Submitted by Gizele Lima (gizele.lima@inpa.gov.br) on 2017-06-21T20:00:00Z No. of bitstreams: 2 Nayara_GCBEV_Dissertação VERSÃO FINAL_Definitiva.pdf: 3041386 bytes, checksum: 04452ee2a4384fb66886d92dc109a417 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-21T20:00:00Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Nayara_GCBEV_Dissertação VERSÃO FINAL_Definitiva.pdf: 3041386 bytes, checksum: 04452ee2a4384fb66886d92dc109a417 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (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 LDHA 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.

Nos últimos anos, numerosas evidências da literatura científica têm atribuído ao hormônio nonapeptídico oxitocina (OXT) diversas ações sobre o comportamento animal. Para uma melhor compreensão desta associação, objetivou-se neste trabalho um estudo da evolução molecular da porção codificadora do gene do receptor da oxitocina (OXTR) em espécies da ordem Primates, assim como o desenho de uma rede gênica funcional da oxitocina, e sua análise ao longo de diversas linhagens de vertebrados. Obtivemos a sequência parcial de cDNA do gene OXTR para nove espécies de macacos do Novo Mundo, dado ausente na literatura até o momento. Associando estas informações à sequência de outras espécies de primatas que possuem o seu genoma descrito em banco de dados eletrônico, realizamos a comparação das porções codificantes do OXTR: entre 12 espécies de primatas para o éxon 3, e 17 espécies para o éxon 4. Descrevemos a ocorrência de 30 variações de códons não-sinônimas, distribuídas em 22 sítios diferentes. Evidenciamos o domínio intracelular 4 (IC4) como a região de menor conservação da proteína OXTR, respondendo por 46,6% (14/30) das variações observadas. De forma semelhante, este domínio apresentou o maior número de substituições moderadamente radicais, segundo critérios químicos (escore de Grantham). Identificamos três variações de sítios características, adjacentes a resíduos bastante conservados ao longo da filogenia por sua grande importância funcional. Uma análise de máxima verossimilhança códon-por-códon de sequências do gene OXTR em 38 espécies de vertebrados mostrou que a seleção negativa é a maior força agindo sobre o gene OXTR, embora 10% dos sítios apresentam um possível relaxamento. Metodologias da biologia de sistemas foram combinadas para o desenho de uma rede funcional da oxitocina, composta pelos genes AVP, AVPR1A, AVPR1B, ESR1, FOS, HCRT, OXT, OXTR, PRL, PRLH, PRLR e TRH. O nível de conservação destes 12 genes foi estudado em 36 espécies de vertebrados por meio da comparação das proteínas traduzidas com o seu homólogo humano. Identificaram-se dois grupos gênicos de padrão de conservação significativamente diferentes: um grupo mais conservado, associado à oxitocina (OXT), e um grupo mais diverso, relacionado à prolactina (PRL). / During the past years, many evidences from scientific literature have ascribed several actions over animal behaviour to the nonapeptidic hormone oxytocin (OXT). For a better understanding of this association, it was aimed on this research an assay on molecular evolution of the coding sequence of the oxytocin receptor gene (OXTR) on species from the order Primates, and also the design of an oxytocin gene network and its analysis through several vertebrate lineages. We obtained the partial sequence of cDNA from gene OXTR for nine species of New World monkeys, an unpublished data until present. Blending these informations to the sequence of other primates, available at genomic databases, we compared the coding regions of OXTR: among 12 primate species for exon 3, and 17 species for exon 4. We described 30 non-synonyms changes, distributed along 22 different sites. We found that intracellular domain 4 (IC4) has the lowest conservation rate of the OXTR protein, being responsible for 46,6% (14/30) of the observed variations. Likewise, this domain presented the highest number of moderately radical substitutions, according to chemical criteria (Grantham score). We identified three characteristic sites changes, located besides aminoacids highconserved for its great functional importance. A maximum-likelihood analysis by codon of the OXTR gene sequence on 38 vertebrate species showed that negative selection is the strongest power acting over the OXTR gene, although 10% of the sites are presented as possibly relaxed. Methodologies from systems biology were combined for design of an oxytocin functional network, composed by genes AVP, AVPR1A, AVPR1B, ESR1, FOS, HCRT, OXT, OXTR, PRL, PRLH, PRLR and TRH. Conservation levels from those 12 genes were studied on 36 vertebrate species by comparing the translated protein with its human homologous. Two assembling of genes showed conservation pattern significantly different: a more conserved group, associated to oxytocin (OXT), and a more diverse one, related to prolactin (PRL).

Nos últimos anos, numerosas evidências da literatura científica têm atribuído ao hormônio nonapeptídico oxitocina (OXT) diversas ações sobre o comportamento animal. Para uma melhor compreensão desta associação, objetivou-se neste trabalho um estudo da evolução molecular da porção codificadora do gene do receptor da oxitocina (OXTR) em espécies da ordem Primates, assim como o desenho de uma rede gênica funcional da oxitocina, e sua análise ao longo de diversas linhagens de vertebrados. Obtivemos a sequência parcial de cDNA do gene OXTR para nove espécies de macacos do Novo Mundo, dado ausente na literatura até o momento. Associando estas informações à sequência de outras espécies de primatas que possuem o seu genoma descrito em banco de dados eletrônico, realizamos a comparação das porções codificantes do OXTR: entre 12 espécies de primatas para o éxon 3, e 17 espécies para o éxon 4. Descrevemos a ocorrência de 30 variações de códons não-sinônimas, distribuídas em 22 sítios diferentes. Evidenciamos o domínio intracelular 4 (IC4) como a região de menor conservação da proteína OXTR, respondendo por 46,6% (14/30) das variações observadas. De forma semelhante, este domínio apresentou o maior número de substituições moderadamente radicais, segundo critérios químicos (escore de Grantham). Identificamos três variações de sítios características, adjacentes a resíduos bastante conservados ao longo da filogenia por sua grande importância funcional. Uma análise de máxima verossimilhança códon-por-códon de sequências do gene OXTR em 38 espécies de vertebrados mostrou que a seleção negativa é a maior força agindo sobre o gene OXTR, embora 10% dos sítios apresentam um possível relaxamento. Metodologias da biologia de sistemas foram combinadas para o desenho de uma rede funcional da oxitocina, composta pelos genes AVP, AVPR1A, AVPR1B, ESR1, FOS, HCRT, OXT, OXTR, PRL, PRLH, PRLR e TRH. O nível de conservação destes 12 genes foi estudado em 36 espécies de vertebrados por meio da comparação das proteínas traduzidas com o seu homólogo humano. Identificaram-se dois grupos gênicos de padrão de conservação significativamente diferentes: um grupo mais conservado, associado à oxitocina (OXT), e um grupo mais diverso, relacionado à prolactina (PRL). / During the past years, many evidences from scientific literature have ascribed several actions over animal behaviour to the nonapeptidic hormone oxytocin (OXT). For a better understanding of this association, it was aimed on this research an assay on molecular evolution of the coding sequence of the oxytocin receptor gene (OXTR) on species from the order Primates, and also the design of an oxytocin gene network and its analysis through several vertebrate lineages. We obtained the partial sequence of cDNA from gene OXTR for nine species of New World monkeys, an unpublished data until present. Blending these informations to the sequence of other primates, available at genomic databases, we compared the coding regions of OXTR: among 12 primate species for exon 3, and 17 species for exon 4. We described 30 non-synonyms changes, distributed along 22 different sites. We found that intracellular domain 4 (IC4) has the lowest conservation rate of the OXTR protein, being responsible for 46,6% (14/30) of the observed variations. Likewise, this domain presented the highest number of moderately radical substitutions, according to chemical criteria (Grantham score). We identified three characteristic sites changes, located besides aminoacids highconserved for its great functional importance. A maximum-likelihood analysis by codon of the OXTR gene sequence on 38 vertebrate species showed that negative selection is the strongest power acting over the OXTR gene, although 10% of the sites are presented as possibly relaxed. Methodologies from systems biology were combined for design of an oxytocin functional network, composed by genes AVP, AVPR1A, AVPR1B, ESR1, FOS, HCRT, OXT, OXTR, PRL, PRLH, PRLR and TRH. Conservation levels from those 12 genes were studied on 36 vertebrate species by comparing the translated protein with its human homologous. Two assembling of genes showed conservation pattern significantly different: a more conserved group, associated to oxytocin (OXT), and a more diverse one, related to prolactin (PRL).

Nos últimos anos, numerosas evidências da literatura científica têm atribuído ao hormônio nonapeptídico oxitocina (OXT) diversas ações sobre o comportamento animal. Para uma melhor compreensão desta associação, objetivou-se neste trabalho um estudo da evolução molecular da porção codificadora do gene do receptor da oxitocina (OXTR) em espécies da ordem Primates, assim como o desenho de uma rede gênica funcional da oxitocina, e sua análise ao longo de diversas linhagens de vertebrados. Obtivemos a sequência parcial de cDNA do gene OXTR para nove espécies de macacos do Novo Mundo, dado ausente na literatura até o momento. Associando estas informações à sequência de outras espécies de primatas que possuem o seu genoma descrito em banco de dados eletrônico, realizamos a comparação das porções codificantes do OXTR: entre 12 espécies de primatas para o éxon 3, e 17 espécies para o éxon 4. Descrevemos a ocorrência de 30 variações de códons não-sinônimas, distribuídas em 22 sítios diferentes. Evidenciamos o domínio intracelular 4 (IC4) como a região de menor conservação da proteína OXTR, respondendo por 46,6% (14/30) das variações observadas. De forma semelhante, este domínio apresentou o maior número de substituições moderadamente radicais, segundo critérios químicos (escore de Grantham). Identificamos três variações de sítios características, adjacentes a resíduos bastante conservados ao longo da filogenia por sua grande importância funcional. Uma análise de máxima verossimilhança códon-por-códon de sequências do gene OXTR em 38 espécies de vertebrados mostrou que a seleção negativa é a maior força agindo sobre o gene OXTR, embora 10% dos sítios apresentam um possível relaxamento. Metodologias da biologia de sistemas foram combinadas para o desenho de uma rede funcional da oxitocina, composta pelos genes AVP, AVPR1A, AVPR1B, ESR1, FOS, HCRT, OXT, OXTR, PRL, PRLH, PRLR e TRH. O nível de conservação destes 12 genes foi estudado em 36 espécies de vertebrados por meio da comparação das proteínas traduzidas com o seu homólogo humano. Identificaram-se dois grupos gênicos de padrão de conservação significativamente diferentes: um grupo mais conservado, associado à oxitocina (OXT), e um grupo mais diverso, relacionado à prolactina (PRL). / During the past years, many evidences from scientific literature have ascribed several actions over animal behaviour to the nonapeptidic hormone oxytocin (OXT). For a better understanding of this association, it was aimed on this research an assay on molecular evolution of the coding sequence of the oxytocin receptor gene (OXTR) on species from the order Primates, and also the design of an oxytocin gene network and its analysis through several vertebrate lineages. We obtained the partial sequence of cDNA from gene OXTR for nine species of New World monkeys, an unpublished data until present. Blending these informations to the sequence of other primates, available at genomic databases, we compared the coding regions of OXTR: among 12 primate species for exon 3, and 17 species for exon 4. We described 30 non-synonyms changes, distributed along 22 different sites. We found that intracellular domain 4 (IC4) has the lowest conservation rate of the OXTR protein, being responsible for 46,6% (14/30) of the observed variations. Likewise, this domain presented the highest number of moderately radical substitutions, according to chemical criteria (Grantham score). We identified three characteristic sites changes, located besides aminoacids highconserved for its great functional importance. A maximum-likelihood analysis by codon of the OXTR gene sequence on 38 vertebrate species showed that negative selection is the strongest power acting over the OXTR gene, although 10% of the sites are presented as possibly relaxed. Methodologies from systems biology were combined for design of an oxytocin functional network, composed by genes AVP, AVPR1A, AVPR1B, ESR1, FOS, HCRT, OXT, OXTR, PRL, PRLH, PRLR and TRH. Conservation levels from those 12 genes were studied on 36 vertebrate species by comparing the translated protein with its human homologous. Two assembling of genes showed conservation pattern significantly different: a more conserved group, associated to oxytocin (OXT), and a more diverse one, related to prolactin (PRL).

Orientador: Cesar Martins / Banca: Paulo Eduardo Martins Ribolla / Banca: Reinaldo Otávio Alvarenga Alves de Brito / Resumo: FOXL2 representa um importante gene, membro da família do domínio forkhead, responsável principalmente pelo desenvolvimento de ovários durante a determinação e diferenciação sexual de fêmeas. Os estudos evolutivos realizados anteriormente foram limitados considerando o número de cópias gênicas e unidades taxonômicas analisadas. Para analisar um grande número de sequências de FOXL2 e contribuir para um cenário mais claro da história evolutiva do gene, uma ampla análise evolutiva do domínio forkhead e do gene FOXL2 foi realizada. Um total de 2.464 sequências para o domínio forkhead foram recuperadas e, subsequentemente, 62 sequências representativas para o FOXL2 foram utilizadas na análise evolutiva do gene. A contribuição mais importante deste estudo foi a descoberta de um novo subgrupo de ortólogos de FOXL2 (parálogos para outros FOXL2) presente no celacanto Latimeria chalumnae (celacanto do Oeste do Oceano Índico), na ave Taeniopygia guttata (tentilhão) e no marsupial Monodelphis domestica (gambá). Este novo cenário indica um evento de duplicação gênica em um ancestral de vertebrados ósseos (Euteleostomi). Com base nas análises das regiões sintênicas de ambas as cópias de FOXL2, o evento de duplicação não ocorreu em um único gene, mas em um bloco de genes. Além disso, a distribuição da cópia duplicada se mostrou complexa entre os vertebrados, especialmente em tetrápodas, e os resultados apoiam fortemente uma perda desta cópia nas espécies de euterianos. Finalmente, o cenário observado no presente estudo sugere uma atualização para a nomenclatura do gene FOXL2, estendendo a nomenclatura de FOXL2A e FOXL2B, sugerida para teleósteos, para todas as sequências de vertebrados, contribuindo, portanto, para o estabelecimento de um novo contexto evolutivo para o gene FOXL2 / Abstract: The FOXL2 gene is an important member of the forkhead domain family, primarily responsible for the development of ovaries during female sex determination and differentiation. The evolutionary studies conducted previously were limited considering the number of gene copies and taxonomic units analyzed. To analyze a large number of sequences for FOXL2 and contribute to a clearer picture of the evolutionary history of the gene, a broad evolutionary analysis of the forkhead domain and FOXL2 was performed. A total of 2,464 sequences for the forkhead domain were recovered, and subsequently, 62 representative sequences for FOXL2 were used in the evolutionary analysis of this gene. The most important contribution of this study was the discovery of a new subgroup of FOXL2 orthologs (paralogs to other FOXL2 genes) observed in the coelacanth Latimeria chalumnae (West Indian Ocean coelacanth), in the avian Taeniopygia guttata (zebra finch) and in the marsupial Monodelphis domestica (opossum). This new scenario indicates a gene duplication event in an ancestor of bony vertebrates (Euteleostomi). Furthermore, based on the analysis of the syntenic regions of both FOXL2 copies, the duplication event did not occur in a single gene but in a block of genes. Moreover, the duplicated copy distribution was shown to be complex across vertebrates, especially in tetrapods, and the results strongly support a loss of this copy in eutherian species. Finally, the scenario observed in this study suggests an update for FOXL2 gene nomenclature, extending the actual suggested teleost naming of FOXL2A and FOXL2B to all vertebrate sequences and contributing to the establishment of a new evolutionary context for the FOXL2 gene / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:26:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-07-30Bitstream added on 2014-06-13T19:12:48Z : No. of bitstreams: 1 geraldo_mt_me_botib.pdf: 1204829 bytes, checksum: 38285de6bc940d38d097363e96cf8010 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / FOXL2 representa um importante gene, membro da família do domínio forkhead, responsável principalmente pelo desenvolvimento de ovários durante a determinação e diferenciação sexual de fêmeas. Os estudos evolutivos realizados anteriormente foram limitados considerando o número de cópias gênicas e unidades taxonômicas analisadas. Para analisar um grande número de sequências de FOXL2 e contribuir para um cenário mais claro da história evolutiva do gene, uma ampla análise evolutiva do domínio forkhead e do gene FOXL2 foi realizada. Um total de 2.464 sequências para o domínio forkhead foram recuperadas e, subsequentemente, 62 sequências representativas para o FOXL2 foram utilizadas na análise evolutiva do gene. A contribuição mais importante deste estudo foi a descoberta de um novo subgrupo de ortólogos de FOXL2 (parálogos para outros FOXL2) presente no celacanto Latimeria chalumnae (celacanto do Oeste do Oceano Índico), na ave Taeniopygia guttata (tentilhão) e no marsupial Monodelphis domestica (gambá). Este novo cenário indica um evento de duplicação gênica em um ancestral de vertebrados ósseos (Euteleostomi). Com base nas análises das regiões sintênicas de ambas as cópias de FOXL2, o evento de duplicação não ocorreu em um único gene, mas em um bloco de genes. Além disso, a distribuição da cópia duplicada se mostrou complexa entre os vertebrados, especialmente em tetrápodas, e os resultados apoiam fortemente uma perda desta cópia nas espécies de euterianos. Finalmente, o cenário observado no presente estudo sugere uma atualização para a nomenclatura do gene FOXL2, estendendo a nomenclatura de FOXL2A e FOXL2B, sugerida para teleósteos, para todas as sequências de vertebrados, contribuindo, portanto, para o estabelecimento de um novo contexto evolutivo para o gene FOXL2 / The FOXL2 gene is an important member of the forkhead domain family, primarily responsible for the development of ovaries during female sex determination and differentiation. The evolutionary studies conducted previously were limited considering the number of gene copies and taxonomic units analyzed. To analyze a large number of sequences for FOXL2 and contribute to a clearer picture of the evolutionary history of the gene, a broad evolutionary analysis of the forkhead domain and FOXL2 was performed. A total of 2,464 sequences for the forkhead domain were recovered, and subsequently, 62 representative sequences for FOXL2 were used in the evolutionary analysis of this gene. The most important contribution of this study was the discovery of a new subgroup of FOXL2 orthologs (paralogs to other FOXL2 genes) observed in the coelacanth Latimeria chalumnae (West Indian Ocean coelacanth), in the avian Taeniopygia guttata (zebra finch) and in the marsupial Monodelphis domestica (opossum). This new scenario indicates a gene duplication event in an ancestor of bony vertebrates (Euteleostomi). Furthermore, based on the analysis of the syntenic regions of both FOXL2 copies, the duplication event did not occur in a single gene but in a block of genes. Moreover, the duplicated copy distribution was shown to be complex across vertebrates, especially in tetrapods, and the results strongly support a loss of this copy in eutherian species. Finally, the scenario observed in this study suggests an update for FOXL2 gene nomenclature, extending the actual suggested teleost naming of FOXL2A and FOXL2B to all vertebrate sequences and contributing to the establishment of a new evolutionary context for the FOXL2 gene

Nesta tese propomos e estudamos um modelo alternativo para investigar a evolução de quase-espécies moleculares, no qual supomos que a população seja uma combinação aleatória das moléculas constituintes em cada geração. Essa aleatoriedade deve-se a inclusão de um procedimento adicional de amostragem da população além dos procedimentos usuais de mutação e reprodução diferenciada. O modelo, denominado modelo de amostragens, é baseado em um algoritmo que mimetiza procedimentos experimentais que usam técnicas de transferências em série para reproduzir o processo de evolução de microorganismos in vitro. Além do modelo reproduzir a solução exata do estado estacionário do modelo de quase-espécies no regime determinístico, ele permite o estudo da evolução da quase-espécie molecular em todo espaço de parâmetros de controle, incluindo o caso em que a população é finita. A generalização dessa formulação alternativa para uma classe geral de relevos de replicação permite-nos realizar um estudo bastante completo do fenômeno do limiar de erro, levando-nos a uma análise crítica sobre a generalidade desse fenômeno / In this thesis we propose and study an alternative model to investigate the evolution of a molecular quasispecies, in which we assume that the population is a random combination of the constituent molecules in each generation. This randomness is due to the inclusion of an additional sampling procedure of the population, besides the usual procedures of mutation and differential reprodution. This model, termed sampling model, is based on an algorithm that mimics experimental procedures using serial transfer techniques to study the microbial evolutionary process in vitro. Besides yielding the exact steady-state solution of the quasispecies model in the deterministic limit, the sampling model allows the study of the molecular evolution in the full space of the control parameter, including the case where of population is finite. The generalization of this alternative formulation to a general class of fitness landscapes, allows us to investigate thoroughly the error threshold phenomenon, leading us to discuss critically the generality of this phenomenon in molecular evolution

A região sul do Brasil é caracterizada pela ocorrência de diversas áreas fitoecológicas. Esta heterogeneidade de habitats pode condicionar gradientes ambientais, favorecendo a diferenciação regional e até mesmo eventos de especiação. Para investigar possíveis processos evolutivos ocorridos em plantas dessa região, analisamos os padrões de variação genética molecular em três grupos de espécies relacionadas pertencentes aos gêneros Passiflora (Passifloraceae) e Petunia (Solanaceae). Passiflora actinia e Passiflora elegans são espécies parapátricas que apresentam uma grande similaridade morfológica e genética. P. actinia é uma espécie típica da Mata Atlântica, enquanto P. elegans ocorre em matas de galeria no interior do Rio Grande do Sul (RS). Análises de marcadores nucleares e plastidiais revelaram um gradiente norte-sul nas relações intra e interespecíficas e contribuíram para a identificação de um híbrido interespecífico com morfologia intermediária encontrado na região de parapatria. É possível que a diferenciação genética entre os grupos geográficos de P. actinia e a recente divergência entre P. actinia e P. elegans tenham sido influenciadas pelos processos históricos ocorridos na região, como a migração da Mata Atlântica para o sul e o seu padrão de estabelecimento no RS. A Serra do Sudeste (RS) é um dos centros de diversidade do gênero Petunia, caracterizado pela presença de espécies com diferentes síndromes florais. P. exserta (polinizada por beija-flores, flores vermelhas) tem sua ocorrência restrita a esta região, sendo encontrada no interior de reentrâncias rochosas em torres areníticas. P. axillaris (polinizada por mariposas, flores brancas) habita áreas abertas e possui ampla distribuição geográfica. Nas torres onde estas espécies ocorrem em simpatria, foram encontradas plantas com morfologia floral intermediária, sugerindo hibridação entre elas. As análises de marcadores plastidiais corroboraram a hipótese de hibridação interespecífica e de divergência recente entre estas espécies e revelaram um baixo fluxo gênico entre as populações das torres. Entre as 11 espécies de Petunia, seis são encontradas exclusivamente nos planaltos das regiões sul e sudeste do Brasil: P. altiplana, P. bonjardinensis, P. mantiqueirensis, P. reitzii, P. saxicola e P. scheideana. A distribuição de marcadores plastidiais concorda com a hipótese de divergência recente destas espécies. Este padrão talvez esteja relacionado com as mudanças climáticas ocorridas no Quaternário, já que o habitat destas espécies (campos de altitude) foi fortemente afetado por estas alterações. Durante os estágios glaciais havia expansão das áreas de campo e nos interglaciais avanço da floresta com araucária. É possível que o padrão fragmentado dos campos, isolados nas áreas de maior altitude do planalto e cercados por áreas de floresta com araucária, tenha contribuído para a diversificação do grupo. / Brazilian southern region is characterized by the occurrence of several phytoecological areas. This habitat heterogeneity can condition environmental gradients, favor regional differentiation, and even speciation events. To investigate the possible evolutionary process which occurred in plants of this region, we analyzed the patterns of molecular genetic variation in three groups of related species classified in the Passiflora (Passifloraceae) and Petunia (Solanaceae) genera. Passiflora actinia and Passiflora elegans are parapatric species which show high morphologic and genetic similarity. P. actinia is a species typical of the Atlantic Forest, while P. elegans occurs in gallery forests in the interior of Rio Grande do Sul (RS). Analyses of nuclear and plastid markers revealed a north-south gradient both in the intra e interspecific relationships, and contributed to the identification of an interspecific hybrid with intermediate morphology in the parapatric region. It is possible that the genetic differentiation among P. actinia’s geographic groups and the recent P. actinia/P. elegans divergence have been influenced by historical processes occurred in the region, like the Atlantic Forest southern migration and its pattern of establishment in RS. The Serra do Sudeste region (Southeast Sierra in RS) is one of Petunia’s centers of diversity, characterized by the presence of species with different floral syndromes. P. exserta (pollinated by hummingbirds, red flowers) has its occurrence restricted to this region, and is found in the interior of shelters of sand towers. P. axillaris (pollinated by hawkmoths, white flowers) live in open areas and has a wide geographical distribution. In the towers in which these species are found in sympatry, plants with intermediate flower morphology were found, suggesting hybridization between them. Plastid markers analyses confirmed the interspecific hybridization hypothesis and the recent divergence between these species, revealing a low gene flow between the populations of the towers. Among the 11 species of Petunia, six were found exclusively in the Brazilian south and southeast highlands: P. altiplana, P. bonjardinensis, P. mantiqueirensis, P. reitzii, P. saxicola and P. scheideana. Plastid markers distribution agrees with the hypothesis of recent divergence of these species. This pattern is probably related to the climatic changes occurred in the Quaternary since the habitat of these species (campos de altitude) has been strongly affected by these modifications. During the glacial stages expansion of grasslands areas occurred, while in the interglacial periods Araucaria forest would advance. Possibly the fragmented pattern of the grasslands, isolated in the high altitude areas of the plateau and surrounded by Araucaria forest, has contributed to the group’s diversification.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2016-06-06T16:07:15Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1826443 bytes, checksum: d5304a575fc041fa7cd7350206cd3bad (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-06T16:07:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1826443 bytes, checksum: d5304a575fc041fa7cd7350206cd3bad (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Plantas são organismos paleopoliplóides que sobreviveram ao deletério processo de duplicação do genoma. Após a duplicação, cópias de um mesmo gene (parálogos) evoluem de forma divergente devido ao relaxamento da seleção purificadora, tornando os genes duplicados fonte de diversificação evolutiva. No entanto, nem todas as categorias de genes são retidas nos genomas, ou perdidas, de forma aleatória. Vários modelos evolutivos têm sido propostos para explicar o destino evolutivo e retenção tendenciosa de genes duplicados, para consequentemente entender melhor a poliploidia. Entretanto, a aplicabilidade destes modelos têm sido pouco investigadas. Usamos abordagens de genômica comparativa e de filogenia molecular para investigar o destino evolutivo de genes duplicados em plantas. Inicialmente, inferimos sobre a ancestralidade de duas pequenas famílias de genes duplicados — metionina sintase e oligossacarídeos de rafinose — em genomas de nove espécies de plantas superiores para, então, caracterizar as forças evolutivas que moldaram os destinos evolutivos dos parálogos, usando dados de resequenciamento de 31 genomas de soja. Posteriormente, usamos dados genômicos de 25 espécies de plantas taxonomicamente divergentes para associar mecanismos de duplicação, categoria funcional do gene e idade de duplicação na retenção tendenciosa de genes duplicados. Nas duas famílias gênicas, cada parálogo evoluiu de forma divergente devido ao relaxamento da seleção purificadora, o que permitiu que mutações aleatórias com valor adaptativo fossem eventualmente fixadas por seleção positiva. No entanto, a seleção purificadora parece ter sido mais restritiva em ao menos um dos parálogos de cada família gênica, preservando função ancestral. Tanto a idade quanto o mecanismo de duplicação contribuíram para variação nos padrões de retenção de genes duplicados nos 25 genomas alvos deste estudo. O destino evolutivo e a retenção de genes duplicados nos genomas parecem ser moldados por peculiaridades inerentes a cada organismo poliplóide. / Plants are paleopolyploid organisms that survived the deleterious process of genome duplication. After duplication, copies of the same gene (paralogs) evolve in different ways due to the relaxation of purifying selection, making the duplicated genes the greatest source of evolutionary diversification. However, not all categories of genes are retained in the genomes, or lost, randomly. Several evolutionary models have been proposed to explain the evolutionary fate and biased retention of duplicate genes, to thereby better understand polyploidy. However, the applicability of these models has been ill defined. We used approaches of comparative genomics and molecular phylogeny to investigate the fate of duplicated genes in plants. Initially, we inferred about the ancestry of two small families of duplicated genes — methionine synthase and raffinose oligosaccharides — in the genomes of nine species of plants to then characterize the evolutionary forces that have shaped the evolutionary fate of paralogs, using resequencing data from 31 soybean genomes. Later, we used genomic data from 25 taxonomically different plant species to associate mechanisms of duplication, functional gene category and age of duplication to the biased retention of duplicate genes. In each of the two gene families, paralog evolved in different ways due to the relaxation of purifying selection, which allowed random mutations with adaptive value be fixed by positive selection. However, purifying selection seems to be more restrictive in at least one of paralogs of each gene family, preserving the ancestral function. Both the age and the mechanism of duplication contributed to variation in duplicate genes retention patterns in the 25 target genomes in this study. The fate and retention of duplicate genes in the genomes is apparently shaped by peculiarities inherent to each polyploid organism.

A região sul do Brasil é caracterizada pela ocorrência de diversas áreas fitoecológicas. Esta heterogeneidade de habitats pode condicionar gradientes ambientais, favorecendo a diferenciação regional e até mesmo eventos de especiação. Para investigar possíveis processos evolutivos ocorridos em plantas dessa região, analisamos os padrões de variação genética molecular em três grupos de espécies relacionadas pertencentes aos gêneros Passiflora (Passifloraceae) e Petunia (Solanaceae). Passiflora actinia e Passiflora elegans são espécies parapátricas que apresentam uma grande similaridade morfológica e genética. P. actinia é uma espécie típica da Mata Atlântica, enquanto P. elegans ocorre em matas de galeria no interior do Rio Grande do Sul (RS). Análises de marcadores nucleares e plastidiais revelaram um gradiente norte-sul nas relações intra e interespecíficas e contribuíram para a identificação de um híbrido interespecífico com morfologia intermediária encontrado na região de parapatria. É possível que a diferenciação genética entre os grupos geográficos de P. actinia e a recente divergência entre P. actinia e P. elegans tenham sido influenciadas pelos processos históricos ocorridos na região, como a migração da Mata Atlântica para o sul e o seu padrão de estabelecimento no RS. A Serra do Sudeste (RS) é um dos centros de diversidade do gênero Petunia, caracterizado pela presença de espécies com diferentes síndromes florais. P. exserta (polinizada por beija-flores, flores vermelhas) tem sua ocorrência restrita a esta região, sendo encontrada no interior de reentrâncias rochosas em torres areníticas. P. axillaris (polinizada por mariposas, flores brancas) habita áreas abertas e possui ampla distribuição geográfica. Nas torres onde estas espécies ocorrem em simpatria, foram encontradas plantas com morfologia floral intermediária, sugerindo hibridação entre elas. As análises de marcadores plastidiais corroboraram a hipótese de hibridação interespecífica e de divergência recente entre estas espécies e revelaram um baixo fluxo gênico entre as populações das torres. Entre as 11 espécies de Petunia, seis são encontradas exclusivamente nos planaltos das regiões sul e sudeste do Brasil: P. altiplana, P. bonjardinensis, P. mantiqueirensis, P. reitzii, P. saxicola e P. scheideana. A distribuição de marcadores plastidiais concorda com a hipótese de divergência recente destas espécies. Este padrão talvez esteja relacionado com as mudanças climáticas ocorridas no Quaternário, já que o habitat destas espécies (campos de altitude) foi fortemente afetado por estas alterações. Durante os estágios glaciais havia expansão das áreas de campo e nos interglaciais avanço da floresta com araucária. É possível que o padrão fragmentado dos campos, isolados nas áreas de maior altitude do planalto e cercados por áreas de floresta com araucária, tenha contribuído para a diversificação do grupo. / Brazilian southern region is characterized by the occurrence of several phytoecological areas. This habitat heterogeneity can condition environmental gradients, favor regional differentiation, and even speciation events. To investigate the possible evolutionary process which occurred in plants of this region, we analyzed the patterns of molecular genetic variation in three groups of related species classified in the Passiflora (Passifloraceae) and Petunia (Solanaceae) genera. Passiflora actinia and Passiflora elegans are parapatric species which show high morphologic and genetic similarity. P. actinia is a species typical of the Atlantic Forest, while P. elegans occurs in gallery forests in the interior of Rio Grande do Sul (RS). Analyses of nuclear and plastid markers revealed a north-south gradient both in the intra e interspecific relationships, and contributed to the identification of an interspecific hybrid with intermediate morphology in the parapatric region. It is possible that the genetic differentiation among P. actinia’s geographic groups and the recent P. actinia/P. elegans divergence have been influenced by historical processes occurred in the region, like the Atlantic Forest southern migration and its pattern of establishment in RS. The Serra do Sudeste region (Southeast Sierra in RS) is one of Petunia’s centers of diversity, characterized by the presence of species with different floral syndromes. P. exserta (pollinated by hummingbirds, red flowers) has its occurrence restricted to this region, and is found in the interior of shelters of sand towers. P. axillaris (pollinated by hawkmoths, white flowers) live in open areas and has a wide geographical distribution. In the towers in which these species are found in sympatry, plants with intermediate flower morphology were found, suggesting hybridization between them. Plastid markers analyses confirmed the interspecific hybridization hypothesis and the recent divergence between these species, revealing a low gene flow between the populations of the towers. Among the 11 species of Petunia, six were found exclusively in the Brazilian south and southeast highlands: P. altiplana, P. bonjardinensis, P. mantiqueirensis, P. reitzii, P. saxicola and P. scheideana. Plastid markers distribution agrees with the hypothesis of recent divergence of these species. This pattern is probably related to the climatic changes occurred in the Quaternary since the habitat of these species (campos de altitude) has been strongly affected by these modifications. During the glacial stages expansion of grasslands areas occurred, while in the interglacial periods Araucaria forest would advance. Possibly the fragmented pattern of the grasslands, isolated in the high altitude areas of the plateau and surrounded by Araucaria forest, has contributed to the group’s diversification.