Submitted by Dominick Jesus (dominickdejesus@hotmail.com) on 2016-01-06T19:14:56Z No. of bitstreams: 2 Dissertação_Nayara Sousa Castro.pdf: 3041386 bytes, checksum: 04452ee2a4384fb66886d92dc109a417 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-06T19:14:56Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação_Nayara Sousa Castro.pdf: 3041386 bytes, checksum: 04452ee2a4384fb66886d92dc109a417 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-06-29 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas - FAPEAM / The L-Lactate Dehydrogenase (LDH) is an enzyme key in the processes of anaerobic glycolytic metabolism and has three encoders genes in fish (LDH-A, LDH-B and LDH-C). The regulation of these genes is independent and has tissue specificity in vertebrates. They were originated by successive events of genome replication and its evolution showed be closely related to the development of adaptive thermal mechanisms and, also different physiological conditions as hypoxia. The main objectives of this study were understand the evolution of these genes in fish, basal group of the vertebrates, and identify specific replacements that may be considered adaptive to Amazon fish species and other parts of the world (temperate, subtropical and polar). Our results showed that the genes A and B originate from a genetic duplication event that occurred near the origin of vertebrates, and that in a second duplication event, the LDH-C gene was originated from the LDH-B. Thus, the LDH of the lamprey was identified as LDH-A, and from this gene had the differentiation in teleost. In addition, our study showed that LDH-A presents sites and lineages that have gone through or are still undergoing of the adaptive evolution (Amazonian and cold weather fish). In the same time their phylogeny combined with the time difference, pointed a later specialization of this gene as a result of the adaptation to the environment. The course of evolution for these genes appears to have resulted in the influence of natural selection with variants adapted to their environment and its functions. / A L-Lactato Desidrogenase (LDH) é uma enzima chave nos processos do metabolismo glicolítico anaeróbico e possui três genes codificadores em peixes (ldh-a, ldh-b e ldh-c). A regulação desses genes é independente, resultando em especificidade tecidual nos vertebrados. Esses genes foram originados por eventos sucessivos de duplicação do genoma e sua evolução mostra-se intimamente relacionada com o desenvolvimento de mecanismos adaptativos térmicos e de condições fisiológicas distintas, as quais compreendem a hipóxia. Entender a evolução desses genes em peixes, grupo base dos vertebrados, e identificar substituições pontuais que possam ser consideradas adaptativas para espécies de peixes da Amazônia e de outras regiões do planeta (Temperada, Polar e Subtropical) estão dentre os principais objetivos deste estudo. Nossos resultados mostraram que os genes A e B se originaram a partir de um evento de duplicação gênica próximo a origem dos vertebrados, e que, por um segundo evento de duplicação, o gene da LDH-C foi originado a partir da LDH-B. Assim, a LDH da lampreia foi identificada como uma LDH-A, a partir da qual o gene se diferenciou nos teleósteos. Além disso, nossos estudos mostram que a LDH-A apresenta sítios e linhagens que sofreram e estão sofrendo evolução adaptativa (peixes amazônicos e de clima frio) e sua filogenia, combinada com o tempo de divergência, apontou uma especialização mais recente desse gene como resultado da adaptação ao ambiente. O curso da evolução para esses genes parece ter resultado na vitória da seleção natural com variantes adaptadas ao seu meio ambiente e às suas funções.

Submitted by Dominick Jesus (dominickdejesus@hotmail.com) on 2016-01-07T15:50:19Z No. of bitstreams: 2 Flávio Augusto Leão da Fonseca.pdf: 279865 bytes, checksum: ae9258fabce24d13ff79b708b8f6aba7 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-07T15:50:19Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Flávio Augusto Leão da Fonseca.pdf: 279865 bytes, checksum: ae9258fabce24d13ff79b708b8f6aba7 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-06-29 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas - FAPEAM / The L-Lactate Dehydrogenase (LDH) is an enzyme key in the processes of anaerobic glycolytic metabolism and has three encoders genes in fish (LDH-A, LDH-B and LDH-C). The regulation of these genes is independent and has tissue specificity in vertebrates. They were originated by successive events of genome replication and its evolution showed be closely related to the development of adaptive thermal mechanisms and, also different physiological conditions as hypoxia. The main objectives of this study were understand the evolution of these genes in fish, basal group of the vertebrates, and identify specific replacements that may be considered adaptive to Amazon fish species and other parts of the world (temperate, subtropical and polar). Our results showed that the genes A and B originate from a genetic duplication event that occurred near the origin of vertebrates, and that in a second duplication event, the LDH-C gene was originated from the LDH-B. Thus, the LDH of the lamprey was identified as LDH-A, and from this gene had the differentiation in teleost. In addition, our study showed that LDH-A presents sites and lineages that have gone through or are still undergoing of the adaptive evolution (Amazonian and cold weather fish). In the same time their phylogeny combined with the time difference, pointed a later specialization of this gene as a result of the adaptation to the environment. The course of evolution for these genes appears to have resulted in the influence of natural selection with variants adapted to their environment and its functions. / A L-Lactato Desidrogenase (LDH) é uma enzima chave nos processos do metabolismo glicolítico anaeróbico e possui três genes codificadores em peixes (ldh-a, ldh-b e ldh-c). A regulação desses genes é independente, resultando em especificidade tecidual nos vertebrados. Esses genes foram originados por eventos sucessivos de duplicação do genoma e sua evolução mostra-se intimamente relacionada com o desenvolvimento de mecanismos adaptativos térmicos e de condições fisiológicas distintas, as quais compreendem a hipóxia. Entender a evolução desses genes em peixes, grupo base dos vertebrados, e identificar substituições pontuais que possam ser consideradas adaptativas para espécies de peixes da Amazônia e de outras regiões do planeta (Temperada, Polar e Subtropical) estão dentre os principais objetivos deste estudo. Nossos resultados mostraram que os genes A e B se originaram a partir de um evento de duplicação gênica próximo a origem dos vertebrados, e que, por um segundo evento de duplicação, o gene da LDH-C foi originado a partir da LDH-B. Assim, a LDH da lampreia foi identificada como uma LDH-A, a partir da qual o gene se diferenciou nos teleósteos. Além disso, nossos estudos mostram que a LDH-A apresenta sítios e linhagens que sofreram e estão sofrendo evolução adaptativa (peixes amazônicos e de clima frio) e sua filogenia, combinada com o tempo de divergência, apontou uma especialização mais recente desse gene como resultado da adaptação ao ambiente. O curso da evolução para esses genes parece ter resultado na vitória da seleção natural com variantes adaptadas ao seu meio ambiente e às suas funções.

O gênero Astyanax é um dos mais especiosos da ordem Characiformes. Suas mais de 100 espécies distribuemse por praticamente toda a região Neotropical e habitam os mais diversos ambientes, como regiões montanhosas, trechos lóticos e leitos de rios, porções lênticas ou lagunares e nascentes. Durante cerca de trinta anos estes peixes têm sido alvo de estudos cromossômicos, que os caracterizaram como um grupo com grande diversidade citogenética. Recentemente, o advento de técnicas de citogenética molecular e de estudos empregando marcadores de DNA tem produzido novos dados sobre a biologia evolutiva do grupo, e possibilitado a revisitação de antigos problemas do gênero, como sua difícil classificação taxonômica. No presente trabalho buscouse a caracterização citogenética e a análise de segmentos do mtDNA (seqüências parciais das regiões dos genes ND2 e ATPase6/8) de diferentes espécies e populações de Astyanax, com a finalidade de contribuir para o reconhecimento de padrões e processos evolutivos no gênero. Foram analisados exemplares provenientes das bacias hidrográficas dos rios São Francisco, Tietê, Paranapanema, MogiGuaçu, Iguaçu, Paraíba do Sul, Ribeira de Iguape e Guapimirim. Os resultados forneceram panoramas filogeográficos e estabeleceram relações evolutivas entre as espécies analisadas, utilizando dados associados de duas classes diferentes de marcadores genéticos. Através da aplicação de técnicas citogenéticas clássicas e moleculares são apresentados dados cariotípicos de A. altiparanae, A. aff. bimaculatus, A. bockmanni, A. aff. fasciatus, A. hastatus, A. mexicanus e A. ribeirae. Nos estudos filogenéticos foram utilizadas, adicionalmente às seqüências das espécies acima citadas, dados provenientes de Astyanax sp.B, A. giton, A. intermedius, A. lacustris, A. aff. scabripinnis, Bryconamericus iheringii, Mimagoniatis microlepis e Roeboides occidentalis. Foram ainda incluídas nas análises seqüências do mtDNA de haplótipos diferentes de A. mexicanus e A. bimaculatus retirados da literatura. Para as diferentes populações amostradas dos grupos A. altiparanae, A. aff. bimaculatus e A. aff. fasciatus, foram efetuadas análises filogeográficas associadas a dados cromossômicos. As análises cromossômicas e moleculares do sistema de drenagem do Leste e de bacias circunvizinhas apresentadas no presente trabalho forneceram dados adicionais para o entendimento da biologia evolutiva do gênero Astyanax. iv Outra contribuição do presente estudo foi a inferência das relações evolutivas de algumas das mais bem estudadas espécies do gênero Astyanax, que a despeito da sua importância ecológica e de constituírem um modelo para estudos cromossômicos e evolutivos, ainda não apresentam estudos filogenéticos amplos. Ainda, a associação de dados cromossômicos e moleculares forneceu um panorama interessante sobre as relações evolutivas em algumas espécies do gênero, bem como sobre os processos e padrões evolutivos presentes nos Astyanax. / Astyanax is one of the species-richest genera within the order Characiformes. More than 100 representatives are widespread throughout nearly all the Neotropical region, inhabiting an array of environments, such as mountain areas, lotic and lentic river portions, lake systems and headwaters. This fish group has been a target of chromosomal studies for over 30 years, showing a remarkable cytogenetic diversity. Recently, the advances in molecular cytogenetics and DNA marker studies have provided new data about the evolutionary biology in this group, allowing revisiting former issues in species of this genus, such as their problematic taxonomical classification. In the present work, we attempted to obtain a cytogenetic characterization and analyze mtDNA segments (partial sequences of the genes ND2 and ATPase6/8) of different species and populations of Astyanax, in order to identify the evolutionary patterns and processes within the genus. Specimens from São Francisco, Tietê, Paranapanema, Mogi-Guaçu, Iguaçu, Paraíba do Sul, Ribeira de Iguape and Guapimirim hydrographic basins were collected. The results revealed phylogeographic scenarios and enabled us to establish the evolutionary relationships among the analyzed species, by associating data from two distinct classes of genetic markers. Through classic and molecular cytogenetic techniques, we present karyotypic data in A. altiparanae, A. aff. bimaculatus, A. bockmanni, A. aff. fasciatus, A. hastatus, A. mexicanus and A. ribeirae. For the phylogenetic studies, we also used, besides those sequences of the species abovementioned, data from the species Astyanax sp.B, A. giton, A. intermedius, A. lacustris, A. aff. scabripinnis, Bryconamericus iheringii, Mimagoniatis microlepis e Roeboides occidentalis. In the mtDNA analyses, sequences from the mtDNA of A. aeneus, and different haplotypes of A. mexicanus and A. bimaculatus available in the literature were included as well. Phylogeographic analyses coupled with chromosomal data were performed for the distinct populational samples in the groups A. altiparanae, A. aff. bimaculatus and A. aff. fasciatus. Both molecular and chromosomal analyses along Eastern drainage systems and nearby basins carried out in the present work provided additional information to the understanding of the evolutionary biology in the genus Astyanax. Another contribution of the present work refers to the inference on the evolutionary vi relationships in some of the most intensively studied species in the genus Astyanax, that, despite of their ecological importance and their role as a model for chromosomal and evolutionary studies, still lack more complete phylogenetic approaches. Furthermore, the association between chromosomal and molecular data revealed an interesting panorama about the evolutionary relationships in some species of this genus, as well as the evolutionary processes and patterns identified within Astyanax.

Made available in DSpace on 2015-12-06T23:47:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Howard Hughes Medical Institute (HHMI) / World Health Organization (WHO) / O tema deste trabalho é estudar alguns fatores importantes de patogenicidade de fungos do Filo Ascomycota e sua correlação com padrões da dinâmica da expressão gênica na perspectiva da Evolução Molecular. Decidimos concentrar nossos esforços iniciais nas questões de sistemática deste grupo, uma vez que a sistemática do Filo Ascomycota, tal como inferida por métodos atuais, apresenta politomias basais, indicando portanto, controvérsias na reconstrução dos eventos de radiação evolutiva de seus principais taxa. A análise molecular descrita neste trabalho sugere a existência de dois grupos na posição basal entre os ascomicetos filamentosos: os Discomycetes e os Pyrenomycetes. Foram propostos dois cenários para os principais eventos de radiação daquele filo, o primeiro localizando os principais eventos na era Proterozóica e o segundo, na era Paleozóica. Para tanto, geramos um alinhamento de 166 seqüências da subunidade menor do gene ribossômico 18S (SSU rDNA 18S), representativas de todos os filos de Fungi e utilizamos como base para uma análise filogenética Bayesiana. A filogenia sugeriu que os Discomycetes são o grupo basal dentre os ascomicetos filamentosos e provavelmente mantém caracteres ancestrais visto que seus representantes estão espalhados entre outros grupos de fungos filamentosos. Verificamos que a taxa evolutiva de heterogeneidade do filo Ascomycota rejeita a hipótese nula de um relógio molecular global. Para datar os principais eventos da radiação deste filo, foi utilizado o método “penalized likelihood”, e para calibração, foram incluídos um fóssil de Pyrenomycete datado em 400 Ma e considerados dois diferentes cenários encontrados na literatura, um com uma data estimada de 1.576 Ma para a separação entre planta-animal-fungo e outro, com data estimada de 965 Ma para a separação entre animal-fungo. Estimativas baseadas no primeiro cenário são mais antigas do que datas propostas em estudos anteriores baseados em seqüências do rDNA 18S, mas corroboram estimativas baseadas em análises de multiproteínas, sugerindo que a radiação dos principais grupos de Ascomycota ocorreu na era Proterozóica. Durante o processo evolutivo, fatores de patogenicidade surgiram dentro do filo Ascomycota e são encontrados em fungos dos grupos Pezizomycetes, Archiascomycetes e na Ordem Saccharomycetales. Candida albicans, o patógeno humano oportunista mais frequentemente isolado, é um representante desta ordem. Sua capacidade de formar biofilmes confere propriedades importantes para processos infectivos e colonização de diversos substratos, sendo ainda muito efetiva na resistência às drogas antifúngicas. A descrição e dinâmica dos componentes moleculares da matriz do biofilme, associados com as mudanças no metabolismo celular, poderiam explicar, pelo menos em parte, as propriedades em macro escala desta importante estrutura. Utilizando espectrometria de massa identificamos a enolase como um dos principais componentes da matriz do biofilme de Candida. Ainda, a presença de enolase na superfície celular foi confirmada por imunofluorescência. Caracteristicamente, por ser uma enzima citosólica que participa da via glicolítica, a enolase não possui sinal de secreção, no entanto, verificamos que a proteína é possivelmente glicosilada e fosforilada. Análises de degradação e recaptação mostraram que a proteína é degradada a 37o C e não é recaptada pela parede celular, sugerindo que exista uma via de secreção não-clássica por onde a enolase possa ser secretada para o biofilme e para a superfície celular sem ser degradada no meio externo. A expressão da enolase (ENO1) e das enzimas da via glicolítica como a hexoquinase, piruvatoquinase e aldolase (HXK1, HXK2, PYK1 e FBA1) de 14 diferentes linhagens de C. albicans que foram cultivadas em condições de crescimento como biofilme, microaerofilia, hifas e leveduras, não mostraram variação significativa, sugerindo que a condição de crescimento não afeta a expressão desses genes nas diferentes linhagens analisadas. Os genes ALS3 e HWP1 codificadores de adesinas tiveram a expressão diminuída em pelo menos 4 vezes em resposta a diminuição da expressão dos genes TEC1 e BCR1 que controlam a formação biofilme. Este tipo de regulação sugere que mecanismos de “feedforward” possam estar presentes nesta rede regulatória. A principal adesina da parede celular das hifas é Hwp1p, necessária para a formação apropriada de hifas e virulência em candidíase sistêmica. Nós descrevemos um novo alelo de HWP1 (HWP1-2), que não possui três importantes regiões, em comparação com o alelo descrito anteriormente (HWP1-1). As regiões 1 e 2 consistem de 10 aminoácidos repetidos em seqüência, importantes para a conformação funcional de cadeias peptídicas e a adesão das células de C. albicans ao epitélio de mamíferos. A região 3 é composta de 34 aminoácidos que promovem a ligação cruzada com outras proteínas na superfície de C. albicans. As linhagens homozigota para HWP1-2 (L757) e heterozigota (L296) têm níveis significativamente mais baixos na expressão de HWP1 durante a formação de hifas e biofilme, em comparação com a linhagem SC5314 (homozigota para HWP1-1). L757 teve crescimento na forma de hifa reduzido (40,4%) e diminuída a formação de biofilme (90,8%), sugerindo que a Hwp1-2p é menos eficiente para manter a adesão célula-célula e célula-superfície durante a formação do biofilme. Em conjunto nossos resultados mostram que as propriedades patogênicas de fungos não podem ser seriamente estudadas sem uma sólida base em sistemática molecular apoiada, por sua vez, nos métodos explicitamente quantitativos das áreas de Estatística, Teoria de Sistemas Dinâmicos e algoritmos computacionais. / The aim of this work is the study of factors that are important for the pathogenicity of the main fungi within phylum Ascomycota and its correlation with expression patterns on the perspective of Molecular Evolution. We decided to elucidate questions concerning the systematics of this group, since the actual systematics of the Ascomycota phylum is depicted as basal polytomies. The molecular analysis described in this work indicates two groups in the basal position among filamentous ascomycetes: Discomycetes and Pyrenoycetes. Also, two scenarios are proposed for the major radiation events within that phylum, one places the major events in the Proterozoic era and the other, in the Paleozoic era. Accordingly, we generated a dataset of 166 small subunit (18S) rDNA sequences, representative of all groups of Fungi and used as input in a Bayesian phylogenetic analysis. This phylogeny suggests that Discomycetes are a basal group of filamentous ascomycetes and probably maintain ancestor characters since their representatives are intermingled among other filamentous fungi. Also, we show that the evolutionary rate heterogeneity within Ascomycota rejects the null hypothesis of a global molecular clock. To estimates the dates of major radiation events, we used the penalized likelihood method and for calibration we included a 400 My Pyrenomycete fossil. Two distinct scenarios were considered, being, one with an estimated date of 1.576 Myr for the plant–animal–fungus split and the other with an estimated date of 965 Myr for the animal–fungus split. Estimates under the first scenario are older than dates proposed in previous studies based on small subunit rDNA sequences but support estimates based on multiprotein analysis, suggesting that the radiation of the major Ascomycota groups occurred into the Proterozoic era. Pathogenic factors have evolved within Ascomycota and can be found in fungi of Orders Pezizomycetes, Archiascomycetes and Saccharomycetales. Candida albicans, the most frequently isolated human opportunistic pathogen, is representative of this Order. Its ability to form biofilms is a very important factor during the infection process, colonization of several solid substrates and confers significant resistance to antifungal drugs. Components of the biofilm matrix associated with changes in the cellular metabolism could, at least in part, explain its macro-scale properties. We identified that enolase is a major component of the Candida biofilm matrix by using mass espectrometry and confirmed its presence in the cell surface by immunefluorescence. Characteristically of cytosolic enzymes that participate of the glycolytic pathway, enolase does not possess signal for secretion, however, we verified that this protein can be putatively glycosylated and phosphorylated. Degradation and reuptake analyses of enolase demonstrated that it is degraded at 37o C and it is not reuptaked by the cell wall, which suggests that there is a non-classical secretory pathway by where enolase can be sent to the biofilm matrix and the cell surface protected against the external medium degradation. No significant variation in the expression of enolase (ENO1) and glycolytic pathway enzymes hexokinase, pyruvate kinase and aldolase (HXK1, HXK2, PYK1 and FBA1) were observed among 14 different lineages of C. albicans grown in biofilm, microaerophilia, hyphal induced and yeast induced conditions. Adhesin encoding genes ALS3 and HWP1 showed diminished expression levels (at least 4-fold) in response to the down regulation of biofilm control genes TEC1 and BCR1. This suggests that expression levels of ALS3 and HWP1 can be regulated by feedforward mechanisms. The major C. albicans hyphae cell wall adhesin, Hwp1p, is necessary for hyphae formation and virulence in systemic candidiasis. We described a novel HWP1 allele (HWP1-2) lacking three important regions as compared to the previously described allele, HWP1-1. Regions 1 and 2 consist of 10 amino acid repeats important for functional conformation of peptide chains and attachment of C. albicans cells to the mammalian epithelia. Region 3 consists of 34 amino acid that promote the cross-linking with other proteins on C. albicans surface. The HWP1-2 homozygous (L757) and heterozygous (L296) strains have significantly lower levels of HWP1 expression during hyphal growth and biofilm formation compared to the strain SC5314 (HWP1-1). L757 has reduced hyphal growth (40.4%) and impaired biofilm formation (90.8%), suggesting that the HWP1-2p is less efficient to maintain cell-to-cell and cell-to-surface adhesion during biofilm formation. Our results clearly show that any study of fungal pathogenicity factors have to be solidly based on molecular systematics, which in turn, has to be grounded on the explicitly quantitative methods of Statistics, Dynamic Systems Theory and computational algorithms. / BV UNIFESP: Teses e dissertações

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:15Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-02-16Bitstream added on 2014-06-13T19:21:45Z : No. of bitstreams: 1 granzotto_a_dr_sjrp.pdf: 1610042 bytes, checksum: 27692bc1e2301a5aee3ec1445fded2d8 (MD5) / Os elementos de transposição (TEs) são sequências de DNA com a capacidade de catalisar seu próprio movimento e de se inserir em novas regiões do genoma. Desde que TEs são fonte de variação genética, os estudos da dinâmica dessas sequências permitem a compreensão da evolução do genoma do hospedeiro. Na presente Tese foi estudado o retroposon Helena, um LINE que se encontra em diferentes estágios do seu ciclo evolutivo e, portanto, um bom modelo para estudos da dinâmica evolutiva de TEs. Por meio de análises de Bioinformática de 12 espécies de Drosophila que têm o genoma sequenciado, verificou-se que Helena varia de estágios em que se encontra ao menos uma cópia completa e ativa (D. mojavensis), ou putativamente completas, mas inativas (D. simulans), a estados em que as cópias são altamente degeneradas (D. yakuba, D. erecta, D. ananassae e D. virilis) ou ausentes (D. pseudoobscura, D. persimilis, D. willistoni e D. grimshawi). As análises filogenéticas mostram que esse TE estava presente no ancestral comum do gênero Drosophila e tem sido transmitido verticalmente nas linhagens derivadas, e perdido em algumas. Desde que uma cópia completa, e altamente ativa, foi observada apenas no genoma de D. mojavensis, estudamos em detalhe a região 5’ dessa cópia e verificamos, por meio de análises in vitro com o uso de um gene reporter, a presença de promotor interno para a Pol II que se encontra associado com modificações epigenéticas de histonas tanto permissivas, típicas de eucromatina, onde a transcrição pode ocorrer (H3K4me2), como repressivas, típicas de heterocromatina facultativa (H3K27me3). Esses “domínios bivalentes”, juntamente com a baixa associação de H3K9me2 (típica de heterocromatina constitutiva) indicam que Helena pode ser expresso em resposta a estímulos adequados. Análises preliminares do estudo da atividade transposicional... / The transposable elements (TEs) are DNA sequences capable of catalyze its own movement and to enter into new regions of the genome. Since TEs are source of genetic variation, studies on their dynamics allow the understanding of the genome evolution. In the present study we studied Helena, a LINE element that is at different stages of its evolutionary cycle and therefore, it is a good model for studies of TEs evolutionary dynamics. Through bioinformatics analysis of 12 Drosophila species which have their genomes sequenced, we found Helena in different stages of its evolutionary cycle, that varies of at least one full active copy (D. mojavensis) an putatively complete copy, but inactive (D. simulans) to highly degenerate (D. yakuba, D. erecta, D. ananassae and D. virilis) or absent (D. pseudoobscura, D. persimilis, D. willistoni and D. grimshawi) sequences. Phylogenetic analysis showed that Helena was present in the common ancestor of the Drosophila genus and has been vertically transmitted in derived lineages, but lost on some of them. Since a complete highly active copy was observed only in D. mojavensis, we studied in more detail its 5' end region. Through in vitro assays using a reporter gene we verified the presence of internal promoter for Pol II that is associated with epigenetic histone modifications for permissive (could induce transcription (H3K4me2)) and repressive heterochromatin (facultative heterochromatin (H3K27me3)). These “bivalent marks” and poor association to H3K9me2 (constitutive heterochromatin) indicate that Helena can be expressed in response to specific stimulus. The preliminary analysis of Helena transposicional activity in vivo (by injection of complete copy in D. melanogaster) showed integration and activity of this TE in the transgenic lines. A study of BS element, a TE closely related to Helena, showed that the evolutionary dynamics of both... (Complete abstract click electronic access below)

Esta tese de doutorado versa sobre relações filogenéticas, evolução e biogeografia das espécies do gênero Ramphastos, representado pelos tucanos. / This PhD thesis is about phylogenetics, evolution and biogeography of the species of the genus Ramphastos (toucans).

Orientador: João Meidanis / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-08T13:34:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_AndreAtanasioMaranhao_M.pdf: 3188069 bytes, checksum: b0743bc208c47e2d263f7d5503c22c07 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Nas últimas décadas presenciamos grandes avanços na biologia molecular que levaram ao acúmulo de um grande volume de dados acerca de moléculas, tais como DNAs e proteínas, essenciais para a vida e para seu entendimento.O estágio atual é de busca por ferramentas que permitam extrair informações com relevância biológica destes dados. Neste contexto, a comparação de genomas surge como uma das ferramentas e nesta categoria incluímos rearranjo de genomas. Em rearranjo, o genoma é representado por uma seqüência de blocos conservados e, dados dois genomas e um conjunto de operações, busca-se pela que transformem um genoma no outro. Em 1995, Hannenhallie Pevzner apresentaram o primeiro algoritmo polinomial para o problema da ordenação por reversões orientadas. Tal algoritmo executa em tempo O(n4) e foi o primeiro algoritmo polinomial para um modelo realístico de rearranjo de genomas. Desde então, surgiram algoritmos que apresentam desempenho assintoticamente melhor. O melhor deles, apresentado por Tannier e Sagot em 2004, é capaz de executar em tempo O (n(n log n)1/2). Há um algoritmo linear, desenvolvido por Bader e colegas[2], mas este capaz de determinar a seqüência de reversões, apenas calcula a distância. Motivado pela carência de uma derivação algébrica mais formal da teoria desenvolvida em rearranjo de genomas, desenvolvemos uma solução formal para o problema da distância de reversão com sinal. Utilizamos, em tal solução, um formalismo algébrico para rearranjo de genomas que relaciona a recente teoria de rearranjo de genomas ?basicamente fundamentada no trabalho de Hannenhalli e Pevzner ? e a teoria de grupos de permutação de uma nova forma. Pretendemos criar a base para grandes avanços na área através de um formalismo algébrico forte / Abstract: In the last decades we have seen a great progress in molecular biology. That lead to a large volume of data on molecules, DNA and proteins, essential for life.The current stage of research lies in the pursuit of tools to extract information with biological relevance from this data. In this context, comparison of genomes is an important tool and genome rearrangements is a way of doing that comparison. In rearrangement analysis the genome is represented by a sequence of conserved blocks. The aim is to ?nd a minimum sequence of operations that transform a genome into another given as input two genomes and a set of allowed operations. In 1995, Hannenhalli and Pevzner presented the ?rst polinomial algorithm for sorting signed permutations by reversals. This algorithm has complexity O(n4) in time and was the ?rst polinomial algorithm for a realistic model of genome rearrangement. Since then, new algorithms with better asintotic performance had appeared. The fastest algorithm, with complexity O(n?n logn), was developed byTannier and Sagot in 2004. Motivated by a lack of a more formal derivation in the genome rearrangement developed theory, we developed a formal solution for the signed reversal distance problem. We use an algebraic formalism that relates the recent genome rearrangement theory ? basically based on a work of Hannenhalli and Pevzner ? to permutation group theory in a new form. We intend to build a solid theoretical base for further advances in the area through strong algebraic formalism / Mestrado / Teoria da Computação / Mestre em Ciência da Computação

A comparação de taxas de substituição não-sinônimas (dN) e sinônimas (dS) permite inferir quais regimes de seleção operaram sobre regiões codificadoras. Genes com d>N/dS > 1 são candidatos a estarem sob seleção positiva, e scans genômicos em busca dessa assinatura se revelaram uma ferramenta poderosa. Trata-se de um método robusto, uma vez que assume-se que tais sítios estão intercalados nas regiões do genoma sob estudo (e portanto partilham a mesma história demográfica), e que têm como foco a variação em genes específicos, eliminando ambiguidades acerca do alvo da seleção. Por outro lado, o critério de ω > 1 para que genes estejam sob seleção positiva é muito conservador. Isso ocorre porque geralmente apenas alguns códons estão sob seleção positiva, enquanto a maior parte das mutações não-sinônimas são deletérias e, portanto, estão sob seleção purificadora. Por isso, convencionou-se analisar subconjuntos de códons em busca de seleção, seja através de uma base de dados mais restrita ou através de modelos que estimam diferentes valores de ω para subconjuntos de códons, tornando possível inferir quais deles estão sob seleção positiva. Os genes das moléculas MHC têm vários padrões de variação que indicam que algum tipo de seleção balanceadora atuou sobre eles (alta diversidade, grande diferenciação entre alelos e a existência de polimorfismos trans-específicos). Os genes HLA constituem um subconjunto de genes do MHC humano e estão localizados no braço curto do cromossomo 6. Os genes clássicos de classe I (HLA-A, HLA-B e HLA-C) são expressos na maior parte das células somáticas e desempenham papel central no processo de resposta imune adaptativa, capturando e apresentando peptídeos na superfície celular. A região da molécula de MHC à qual antígenos são ligados para serem apresentados a linfócitos T, dessa forma iniciando a resposta imune adaptativa, é conhecida como sítio de reconhecimento do antígeno (ARS). É bem estabelecido que os códons ARS apresentam taxas de substituição não-sinônimas maiores que as taxas sinônimas para esses três locos, consistente com um efeito de seleção balanceadora levando a maior variabilidade funcional na região da molécula que interage com o peptídeo. Os genes HLA clássicos apresentam centenas de alelos, e esses constituem clados que reúnem alelos filogeneticamente relacionados e com similaridades funcionais. Apesar de não haver controvérsia sobre a existência de seleção sobre genes HLA, não existe consenso acerca da importância relativa da seleção sobre linhagens alélicas e sobre alelos individuais na diversificação dos alelos de HLA, e essa foi a questão que decidimos investigar. Nossa hipótese nula foi a de que as linhagens foram os alvos da seleção e a hipótese alternativa foi a de que os alelos individuais foram alvos da seleção ao longo da história evolutiva dos genes HLA. Buscamos, primeiramente, fazer uma validação do método de inferência de dN/dS usando como estudo de caso os códons ARS e sua relação com a capacidade de inferência. Constatamos que, dos códons que encontramos sob seleção positiva, todos (exceto um) estão também na classificação clássica dos códons ARS ou a ±1 códon de distância destes, mostrando que existem evidências de seleção em sítios vizinhos aos ARS. Portanto, uma classificação expandida, que inclua os códons sob seleção que não estão nas classificações ARS comumente utilizadas, deveria aumentar o poder estatístico de testes de modelos de seleção nos genes HLA. Ao comparar os resultados obtidos em análises filogenéticas com bases de dados com e sem recombinantes, verificamos que a remoção de alelos recombinantes altera as estimativas de parâmetros, a identificação de códons com evidência de seleção e a significância dos testes de comparação de modelos. Nossas análises mostraram que ω é significativamente maior para pares de alelos de linhagens diferentes do que para pares de alelos de uma mesma linhagem e que existe uma correlação positiva significativa entre o tempo de divergência dos alelos e as estimativas de ω. Verificamos, ainda, que é possível rejeitar um modelo nulo de uma razão ω estimada para todos os ramos da árvore filogenética e favorecer um modelo em que ω é estimado separadamente para ramos entre e intra-linhagens em HLA-C. Em HLA-A e HLA-C, ω é significativamente > 1 entre linhagens. Mostramos também, para os mesmos locos, ω é significativamente > 1 nos ramos internos. Em HLA-C, o modelo que estima ω separadamente para ramos internos e terminais foi favorecido. Nossos resultados mostram que a intensidade de seleção atuando entre linhagens é maior do que aquela dentro de linhagens. Entretanto, mesmo dentro de linhagens, há fortes evidências de desvios de neutralidade, sugerindo a ação da seleção natural. / The comparison of non-synonymous (dN) and synonymous (dS) substitution rates allows us to infer selection schemes which operated in coding regions. Genes with dN/dS > 1 are candidates to be under positive selection, and genome scans in search for this signature have proved to be a powerful tool. It is a robust method, since it is assumed that such sites are interspersed in regions of the genome under study (and therefore share the same demographic history), and which focuses on the variation in specific genes, eliminating ambiguities about the target of selection. On the other hand, the criterion of ω > 1 for genes to be considered under positive selection is very conservative. This is because usually only a few codons are under positive selection, while most non-synonymous mutations are deleterious and are thus under purifying selection. Therefore, it has been conventioned to analyze subsets of codons in search of selection, either through a narrower data set or through models that calculate different ω values for subsets of codons, making it possible to infer which of them are under positive selection. The MHC molecules genes have different variation patterns that indicate some sort of balancing selection acted upon them (high diversity, large differentiation between alleles and the existence of trans-specific polymorphisms). HLA genes are a subset of human MHC genes and are located on the short arm of chromosome 6. The classical class I genes (HLA-A, HLA-B and HLA-C) are expressed in most somatic cells and play a central role in the process of adaptive immune response, capturing and presenting peptides on the cell surface. The region of the MHC molecule to which antigens are bound to be presented to T lymphocytes, thereby initiating the adaptive immune response, is known as the antigen recognition site (ARS). It is well established that ARS codons have higher non-synonymous than synonymous substitution rates on these three loci, consistent with an effect of balancing selection leading to greater variability in the functional region of the molecule that interacts with the peptide. The classical HLA genes have hundreds of alleles, and these constitute clades which group phylogenetically related and functionally similar alleles. Although there is no controversy about the existence of selection acting on HLA genes, there is no consensus on the relative importance of selection on allelic lineages and on individual alleles on the diversification of HLA alleles, and that was the question we decided to investigate. Our null hypothesis was that lineages were targets of selection and the alternative hypothesis was that the individual alleles were targets of selection during the evolutionary history of HLA genes. We sought, first, to make a validation of the method of inference dN/d>S using as a case study the ARS codons and their relation to the ability of inference. Of all the codons under selection we found, all (except one) are also in the classification of classical ARS codons or ±1 codon away from these, showing that there is evidence of selection at nearby sites to the ARS. Therefore, an expanded classification, which includes the codons under selection that are not commonly used in the ARS classifications, should increase the statistical power of selecion model tests on the HLA genes. By comparing the results obtained in phylogenetic analysis using data sets with or without recombinants, we found that the removal of recombinant alleles alters the parameter estimates, the identification of codons with evidence of selection and the significance of model comparison tests. Our analysis showed that ω is significantly higher for pairs of alleles from different lineages than for pairs of alleles from the same lineage and that there is a significant positive correlation between time of divergence of alleles and estimates of ω. We also verified that it is possible to reject a null model of one ω estimated for all branches of the phylogenetic tree and favor a model where ω is estimated separately for branches within and between lineages of HLA-C. In HLA-A and HLA-C, ω is significantly > 1 between lineages. We also show that, for these same loci, ω fis significantly greater than one or internal branches. In HLA-C, the model that estimates ω separately for terminal and internal branches was favored. Our results show that the intensity of selection between lineages is greater then within them. However, even within lineages, there is a strong evidence of deviation from neutrality, suggesting the action of natural selection.

Retrovírus endógenos (ERVs) são vírus que infectaram células germinativas e proliferaram no genoma do hospedeiro. A família K está integrada apenas no genoma de primatas do Velho Mundo. Os ERVs promovem alterações estruturais nos genomas hospedeiros, sendo fundamentais para a sua evolução. Esse trabalho teve como objetivo realizar uma investigação da distribuição e dinâmica evolutiva de ERV-K nos diferentes hospedeiros. Foram identificados 58 ERV-K em humanos, 38 em chimpanzés, 35 em orangotangos e 19 em macaco rhesus. Análises filogenéticas evidenciaram dois grupos principais, Grupo O/N, que compreende os provirus mais antigos e os mais recentes, e Grupo I, com provirus com tempo de integração intermediário. A dinâmica de espalhamento de ERV-K diferiu entre os hospedeiros. A fixação e eliminação dos ERV-K é resultado de fatores demográficos e populacionais, como gargalos de garrafa e expansões sofridas ao longo da evolução. Análises de quais provírus são ativos em pacientes com HIV e com cancer demonstrou que distintos ERVs são transativados, sugerindo alguma consequencia biológica para o hospedeiro. Além disso, a atividade dos ERVs não depende exclusivamente do tempo de integração, mas sim da integridade de regiões específicas contidas na LTR. / Endogenous retroviruses (ERVs) are remains of ancient viral infection in the germ line cells and subsequent vertical transmission. The K family are integrated only in humans and the Old World monkeys. ERVs play a fundamental role on genome evolution and foster variability. The aim of this work was to investigate their distribution and evolutionary dynamics in primate hosts. We found 55 ERV-K genomes in the human genome, 38 in chimpanzee, 35 in orangutan and 19 in Rhesus monkey. Two main groups were recovered by phylogenetic inference, Group O/N, comprising the newest and the oldest proviruses and, Group I, enclosing those with intermediate integration time. Although the primary integration took place in the ancestral lineage of all primates investigated, their evolutionary dynamic was different among them. I propose that ERV-K dynamics depends on the host demography experienced throughout their evolution. This work also investigated the putative source of proviral transcripts detected in HIV carries and cancer patients. The differential expression found under these conditions suggested a biological role of the ERV-K overexpression. Finally, the results showed that the ERV-K overexpression depends on the integrity of specific promoters in their LTR.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-03-06Bitstream added on 2014-06-13T19:42:42Z : No. of bitstreams: 1 setta_n_dr_sjrp.pdf: 1404480 bytes, checksum: e8ca57a6c89dd8308471f12f028ecfe8 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / O gênero Zaprionus tem sido eleito como um bom modelo biológico para estudos genéticocomparativos com as espécies do subgrupo melanogaster do gênero Drosophila, embora seu posicionamento filogenético dentro da família Drosophilidae ainda seja controverso. Na presente Tese foi investigada a presença de 10 elementos de transposição (TEs) em Zaprionus indianus e Drosophila malerkotliana, bem como a distribuição, a atividade transcricional e as relações evolutivas de três retrotransposons (copia, gypsy e micropia) em sete espécies do gênero Zaprionus. Para isso, foram empregadas as técnicas de Dot blot, PCR, RT-PCR e seqüenciamento. As seqüências obtidas foram comparadas às dos respectivos elementos das demais espécies de drosofilídeos disponíveis nas bases de dados genômicas. Os resultados indicam que Z. indianus e D. malerkotliana apresentam em seus genomas todos os TEs de D. melanogaster investigados. O retrotransposon copia foi seqüenciado e está transcricionalmente ativo nas sete espécies do gênero Zaprionus e constitui uma nova subfamília relacionada aos elementos do subgrupo melanogaster, que foi denominada subfamília GBFDouble-gap. Por outro lado, os retrotransposons gypsy e micropia foram identificados nas espécies do subgênero Zaprionus, onde também estão transcricionalmente ativos, e pertencem às subfamílias já descritas para as espécies do subgrupo melanogaster. As análises evolutivas sugeriram que esses três retrotransposons devem ter participado de eventos de transferência horizontal com as espécies do subgrupo melanogaster e com pelo menos um doador desconhecido, no caso do retrotransposon micropia. Além disso, o cálculo dos tempos de divergência dos elementos sugere que eles passaram por ondas de transferências horizontais, mais antigas para o retrotransposon copia, e mais recentes para gypsy e micropia. Esses resultados... / The Zaprionus genus has been elected as a good biological model for comparative analyses with the melanogaster subgroup of Drosophila genus, though its phylogenetic positioning within the Drosophilidae family is still controversial. This study aiming at investigating the occurrence of 10 transposable elements (TEs) in Zaprionus indianus and Drosophila malerkotliana species, as well the distribution, transcriptional activity and evolutionary relationships of three retrotransposons (copy, gypsy and micropia) in seven species of Zaprionus genus. To do so, Dot blot, PCR, RT-PCR and sequencing methods were employed. The Zaprionus sequences obtained were compared with the drosophilid sequences available in genomic databases. The results indicated that Z. indianus and D. malerkotliana harbor all D. melanogaster TEs investigated. The copia retrotransposon is present and transcriptionally active in seven species of the Zaprionus genus and represents a new subfamily related to that of the melanogaster subgroup, named as GBFDouble-gap subfamily. Additionally, gypsy and micropia retrotransposons were identified in the Zaprionus species subgenus, which are transcriptionally active and belong to the melanogaster subgroup subfamilies. The evolutionary analysis showed the three retrotransposons could have been involved in horizontal transfer events with species of the melanogaster subgroup for the three retrotransposons and at least one unknown donor regarding to micropia retrotransposon. Moreover, the time of divergence seems to indicate that the retrotransposons experienced horizontal transfer waves, the oldest involving the copia element followed by the gypsy and micropia retrotransposons in more recent times. These results suggest that the horizontal transfer phenomenon has happened repeatedly during the Zaprionus genus and melanogaster subgroup evolution in the Afrotropical region.