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.

Orientador: João Meidanis / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-26T09:21:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Walter_MariaEmiliaMachadoTelles_D.pdf: 18591224 bytes, checksum: ee2c0868f8c73b0bd0e5a28a8cdc1faa (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Não informado. / Abstract: Not informed. / Doutorado / Doutor em Ciência da Computação

Orientador : João Meidanis / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-03T03:12:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dias_Zanoni_D.pdf: 6022934 bytes, checksum: 053baf9603cad9a617559145036a6ed2 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Hoje em dia, estão disponíveis, publicamente, uma imensa quantidade de informações genéticas. O desafio atual da Genômica é processar estes dados de forma a obter conclusões biológicas relevantes. Uma das maneiras de estruturar estas informações é através de comparação de genomas, que busca semelhanças e diferenças entre os genomas de dois ou mais organismos. Neste contexto, a área de Rearranjo de Genomas vem recebendo bastante atenção ultimamente. Uma forma de comparar genomas é através da distância de rearranjo, determinada pelo número mínimo de eventos de rearranjo que podem explicar as diferenças entre dois genomas. Os principais estudos em distância de rearranjo envolvem eventos de reversões e transposições. A presente coletânea é composta de oito artigos, contendo vários resultados importantes sobre Rearranjo de Genomas. Estes trabalhos foram apresentados em seis conferências, sendo uma nacional e cinco internacionais. Dois destes trabalhos serão publicados em importantes revistas internacionais e outro foi incluído como um capítulo de um livro. Nossas principais contribuições podem ser divididas em dois grupos: um novo formalismo algébrico e uma série de resultados envolvendo o evento de transposição. A nova teoria algébrica relaciona a teoria de Rearranjo de Genomas com a de grupos de permutações. Nossa intenção foi estabelecer um formalismo algébrico que simplificasse a obtenção de novos resultados, até hoje, muito baseados na construção de diagramas. Estudamos o evento de transposição de várias formas. Além de apresentarmos resultados sobre a distância de transposição entre uma permutação e sua inversa, também estudamos o problema de rearranjo envolvendo transposições e reversões simultaneamente, construindo algoritmos de aproximação e estabelecendo uma conjectura sobre o diâmetro. Usamos o formalismo algébrico para mostrar que é possível determinar a distância de fusão, fissão e transposição em tempo polinomial. Este é o primeiro resultado polinomial conhecido para um problema de rearranjo envolvendo o evento de transposição. Por último, introduzimos dois novos problemas de rearranjo: o problema de distância sintênica envolvendo fusões e fissões, e o problema de transposição de prefixos. Para ambos apresentamos resultados significativos, que avançam o conhecimento na área / Abstract: Nowadays, a huge amount of genetic information is public1y available. Genomic's current challenge is to process this information in order to obtain relevant biological conc1usions. One possible way of structuring this information is through genome comparison, where we seek similarities and differences among the genomes of two or more organisms. In this context, the area of Genome Rearrangements has received considerable attention lately. One way of comparing genomes is given by the rearrangement distance, which is determined by the minimum number of rearrangement events that explain the differences between two genomes. The main studies in rearrangement distance involve reversal and transposition events. The present collection is composed of eight artic1es, containing several important results on Genome Rearrangements. These papers were presented in six conferences, one with Brazilian scope and five with international scope. Two of these works will be published in important international journals, and one other work appeared as a book chapter. Our main contributions can be divided into two groups: a new algebraic formalism and a series of results involving the transposition event. The new algebraic theory relates the genome rearrangement theory to the theory of permutation groups. Our intention was to establish an algebraic formalism that simplifies the creation of new results, up to now excessively based on the construction of diagrams. We studied the transposition event in several ways. Besides presenting results on the transpositions distance between a permutation and its inverse, we also studied the rearrangement problem involving transpositions and reversals simultaneously, constructing approximation algorithms and proposing a conjecture on the diameter. We used the algebraic formalism to show that it is possible to determine the distance of fusion, fission, and transposition in polynomial time. This is the first polynomial time result for a rearrangement problem involving the transposition event. Finally, we introduced two now rearrangement problems: the syntenic distance problem involving fission and fusion, and the prefix transposition problem. For each one of these problems we present significant results, widening the knowledge in this area / Doutorado / Doutor em Ciência da Computação

O clado \"Adenocalymma-Neojobertia\" representa um dos dois principais clados da tribo Bignonieae. Ele inclui lianas, arbustos e arvoretas distribuídas por todo o neotrópico, e possui como centro de diversidade a Amazônia brasileira e a Mata Atlântica. O clado é extremamente variável em termos da morfologia e distribuição geográfica, o que o torna um desafio taxonômico para a circunscrição de espécies e gêneros. A classificação atual de Bignonieae reconhece Adenocalymma de forma ampla (82 espécies), já Neojobertia (três espécies) está entre os menores gêneros. Aqui, nós utilizamos sequenciamento de última geração (plastomas completos ou quase completos) e sequenciamento Sanger (ndhF, rpl32-trnL, PepC) para inferir a filogenia do clado \"Adenocalymma-Neojobertia\" utilizando uma ampla amostragem de caracteres (>88,137 pb) e taxa (90% de todas as espécies). Nossos resultados indicam que Adenocalymma é parafilético como circunscrito atualmente, com Neojobertia e Pleonotoma albiflora incluídos. Padrões de evolução morfológica foram avaliados para todo o clado utilizando métodos comparativos. Sinal filogenético e evolução pontuada foram testados e estados ancestrais inferidos para 32 caracteres. Desses, 19 caracteres possuem sinal filogenético e quatro são sinapomorfias de clados internos. Pecíolos e peciólulos articulados emergiu como potencial sinapomorfia de todo o clado \"Adenocalymma-Neojobertia\". Entre os caracteres que não possuem sinal filogenético, quatro caracteres com importância ecológica chamam a atenção: (i) Habito, (ii) cor da corola, (iii) forma da corola e (iv) presença de tricomas cupulares na corola. Hábito emergiu como altamente homoplástico e está potencialmente relacionado com a ocupação de novos habitats. A morfologia floral também emergiu como altamente homoplástica e evoluindo de forma pontuada, sugerindo que a cor da corola, forma da corola e a presença de tricomas cupulares na corola podem ter sido os responsáveis pela diversificação em pelo menos parte do clado. A filogenia molecular e o estudo morfológico foram então utilizados como subsídio para propor uma sinopse atualizada de Adenocalymma. A nova circunscrição do gênero proposta aqui revisa os limites das espécies e incluí todas as espécies de Neojobertia e P. Albiflora agora todas em Adenocalymma. Ao todo, estão sendo propostas quatro novas combinações, três espécies novas apresentadas e 15 novos sinônimos, fazendo com que o Adenocalymma tenha agora 74 espécies reconhecidas. Para todas as espécies reconhecidas, nós apresentamos comentários taxonômicos, comparações com espécies próximas, informação sobre o habitat, distribuição e fenologia. Além disso, mapas de distribuição e gráficos de fenologia são apresentados para todas as espécies / The \"Adenocalymma-Neojobertia\" clade represents one of two main clades of tribe Bignonieae. It includes lianas, shrubs, and treelets that are distributed throughout the Neotropics, and centered in Amazonia and the Atlantic Forest of Brazil. This clade is extremely variable in terms of morphology and geography, which has led to a series of taxonomic challenges in the circumscription of species and genera. The most recent classification of tribe Bignonieae recognizes a broad Adenocalymma (82 species) and a small Neojobertia (three species). Here, we used NGS (complete and nearly-complete plastomes) and Sanger sequencing data (ndhF, rpl32-trnL, pepC) to infer a robust phylogeny of the \"Adenocalymma-Neojobertia\" clade based on a broad sampling of molecular characters (> 88,137 bp), and taxa (90% of the overall species diversity). Our findings indicate that Adenocalymma is paraphyletic as currently circumscribed, with Neojobertia and Pleonotoma albiflora nested herein. Patterns of morphological evolution were evaluated for the whole clade using comparative methods. Phylogenetic signal and punctuated evolution was tested and ancestral character states inferred for 32 selected characters. Of these, 19 characters have significant phylogenetic signal and four are synapomorphies of internal clades. Articulated petioles and petiolules emerged as a putative synapomorphy of the whole \"Adenocalymma-Neojobertia\" clade. Among the characters without phylogenetic signal, four morphological traits of ecological significance are particularly relevant: (i) plant habit, (ii) corolla color, (iii) corolla shape, and (iv) corolla cupular trichomes. Plant habit was shown to be highly homoplastic and is thought to be associated with the occupation of new environments. Flower morphology was also highly homoplastic and evolved in a punctuated manner, suggesting that corolla color, corolla shape, and corolla cupular trichomes may have been important drivers of evolution in at least portions of this clade. The molecular phylogeny and the morphological information were then used to subsidize an updated synopsis of Adenocalymma. The new circumscription of the genus proposed here revises species limits and includes all species of Neojobertia and P. albiflora within Adenocalymma. Overall, four new combinations, three new species, and 15 new synonomies are proposed, leading to 74 taxa within Adenocalymma. For each species recognized, we provided taxonomic comments, comparisons between closely related taxa, information on the habitat, distribution, and phenology. In addition, distribution maps, and phenology plots are also shown for all species

Orientador: Claudia Marcia Aparecida Carareto / Banca: Cristina Vieira / Banca: Ricardo de Marco / Banca: Vera Lúcia da Silva Valente Gaiesky / Banca: Fátima Pereira de Souza / Resumo: 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... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: 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) / Doutor

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.

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.

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.

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).