The main phylogenetic algorithms and programs developed by our group have been unified into a single system - the ARPA - written in the programming language PYTHON. The ARPA system and the web interface are hosted at FIOCRUZ and are available at http://arpa.biowebdb.org. They are currently being integrated to the database system ProtozoaDB (http://protozoadb.biowebdb.org) and to the semi-automatic annotation system Stingray (http://stinngray.biowebdb.org/). An approach based on the fundamentals of evolution andphylogenomics has been applied to achieve five different objectives: (i) to analyze and to infer the phylogeny to the genes related to drug resistance in protozoan genomes, (ii) to reconstruct a protozoan species tree, (iii) to conduct phylogenomic studies of MGEs in Protozoa, (iv) to infer phylogeny from the telomerase and the retrotransposable elements in Tri-Tryps and (v) to adapt and to extend the schema Phylo to the GUS database, for storing phylogenetic informations. The results obtained for topics were: (i) The construction of the phylogenetic trees of the genes, AQP, hsp70, GP63, TRYR and MRPA which are related to drug resistance in protozoan demonstrated the viability of the executions of theARPA system. (ii) The protozoan species tree using the supermatrix approach proved to be reliable. The PTP Test and the Statistical G1 demonstrated that the molecular data of this study have phylogenetic signal. (iii) The PAUP-AV was shown to be the most consistent program and thePHYML was the least to deal with different levels of polymorphisms of these genes. The in silicodetection of the positive selection in MGEs genes in Protozoa was detected in the paired analysis of the models M1-M2 and M7-M8, but the pair M0-M3 indicated a high variability of the ratio ωbetween the sites. (iv) It was found that a monophyly is present for the telomerase, which was the most closely related to the transcriptase of the non-LTR retrotransposons. (v) A new Phylo schema was designed and incorporated into the GUS 3.5 extending its service to store the dataobtained from phylogenetic experiments. As conclusions: (i) The ARPA system is a viable, efficient, easy and reduced time alternative for phylogenomic analysis. The RAXML was considered the most consistent program and was observed that the trees constructed using the entire and/or the trimmed sequences with TRIMAL showed the best results. The supermatrix approach showed better results than the supertree. (ii) The relationships between protozoangroups are in agreement with previous studies, which also determined a monophyly for protozoan. The inclusion of more data/genes is required to obtain a consistent tree. (iii) In the trees of the EGM, the PAUP-AV was the most consistent and the PHYML the least to deal with different levels of polymorphisms of these genes. The model M3 showed a high variability of ωratio among sites and the models M7 and M8 indicated the presence of positive selection forall genes of EGM. (iv) The telomerase formed a monophyletic group more related to the reverse transcriptase of the non-LTR retrotransposons. (v) The scheme Phylo stores the data obtained from phylogenetic experiences, keeping the inheritance of phylogenetic relationships between each of the taxa, which can perform queries using information from the branches, nodes and taxaof the tree.

Made available in DSpace on 2015-04-09T12:28:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-03-08Bitstream added on 2015-04-09T12:47:33Z : No. of bitstreams: 1 000809550.pdf: 1357515 bytes, checksum: 11c72eee17175a1530dc9a966eb6c180 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Essa tese teve como principal objetivo investigar como os elementos de transposição (TEs), sequências capazes de se movimentarem no genoma hospedeiro, e entre diferentes espécies, se comportam em híbridos interespecíficos. Buscou-se compreender a atividade do TEs em cruzamentos entre Drosophila mojavensis e D. arizonae devido a algumas características particulares desse par de espécies. São espécies irmãs, com divergência muito recente (< 1 milhão de anos), apresentam isolamento reprodutivo pré- e pós-zigótico incompleto em laboratório e uma delas, D. mojavensis, teve seu genoma sequenciado, o que permitiu a realização de análises in silico de TEs dessa espécie. A tese foi dividida em quatro capítulos. O primeiro apresenta uma análise detalhada do retrotransposon NLTR denominado I, conhecido por causar disgenesia híbrida em D. melanogaster. Foram identificadas e caracterizadas sequências putativamente ativas de elementos semelhantes ao I no genoma de D. mojavensis e realizadas análises filogenéticas que mostraram que as sequências I de D. mojavensis e aquelas encontradas em outras espécies de Drosophila pertencem a diferentes famílias I. Análises de expressão por RTq-PCR mostraram que esse elemento é transcricionalmente ativo nos ovários e testículos de ambas as espécies, e em seus híbridos, e que têm elevada expressão em testículos, mas não em ovários dos híbridos, o que poderia ser associado ao fenótipo de esterilidade do macho hibrido. No segundo capítulo são apresentadas análises por RNA-Seq de TEs expressos em ovários de duas linhagens parentais e seus híbridos F1. Os resultados mostram expressão espécie-específica de diferentes elementos nas espécies parentais e híbridos; e, de forma inédita, que apesar de alguns TEs estarem superexpressos nos híbridos, encontram-se de forma geral regulados em relação aos parentais. No terceiro capítulo são apresentados resultados de expressão ... / This thesis aimed to investigate how transposable elements (TEs), sequences capable of moving into the host genome and between different species, behave in interspecific hybrids. We seek to understand the activity of TEs in crosses between Drosophila mojavensis and D. arizonae due to some particular characteristics of this species pair. They are sister species, with very recent divergence ( < 1 million years ), present incomplete pre- and post- zygotic reproductive isolation in laboratory and one of them, D. mojavensis, had its genome sequenced, which allowed for in silico analyses of TEs. The thesis is divided into four chapters. The first presents a detailed analysis of an non- LTR retrotransposon called I, known to cause hybrid dysgenesis in D. melanogaster. Putatively active sequences similar to the I element were identified and characterized in the genome of D. mojavensis. The performed phylogenetic analyzes showed that the I sequences in D. mojavensis and those harbored by other Drosophila species belong to different I families. Expression analyses by RTq-PCR showed that this element is transcriptionally active in ovaries and testes of both species and their hybrids, and have high expression in the testes, but not in the hybrids ovaries, which could be associated with the male hybrid sterility phenotype. In the second chapter are presented analyses of expressed TEs in the ovaries of two parental strains and their hybrids by RNA-Seq. The results show species-specific expression of TEs in the parents and hybrids; and, in an unprecedented manner, that TEs are generally regulated in hybrids regarding with their parents, although some of them are overexpressed. In the third chapter are presented results of expression of four retrotransposons (Helena , I, Copia and Osvaldo) quantified by RTq-PCR; and finally, in the last chapter, we presented estimates of the genome size ( C - value), in both parental species and reciprocal hybrids ...

Orientador: Claudia Marcia Aparecida Carareto / Coorientador: Cristina Vieira / Banca: Élgion Lúcio da Silva Loreto / Banca: Marie France Sagot / Banca: Lilian Madi Ravazzi / Banca: Cristina Vieira / Resumo: Essa tese teve como principal objetivo investigar como os elementos de transposição (TEs), sequências capazes de se movimentarem no genoma hospedeiro, e entre diferentes espécies, se comportam em híbridos interespecíficos. Buscou-se compreender a atividade do TEs em cruzamentos entre Drosophila mojavensis e D. arizonae devido a algumas características particulares desse par de espécies. São espécies irmãs, com divergência muito recente (< 1 milhão de anos), apresentam isolamento reprodutivo pré- e pós-zigótico incompleto em laboratório e uma delas, D. mojavensis, teve seu genoma sequenciado, o que permitiu a realização de análises in silico de TEs dessa espécie. A tese foi dividida em quatro capítulos. O primeiro apresenta uma análise detalhada do retrotransposon NLTR denominado I, conhecido por causar disgenesia híbrida em D. melanogaster. Foram identificadas e caracterizadas sequências putativamente ativas de elementos semelhantes ao I no genoma de D. mojavensis e realizadas análises filogenéticas que mostraram que as sequências I de D. mojavensis e aquelas encontradas em outras espécies de Drosophila pertencem a diferentes famílias I. Análises de expressão por RTq-PCR mostraram que esse elemento é transcricionalmente ativo nos ovários e testículos de ambas as espécies, e em seus híbridos, e que têm elevada expressão em testículos, mas não em ovários dos híbridos, o que poderia ser associado ao fenótipo de esterilidade do macho hibrido. No segundo capítulo são apresentadas análises por RNA-Seq de TEs expressos em ovários de duas linhagens parentais e seus híbridos F1. Os resultados mostram expressão espécie-específica de diferentes elementos nas espécies parentais e híbridos; e, de forma inédita, que apesar de alguns TEs estarem superexpressos nos híbridos, encontram-se de forma geral regulados em relação aos parentais. No terceiro capítulo são apresentados resultados de expressão ... / Abstract: This thesis aimed to investigate how transposable elements (TEs), sequences capable of moving into the host genome and between different species, behave in interspecific hybrids. We seek to understand the activity of TEs in crosses between Drosophila mojavensis and D. arizonae due to some particular characteristics of this species pair. They are sister species, with very recent divergence ( < 1 million years ), present incomplete pre- and post- zygotic reproductive isolation in laboratory and one of them, D. mojavensis, had its genome sequenced, which allowed for in silico analyses of TEs. The thesis is divided into four chapters. The first presents a detailed analysis of an non- LTR retrotransposon called I, known to cause hybrid dysgenesis in D. melanogaster. Putatively active sequences similar to the I element were identified and characterized in the genome of D. mojavensis. The performed phylogenetic analyzes showed that the I sequences in D. mojavensis and those harbored by other Drosophila species belong to different I families. Expression analyses by RTq-PCR showed that this element is transcriptionally active in ovaries and testes of both species and their hybrids, and have high expression in the testes, but not in the hybrids ovaries, which could be associated with the male hybrid sterility phenotype. In the second chapter are presented analyses of expressed TEs in the ovaries of two parental strains and their hybrids by RNA-Seq. The results show species-specific expression of TEs in the parents and hybrids; and, in an unprecedented manner, that TEs are generally regulated in hybrids regarding with their parents, although some of them are overexpressed. In the third chapter are presented results of expression of four retrotransposons (Helena , I, Copia and Osvaldo) quantified by RTq-PCR; and finally, in the last chapter, we presented estimates of the genome size ( C - value), in both parental species and reciprocal hybrids ... / Doutor

O reconhecimento da resistência antimicrobiana como um fenômeno emergente em saúde pública, tem constituído um problema em nível mundial. O abuso na utilização de antibióticos na medicina humana e veterinária, e na agricultura, tem originado incremento na diversidade de micro-organismos resistentes, refletindo em falha terapêutica. Os mecanismos de resistência a antibióticos em micro-organismos são mediados principalmente por genes adquiridos de DNA exógeno. A dinâmica da transferência horizontal é realizada por meio de elementos genéticos móveis que carregam genes de resistência. A ampla distribuição deste tipo de estruturas, como o elemento SXT, isolado inicialmente em V. cholerae, tem contribuído para a disseminação de complexos específicos clonais em determinadas áreas geográficas. Este estudo pioneiro no Brasil pesquisou a presença de elementos SXT, em espécies bacterianas do grupo das gama proteobactérias em espécies ambientais, determinou suas características estruturais e funcionais, incluindo genes de resistência a antibióticos, bem como a sensibilidade aos antibióticos dentre os isolados bacterianos que os abrigam. O resultado foi a classificação de 43 elementos SXT obtidos no Brasil, através da comparação com aqueles descritos na literatura. Dentre os elementos SXT obtidos, quatro são albergados por Morganella morganii, fato inédito na literatura. O conhecimento da evolução bacteriana constitui importante ferramenta para estabelecer estratégias eficazes de controle e tratamento de infecções, sem aumentar a pressão seletiva sobre os micro-organismos, bem como instrumento preciso e de grande importância para subsidiar estudos epidemiológicos. / Recognition of antimicrobial resistance as an emerging phenomenon in public health has been a problem worldwide. The abuse in the use of antibiotics in human and veterinary medicine, and agriculture, has caused an increase in the diversity of resistant microorganisms, reflecting in treatment failure. The mechanisms of antibiotic resistance in microorganisms are primarily mediated by genes acquired from exogenous DNA. The dynamics of the horizontal transfer is performed by mobile genetic elements which carry resistance genes. The wide distribution of these structures, such as the SXT element originally isolated from V. cholerae, has contributed to the spread of specific clonal complexes in certain geographical areas. This pioneering study in Brazil researched the presence of SXT elements in the group of bacterial species in environmental gamma-proteobacteria species, determined their structural and functional characteristics, including genes for resistance to antibiotics and the antibiotic susceptibility among bacterial isolates that harbor them. The result was the classification of 43 SXT elements found in Brazil, by comparison with those found in the literature. Among the SXT elements found, four are sheltered by Morganella morganii, unprecedented in the literature. Knowledge of bacterial evolution is an important to establish effective strategies to control and treat infections without increasing the selective pressure on microorganisms, as well as a precise instrument and very important tool to support epidemiological studies.

O reconhecimento da resistência antimicrobiana como um fenômeno emergente em saúde pública, tem constituído um problema em nível mundial. O abuso na utilização de antibióticos na medicina humana e veterinária, e na agricultura, tem originado incremento na diversidade de micro-organismos resistentes, refletindo em falha terapêutica. Os mecanismos de resistência a antibióticos em micro-organismos são mediados principalmente por genes adquiridos de DNA exógeno. A dinâmica da transferência horizontal é realizada por meio de elementos genéticos móveis que carregam genes de resistência. A ampla distribuição deste tipo de estruturas, como o elemento SXT, isolado inicialmente em V. cholerae, tem contribuído para a disseminação de complexos específicos clonais em determinadas áreas geográficas. Este estudo pioneiro no Brasil pesquisou a presença de elementos SXT, em espécies bacterianas do grupo das gama proteobactérias em espécies ambientais, determinou suas características estruturais e funcionais, incluindo genes de resistência a antibióticos, bem como a sensibilidade aos antibióticos dentre os isolados bacterianos que os abrigam. O resultado foi a classificação de 43 elementos SXT obtidos no Brasil, através da comparação com aqueles descritos na literatura. Dentre os elementos SXT obtidos, quatro são albergados por Morganella morganii, fato inédito na literatura. O conhecimento da evolução bacteriana constitui importante ferramenta para estabelecer estratégias eficazes de controle e tratamento de infecções, sem aumentar a pressão seletiva sobre os micro-organismos, bem como instrumento preciso e de grande importância para subsidiar estudos epidemiológicos. / Recognition of antimicrobial resistance as an emerging phenomenon in public health has been a problem worldwide. The abuse in the use of antibiotics in human and veterinary medicine, and agriculture, has caused an increase in the diversity of resistant microorganisms, reflecting in treatment failure. The mechanisms of antibiotic resistance in microorganisms are primarily mediated by genes acquired from exogenous DNA. The dynamics of the horizontal transfer is performed by mobile genetic elements which carry resistance genes. The wide distribution of these structures, such as the SXT element originally isolated from V. cholerae, has contributed to the spread of specific clonal complexes in certain geographical areas. This pioneering study in Brazil researched the presence of SXT elements in the group of bacterial species in environmental gamma-proteobacteria species, determined their structural and functional characteristics, including genes for resistance to antibiotics and the antibiotic susceptibility among bacterial isolates that harbor them. The result was the classification of 43 SXT elements found in Brazil, by comparison with those found in the literature. Among the SXT elements found, four are sheltered by Morganella morganii, unprecedented in the literature. Knowledge of bacterial evolution is an important to establish effective strategies to control and treat infections without increasing the selective pressure on microorganisms, as well as a precise instrument and very important tool to support epidemiological studies.