Orientador: Carlos Roberto Ceron / Banca: Victor Hugo Valiati / Banca: Hermione Elly Melara de Campos Bicudo / Banca: Maria Tercília Vilela de Azeredo Oliveira / Banca: Hamilton Cabral / Resumo: Zaprionus indianus é uma espécie de mosca de origem africana que se dispersou pelas regiões tropicais da Ásia e das Américas. Grande interesse tem sido despertado sobre essa espécie, principalmente pela recente expansão da sua área de distribuição com a invasão do continente americano, ocorrida na década de 90. Hoje, indivíduos dessa espécie são encontrados em uma larga amplitude latitudinal, do Uruguai a Belém (Brasil), além do Panamá (América Central) e Flórida (Estados Unidos). Tem sido proposta que a introdução de Z. indianus no Brasil ocorreu no Estado de São Paulo e de lá a espécie se propagou para outros estados brasileiros por meio do comércio de frutas. Entretanto, a rota de dispersão dessa espécie não foi ainda completamente estabelecida. Na tentativa de esclarecer essa questão, avaliamos a variabilidade genética de dois marcadores, um fragmento do gene COI (citocromo oxidase I), de 612 pb, e do gene ortólogo ao Est-6 de Drosophila melanogaster, de 747 pb, em 19 populações de Z. indianus, de diversas regiões geográficas, englobando África, Ásia e Américas. A análise do polimorfismo do gene ortólogo ao Est-6 mostrou uma elevada diversidade nucleotídica, resultado de substituições sinônimas, indicando seleção purificadora atuando neste gene, tanto nas populações ancestrais como nas invasoras. Para o propósito de estabelecer a rota de dispersão de Z. indianus, foi construída uma rede de haplótipos por meio do método "median-joning network" para os dois marcadores. Os resultados são inéditos, pois indicam a ocorrência de duas invasões no Brasil, ao contrário de estudos anteriores que sugeriram apenas uma. Esses resultados também sugerem que a invasão de Z. indianus na América do Norte se deu a partir de migrantes de populações brasileiras, e não africanas ou asiáticas. Essa invasão pode estar diretamente... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Zaprionus indianus is a species of an African origin which has dispersed through tropical Asian as well as South and North America regions. Great interest has been taken at this species, mainly for the fact that recently its distribution has been expanded to American continent due to the invasion probably occurred in the nineties. Nowadays individuals from this species are found in wide latitudinal extent, from Uruguay to Belem (Brazil), besides Panama (Central America) and Florida (The United States). It has been proposed that Z. indianus introduction in Brazil happened from the São Paulo to other Brazilian states through fruit trading, though this species' dispersion route has not been completely established. In order to clarify this issue we evaluated genetic variability of two markers, a sequence of the gene COI (cytochrome oxidase I), 612 bp long and of the ortholog to Est-6 gene from Drosophila melanogaster, 747 bp long, in 19 populations of Z. indianus from several geographic regions, covering Africa, Asia and America. Polymorphism analysis of ortholog to Est-6 gene showed an elevated nucleotide diversity, resulting from synonym substitutions, indicating a purifying selection acting on this gene, which occurred in ancestral populations, as well as in the invader ones. Aiming at establishing the Z. indianus dispersion route, a haplotype network was built, using median-joining network method for the two markers. The results are unreleased, for they indicate the occurrence of two invasions in Brazil, in opposition to previous studies that have indicated just one. They also demonstrate that Z. indianus' invasion in North America has happened from Brazilian population migrants, not African or Asian ones. This invasion can be directly related to the fact that Brazil is currently the third largest world fruit producer and exports over... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

A busca pelo repertório genético por trás de características comportamentais e reprodutivas de espécies de primatas tem desafiado nosso grupo de pesquisa. A premissa principal nesse tipo de estudo baseia-se na hipótese de que um traço fenotípico (seja ele fisiológico, comportamental, etc) compartilhado por um grupo taxonômico inteiro deve ser determinado por um repertório genético comum a esses táxons. Considerando a complexidade de muitas dessas características, temos ampliado nossos estudos para vários genes da rede OXT – AVP – PRL, usando abordagens in silico, in vitro, e in vivo. Na presente Tese, o conjunto gênico de estudo foi selecionado por uma metodologia baseada na ontologia biológica, com critério de seleção para características como comportamento materno, amamentação e aspectos reprodutivos, tais como comportamento de acasalamento e de corte. Essa seleção resultou em 12 genes candidatos para o estudo: AVP, AVPR1A, AVPR1B, ESR1, FOS, HCRT, OXT, OXTR, PRL, PRLH, PRLR e TRH. Exploramos aqui esse conjunto gênico da rede OXT – AVP – PRL através da mineração de dados, buscando por seus ortólogos nas várias espécies de primatas e de outros mamíferos, bem como através de novos dados de sequências da região codificadora dos genes PRLR e PRLH, em um conjunto de espécies de primatas do Novo Mundo (NWM, conforme sigla em inglês). Adicionalmente, sequências das regiões codificadoras de PRLR foram também obtidos em espécies de marsupiais. Com o objetivo de elucidar os padrões evolutivos dos genes de interesse, utilizamos análises como os testes NsSites e Branch Sites do pacote PAML, assim como vários testes populacionais clássicos, para diferentes conjuntos amostrais. Além disso, foi feita a predição da estrutura secundária das proteínas-alvo, utilizando metodologia específica do programa PSIPRED, bem como o PONDER-FIT, para a caracterização de aminoácidos intrinsecamente desordenados. Nossos resultados das análises in silico sugerem que os genes da família de receptores da vasopressina (AVPR1A, AVPR1B, e AVPR2) apresentam um padrão compatível com seleção positiva em mamíferos placentários. Alguns dos sítios com sinal de seleção apresentam motivos lineares (SLiMS) preditos no receptor AVPR2, que podem ter facilitado a emergência de novidades adaptativas, conforme foi sugerido para a espécie do rato-canguru Dipodomys ordii, que habita regiões áridas. As análises dos dados originais da região codificadora do gene PRLR em 17 espécies de NWM revelaram vários sítios presentes na forma longa do receptor com alta probabilidade de estarem sob seleção positiva, sendo que alguns deles (posições 507, 532 e 572) estão associados com o parto gemelar, uma característica das espécies de Callitrichidae. Adicionalmente verificamos no ramo dos Siimiformes um motivo linear de interação que reconhece domínios SH3 (Src Homology 3). Os domínios SH3 e os seus locais de ligação foram descritos para centenas de proteínas; eles fornecem à célula um meio particularmente conveniente e adaptável de interação específica proteína-proteína, que pode ser de importância funcional. Esse trabalho como um todo contribuiu para o conhecimento do repertório genético relacionado à complexa rede de mecanismos neuroendócrinos associados à emergência de traços adaptativos, tanto fisiológicos quanto comportamentais em diferentes clados de mamíferos. / The search for the genetic repertoire behind behavioral and reproductive features of Primate species has challenged our research group. The principal premise in this kind of study is based on the hypothesis that a phenotypic trait (either physiological, behavioral, etc.) shared by an entire taxonomic group should be determined by a genetic repertoire common to these taxa. Considering the complexity of many of these features, we have expanded our studies for several genes of the OXT - AVP - PRL network, using in silico, in vitro, and in vivo approaches. In the present Thesis, the set of genes for the study was selected by a methodology based on biological ontology, with features like maternal behavior, breastfeeding, and reproductive aspects, such as mating and courtship behavior. This selection resulted in 12 candidate genes for the study: AVP, AVPR1A, AVPR1B, ESR1, FOS, HCRT, OXT, OXTR, PRL, PRLH, PRLR, and TRH. We explored here this gene set of the OXT – AVP – PRL network through data mining, searching for their orthologues in many Primate species and other mammals, as well as through new sequence data from the PRLR and PRLH coding region in a set of New World Monkey (NWM) species. Additionally, sequences from the PRLR coding regions were also obtained in marsupial species. To elucidate evolutionary patterns of the genes of interest, we used the NsSites and Branch Sites tests from PAML package, as well as several classic population tests, for different sample sets. In addition, we predicted the secondary structure of target proteins, using a specific methodology of the PSIPRED program, as well as PONDER-FIT for prediction of intrinsically disordered amino acids. Our in silico results suggest that the genes of the vasopressin receptor family (AVPR1A, AVPR1B, and AVPR2) present a pattern compatible with positive selection in placental mammals. Some of the sites with selection signals have linear motifs (SLiMS) predicted in the AVPR2 receptor, which may have facilitated the emergence of adaptive novelties, as was suggested for the kangaroo rat Dipodomys ordii, which inhabits arid regions. Analyses of the original PRLR coding region data on 17 NWM species revealed several sites present in the long form of the receptor with a high probability of being under positive selection, some of them (positions 507, 532 and 572) being associated with twin births, a characteristic of Callitrichidae species. Additionally, we verified in the Siimiformes branch a linear interaction motif that recognizes SH3 domains (Src Homology 3). The SH3 domains and their ligands were described for hundreds of proteins; they provide a particularly convenient and adaptable medium of specific protein-protein interaction to the cell, which can be of functional importance. This work as a whole contributed to the knowledge of the genetic repertoire connected to the complex network of neuroendocrine mechanisms associated to the emergence of physiological and behavioral adaptive traits in different mammalian clades.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:21:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4084.pdf: 6015722 bytes, checksum: 35112ba46f0915602cf01b2a6f292699 (MD5) Previous issue date: 2011-12-19 / Universidade Federal de Minas Gerais / The Tephritidae includes approximately 4500 species described to date and many of these species make up the main genera of economic importance: Anastrepha, Bactrocera and Ceratitis. The genus Anastrepha is among the Tephritidae with greatest diversity in the Americas including 230 described species, among which some species with great economic importance because they represent important fruit pests. There is evidence that species in the fraterculus group have diverged recently, even having some cryptic species. Because of this, species in the fraterculus group are a great system for evolutionary studies. For evolutionary studies, it is necessary to evaluate the rates of molecular evolution and their role in identifying rates of gene flow and population differentiation, the construction of tree species and a possible separation for the species. Seeking a better understanding of the fraterculus group, we chose three species of this group, Anastrepha obliqua, A. fraterculus and A. sororcula as models for this study and five genes isolated from a cDNA library of reproductive tissues of Anastrepha. Several genes that are expressed in reproductive tissues have a higher divergence rate THAN those expressed in non-reproductive tissues, may thus give evidence of reproductive isolation. In this work, we found evidence of positive diversifying and positive selection for a couple of genes (CG11912 and CG10031), and high levels of polymorphism, although they failed to meet statistical significance for positive selection, in other genes here studied, such as ,Lcp65Ac and CG16712, whereas Df31 was more conserved. An analysis of molecular variance found that levels of genetic polymorphism are best explained by differences between species THAN between geographic regions. Haplotype networks for each gene failed to differentiate the species here studied and showed high levels of shared polymorphism among the species, with some rare exceptions. On the other hand, a joint analysis of these data to try to infer a species tree indicate a strong cohesion for populations of A. obliqua from the Brazilian Northeast and Southeast while for A. fraterculus and A. sororcula we observed a substructure that separated Southeeast populations of A. sororcula, which was well defined, from Northeast populations, which may be hybridizing with populations of A. fraterculus from the Northeast, due to great number of shared polymorphisms. Other THAN populations in the Brazilian northeast, A. fraterculus also forms a separate, though short, lineage. Considering these findings, a broader sampling is needed, especially in areas not yet collected particularly in the Northeast, seeking to untangle the phylogenetic relationships not only among these species, but also other species of the fraterculus group. / Os Tephritidae incluem aproximadamente 4500 espécies já descritas e muitas destas espécies compõem os principais gêneros de importância econômica: Anastrepha, Bactrocera e Ceratitis. O gênero Anastrepha é, entre Tephritidae, o que possui maior diversidade nas Américas incluindo 230 espécies descritas, dentre as quais algumas espécies apresentam grande importância econômica por representarem importantes pestes da fruticultura. Há evidências de espécies que constituem o grupo fraterculus terem divergido há pouco tempo apresentando ainda algumas espécies crípticas. Devido a esta característica em particular, espécies do grupo fraterculus apresentam uma grande vantagem para estudos evolutivos. Para realizar estudos evolutivos torna-se necessário avaliar as taxas de evolução molecular bem como seu papel na identificação de taxas de fluxo gênico e diferenciação populacional, a construção de árvores de espécie e uma possível separação das espécies. Buscando um melhor entendimento do grupo fraterculus, escolhemos três espécies constituintes desse grupo, Anastrepha obliqua, Anastrepha. fraterculus e Anastrepha. sororcula, como modelos para este estudo e cinco genes isolados de biblioteca de cDNA de tecidos reprodutivos de espécies de Anastrepha. Diversos genes que são expressos em tecidos reprodutivos apresentam uma taxa de divergência maior do que os expressos em tecidos não reprodutivos, podendo assim dar indícios de isolamento reprodutivo. Neste trabalho encontramos essas características em genes que indicam seleção positiva (CG11912 e CG10031), e os demais genes que embora não tenham apresentado significância estatística para serem considerados possuidores de seleção positiva, no entanto apresentam terem regiões potencialmente sob seleção positiva direcional para Df31 e Lcp65Ac e seleção positiva diversificadora para os genes Df31 e CG16712. Na análise de variância molecular encontramos que a diferenciação espacial é mais bem explicada pelas diferenças entre as espécies do que entre regiões geográficas. As redes haplotípicas e árvores de espécies indicam uma forte coesão entre as populações de A. obliqua do Nordeste e Sudeste indicando ausência de estruturação genética para esta espécie enquanto para A. fraterculus e A. sororcula foi encontrado uma sub estruturação que separa A. sororcula do Nordeste e A. sororcula do Sudeste, sendo que A. sororcula do nordeste pode estar hibridizando com A. fraterculus do Nordeste. As análises de migração encontraram migrações diferenciais para estas espécies, colocando A. obliqua mais isolada das demais e uma relação mais próxima entre A. fraterculus e A. sororcula. De frente aos resultados encontrados neste trabalho fica claro a necessidade de uma maior amostragem, principalmente em áreas ainda não coletadas entre as regiões amostradas na tentativa de buscar entender não apenas quais são as possíveis relações entre A. fraterculus e A. sororcula mas também entre outras espécies do grupo fraterculus.

A recombinação durante a transcrição reversa é um fator importante no aumento da diversidade genética e adaptação do HIV-1, permitindo que mutações vantajosas presentes em diferentes linhagens sejam combinadas em um mesmo genoma. No Brasil, vários recombinantes foram descritos e seis formas recombinantes circulantes (CRFs) já foram identificados, demonstrando a relevância destes recombinantes na epidemia brasileira. Portanto, um dos objetivos desta tese foi analisar os dados gerados pela Rede de Diversidade Genética Viral (VGDN) (sequências parciais de gag, pol e env), a fim de identificar recombinantes inter-subtipos de HIV-1 e avaliar a frequência e distribuição geográfica destes vírus. Utilizando diferentes técnicas foram identificados 152/1083 pacientes portadores de recombinantes BF. A frequência destes recombinantes foi maior em cidades como São Vicente (30%) e Sorocaba (22,6%), sendo que os recombinantes circulantes em São Vicente foram geralmente relacionados às CRF28 e CRF29, enquanto que os vírus presentes na região de Sorocaba comumente apresentam um envelope subtipo F1, independente do subtipo nos demais genes. Além disso, o gene da integrase de 159 pacientes foi amplificado e sequenciado. A análise deste gene revelou mais 10 pacientes infectados com recombinantes BF e nenhuma mutação de resistência primária aos inibidores da integrase foi encontrada. O segundo objetivo foi isolar e caracterizar recombinantes BF in vitro. O isolamento viral foi realizado por co-cultivo e ao final foram obtidos 10 isolados primários. O sequenciamento do genoma quase completo desses dez isolados primários revelou que três isolados primários pertencem ao grupo da CRF28_BF, três ao grupo da CRF29_BF e quatro foram classificados como formas recombinantes únicas (URFs). Ainda, o uso de correceptores desses isolados foi avaliado in vitro em ensaios com as células GHOST(3), e revelou três duplo-trópicos (X4/R5) vírus, quatro CXCR4 (X4) e três isolados utilizaram apenas CCR5 (R5). Em suma, uma alta frequência de URFs foi encontrada em algumas cidades do Estado de São Paulo, e também foi desenvolvido e caracterizado um painel de isolados primários representando as CRF28_BF, CRF29_BF e algumas URFs. / Recombination during reverse transcription is an important factor promoting HIV-1 diversity and adaptive change, allowing advantageous mutations arising on different genomes to undergo linkage in the same progeny recombinant genome more frequently than what would be expected under random mutation alone. In Brazil, several recombinant viruses were reported, and six circulating recombinant forms (CRFs) have already been identified. Therefore, the first objective of this Thesis was to analyze the data generated by the Viral Genetic Diversity Network (VGDN) (gag, pol and env partial sequences), in order to identify HIV-1 intersubtype recombinants and evaluate the frequency and geographical distribution of these viruses. Using different techniques we identified 152/1083 patients harboring BF recombinants. The frequency of these recombinants was higher in cities like São Vicente (30%) and Sorocaba (22.6 %). The recombinant viruses circulating in São Vicente were generally related to CRF28 and CRF29, while those viruses circulating in Sorocaba commonly presented an envelope region of subtype F1, irrespective the subtype composition on the remaining genes. Additionally, the integrase gene of HIV-1 from 159 patients was further amplified and sequenced. The analysis of this viral gene revealed ten more patients infected with BF recombinants and no primary mutations related to integrase inhibitor resistance were found. The second objective was to isolate and characterize BF recombinants in vitro, which resulted in ten primary HIV-1 isolates. The near full-length genomes of these ten primary isolates revealed that three were related to CRF28_BF, three to CRF29_BF and four were unique recombinant forms (URFs), according to their breakpoints profile determined with the jpHMM program. Additionally, the coreceptor usage of these isolate was investigated in vitro using GHOST assays, which revealed three dual-tropic (X4/R5) viruses, four CXCR4 (X4) viruses and three CCR5 (R5) viruses. In sum, we report a high frequency of URFs in some cities of São Paulo State, and also developed a well-characterized panel of viruses representing CRF28_BF, CRF29_BF and URFs.

A busca pelo repertório genético por trás de características comportamentais e reprodutivas de espécies de primatas tem desafiado nosso grupo de pesquisa. A premissa principal nesse tipo de estudo baseia-se na hipótese de que um traço fenotípico (seja ele fisiológico, comportamental, etc) compartilhado por um grupo taxonômico inteiro deve ser determinado por um repertório genético comum a esses táxons. Considerando a complexidade de muitas dessas características, temos ampliado nossos estudos para vários genes da rede OXT – AVP – PRL, usando abordagens in silico, in vitro, e in vivo. Na presente Tese, o conjunto gênico de estudo foi selecionado por uma metodologia baseada na ontologia biológica, com critério de seleção para características como comportamento materno, amamentação e aspectos reprodutivos, tais como comportamento de acasalamento e de corte. Essa seleção resultou em 12 genes candidatos para o estudo: AVP, AVPR1A, AVPR1B, ESR1, FOS, HCRT, OXT, OXTR, PRL, PRLH, PRLR e TRH. Exploramos aqui esse conjunto gênico da rede OXT – AVP – PRL através da mineração de dados, buscando por seus ortólogos nas várias espécies de primatas e de outros mamíferos, bem como através de novos dados de sequências da região codificadora dos genes PRLR e PRLH, em um conjunto de espécies de primatas do Novo Mundo (NWM, conforme sigla em inglês). Adicionalmente, sequências das regiões codificadoras de PRLR foram também obtidos em espécies de marsupiais. Com o objetivo de elucidar os padrões evolutivos dos genes de interesse, utilizamos análises como os testes NsSites e Branch Sites do pacote PAML, assim como vários testes populacionais clássicos, para diferentes conjuntos amostrais. Além disso, foi feita a predição da estrutura secundária das proteínas-alvo, utilizando metodologia específica do programa PSIPRED, bem como o PONDER-FIT, para a caracterização de aminoácidos intrinsecamente desordenados. Nossos resultados das análises in silico sugerem que os genes da família de receptores da vasopressina (AVPR1A, AVPR1B, e AVPR2) apresentam um padrão compatível com seleção positiva em mamíferos placentários. Alguns dos sítios com sinal de seleção apresentam motivos lineares (SLiMS) preditos no receptor AVPR2, que podem ter facilitado a emergência de novidades adaptativas, conforme foi sugerido para a espécie do rato-canguru Dipodomys ordii, que habita regiões áridas. As análises dos dados originais da região codificadora do gene PRLR em 17 espécies de NWM revelaram vários sítios presentes na forma longa do receptor com alta probabilidade de estarem sob seleção positiva, sendo que alguns deles (posições 507, 532 e 572) estão associados com o parto gemelar, uma característica das espécies de Callitrichidae. Adicionalmente verificamos no ramo dos Siimiformes um motivo linear de interação que reconhece domínios SH3 (Src Homology 3). Os domínios SH3 e os seus locais de ligação foram descritos para centenas de proteínas; eles fornecem à célula um meio particularmente conveniente e adaptável de interação específica proteína-proteína, que pode ser de importância funcional. Esse trabalho como um todo contribuiu para o conhecimento do repertório genético relacionado à complexa rede de mecanismos neuroendócrinos associados à emergência de traços adaptativos, tanto fisiológicos quanto comportamentais em diferentes clados de mamíferos. / The search for the genetic repertoire behind behavioral and reproductive features of Primate species has challenged our research group. The principal premise in this kind of study is based on the hypothesis that a phenotypic trait (either physiological, behavioral, etc.) shared by an entire taxonomic group should be determined by a genetic repertoire common to these taxa. Considering the complexity of many of these features, we have expanded our studies for several genes of the OXT - AVP - PRL network, using in silico, in vitro, and in vivo approaches. In the present Thesis, the set of genes for the study was selected by a methodology based on biological ontology, with features like maternal behavior, breastfeeding, and reproductive aspects, such as mating and courtship behavior. This selection resulted in 12 candidate genes for the study: AVP, AVPR1A, AVPR1B, ESR1, FOS, HCRT, OXT, OXTR, PRL, PRLH, PRLR, and TRH. We explored here this gene set of the OXT – AVP – PRL network through data mining, searching for their orthologues in many Primate species and other mammals, as well as through new sequence data from the PRLR and PRLH coding region in a set of New World Monkey (NWM) species. Additionally, sequences from the PRLR coding regions were also obtained in marsupial species. To elucidate evolutionary patterns of the genes of interest, we used the NsSites and Branch Sites tests from PAML package, as well as several classic population tests, for different sample sets. In addition, we predicted the secondary structure of target proteins, using a specific methodology of the PSIPRED program, as well as PONDER-FIT for prediction of intrinsically disordered amino acids. Our in silico results suggest that the genes of the vasopressin receptor family (AVPR1A, AVPR1B, and AVPR2) present a pattern compatible with positive selection in placental mammals. Some of the sites with selection signals have linear motifs (SLiMS) predicted in the AVPR2 receptor, which may have facilitated the emergence of adaptive novelties, as was suggested for the kangaroo rat Dipodomys ordii, which inhabits arid regions. Analyses of the original PRLR coding region data on 17 NWM species revealed several sites present in the long form of the receptor with a high probability of being under positive selection, some of them (positions 507, 532 and 572) being associated with twin births, a characteristic of Callitrichidae species. Additionally, we verified in the Siimiformes branch a linear interaction motif that recognizes SH3 domains (Src Homology 3). The SH3 domains and their ligands were described for hundreds of proteins; they provide a particularly convenient and adaptable medium of specific protein-protein interaction to the cell, which can be of functional importance. This work as a whole contributed to the knowledge of the genetic repertoire connected to the complex network of neuroendocrine mechanisms associated to the emergence of physiological and behavioral adaptive traits in different mammalian clades.

O dengue vírus é o responsável por uma das mais importantes doenças transmitidas por vetores em todo o mundo, causando cerca de 390 milhões de infecções anualmente em mais de 100 países. Estima-se que mais de 3,51 bilhões de pessoas (40% da população mundial) estejam vivendo em regiões de risco. A distribuição geográfica dos tipos de dengue aumentou drasticamente nas últimas décadas, impulsionada pela expansão de sua principal espécie de vetor, o Aedes aegypti, o crescimento da população humana, as viagens, o comércio internacional e a crescente urbanização nos trópicos e subtrópicos. Objetivos: Realizar a caracterização molecular do genoma completo do vírus da DENGUE; Avaliar tendências evolutivas que possam estar ocorrendo na epidemia brasileira, comparando nossos achados com os pré-existentes na literatura; Métodos: Amostras de doadores e receptores de sangue coletadas entre 15 de fevereiro a 15 de junho de 2012 em bancos de sangue e hospitais nas cidades de Recife, PE e Rio de Janeiro, RJ. Foi realizado o genoma viral de 90 amostras e posteriormente foram realizadas analises de filodinâmica viral e modelo matemático para estimar dados epidemiológicos. Resultados: As análises filogenéticas indicam que o surto foi causado pelo dengue vírus 4 genótipo II, embora dois isolados do genótipo I também tenham sido detectados pela primeira vez no Rio de Janeiro. A análise evolutiva e as estimativas de modelagem são congruentes, indicando um número reprodutivo acima de 1 entre janeiro e junho, com pelo menos dois terços das infecções sendo despercebidas. A análise de modelos sugere que a transmissão viral começou no início de janeiro, o que é consistente com múltiplas introduções, muito provavelmente dos estados do norte do Brasil, e com um aumento simultâneo de viagens aéreas dentro do país para o Rio de Janeiro. Discussão: O sistema nacional de vigilância notificou 213.000 casos de dengue no RJ e PE em 2012, por outro lado, inferimos pelo menos um número 3,4 vezes maior de infecções de dengue, de acordo com as estimativas anteriores com base em dados sorológicos. Modelos baseados na temperatura e pesquisas entomológicas mostraram que a região amazônica do Brasil é altamente adequada para a transmissão do DENV durante todo o ano. A explicação mais parcimoniosa para a ausência de casos notificados em centros urbanos estudados até 2012. O Rio de Janeiro recebe consistentemente novas linhagens de DENV mostrando ser improvável que as cadeias de transmissão dentro deste estado sejam sustentadas em várias estações do ano e, portanto, necessitarão de reintrodução da origem. Conclusão: A combinação de dados genéticos e epidemiológicos de doadores de sangue pode ser útil para antecipar a disseminação epidêmica de arbovírus. / Dengue virus is responsible for one of the most important vector-borne diseases in the world, causing about 390 million infections annually in more than 100 countries. It is estimated that more than 3.51 billion people (40% of the world\'s population) are living in regions at risk. The geographic distribution of dengue types has increased dramatically in recent decades, driven by the expansion of its major vector species, Aedes aegypti, human population growth, travel, international trade and increasing urbanization in the tropics and subtropics. Objectives: To carry out the molecular characterization of the complete genome of the DENGUE virus; Evaluate evolutionary trends that may be occurring in the Brazilian epidemic, comparing our findings with those in the literature; Methods: Samples of donors and blood recipients collected between February 15 and June 15, 2012 in blood banks and hospitals in the cities of Recife, PE and Rio de Janeiro, RJ. A viral genome of 90 samples was performed and phylodynamics and mathematical models were analyzed to estimate epidemiological data. Results: Phylogenetic analyzes indicated that the outbreak was caused by dengue virus 4 genotype II, although two genotype I isolates were also detected for the first time in Rio de Janeiro. Evolutionary analysis and modeling estimates are congruent, indicating a reproductive number above 1 between January and June, with at least two-thirds of the infections being unnoticed. Model analysis suggests that viral transmission began in early January, consistent with multiple introductions, most likely from the northern states of Brazil, and with a simultaneous increase in air travel within the country to Rio de Janeiro. Discussion: The national surveillance system reported 213,000 dengue cases in RJ and PE in 2012, on the other hand, we inferred at least a 3.4 times higher number of dengue infections, according to previous estimates based on serological data. Temperature based models and entomological surveys have shown that the Amazon region of Brazil is highly suitable for DENV transmission throughout the year. The most parsimonious explanation for the absence of reported cases in urban centers studied by 2012. Rio de Janeiro consistently receives new DENV lineages showing that it is unlikely that the transmission chains within this state will be sustained at various seasons of the year and therefore will require reintroduction of origin. Conclusion: The combination of genetic and epidemiological data from blood donors may be useful in anticipating the epidemic spread of arboviruses

O Anticarsia gemmatalis multiple nucleopolyhedrovirus é usado como agente de controle biológico da lagarta-da-soja (Anticarsia gemmatalis), e representa o bioinseticida viral mais amplamente utilizado no mundo. Sabendo-se que as populações selvagens de baculovírus são geneticamente heterogêneas, este trabalho avaliou a diversidade genômica de 17 isolados selvagens de AgMNPV, coletados no Brasil, Argentina e Uruguai, entre 1980 e 1990. Os genótipos reconstruídos evidenciam a conservação da colinearidade genômica durante a evolução de AgMNPV, porém, deleções e inserções de uma ou mais bases foram comuns. Um novo gene com possível origem em lepidóptero foi identificado em dois genótipos; e o gene bro-a está ausente em muitos isolados. Análises de diversidade genética apontaram que a maioria dos genes de AgMNPV é pouco variável, e os genes mais diversos estão em loci variáveis específicos. Os resultados obtidos reforçam a percepção de que grandes vírus de DNA evoluem principalmente sob baixas taxas de substituição, e por meio de duplicações, ganhos e perdas gênicas. / The Anticarsia gemmatalis multiple nucleopolyhedrovirus is employed as a biological control agent against velvetbean caterpillar (Anticarsia gemmatalis), and represents the most widely used viral bioinseticide in the world. Since baculovirus wild populations are genetically heterogeneous, this work evaluated the genomic diversity of 17 AgMNPV geographic isolates obtained from 1980 to 1990, in the Brazil, Argentina and Uruguay. The genotypes reconstructed evidenced the highly genomic colinearity conservation during AgMNPV evolutionary history, however, deletions and insertions of one or more bases were common. A new gene with possible lepidopteran origin was identified in two genotypes; and the gene bro-a is absence in many isolates. Genetic diversity analyses pointed that most AgMNPV genes shows little variation, and the highly diverse genes are in specific variable loci. The obtained results reinforce the perception that large DNA virus evolve mainly under low rates of substitution, and through gene duplications, gain and loss.

Orientadores: Michel Georges Albert Vincentz, Renato Vicentini dos Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-23T15:28:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DelBem_LuizEduardoVieira_D.pdf: 43647659 bytes, checksum: cc24ef3c44baab981cbc66519b37ce4b (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O sequenciamento de um número crescente de genomas completos tem transformado a biologia. Mais especificamente, no campo da biologia evolutiva, tem se tornado possível endereçar perguntas centrais sobre o funcionamento ultimato dos mecanismos de transformação genética, com potencial impacto em todos os campos da biologia, assim como na filosofia. Esta tese está dividida em dois aspectos importantes da evolução de genomas: o processo de duplicação e fixação de genes duplicados, que é a base do surgimento de famílias multigênicas, e a evolução de redes de regulação, que determinam as relações de causalidade nos processos celulares. Os dois aspectos se relacionam à evolução da complexidade, tanto no que tange o conteúdo gênico dos seres vivos quanto nas interações mecanistica entre os genes via seus produtos (RNAs e proteínas basicamente). No primeiro aspecto abordamos a evolução de dois mecanismos biológicos que depende da ação integrada entre proteínas de famílias distintas: o mecanismo de síntese e degradação do polissacarídeo de parede celular xiloglucano, e o ciclo das chaperonas calreticulina/calnexina envolvidas no controle de qualidade de proteínas sintetizadas no retículo endoplasmático. Nossos trabalhos mostraram que uma forma primordial de xiloglucano, mais simples, surgiu antes da conquista do meio terrestre pela linhagem das plantas, ao contrário do que se imaginava, e que o ciclo calreticulina/calnexina é produto da subfuncionalização em eucariotos basais de uma chaperona ancestral, além do surgimento de funções específicas na família da calreticulina em plantas terrestres. O interesse em evolução de famílias multigênicas nos levou a desenvolver um método (Phylexpress) para análise de ortologia em larga escala, bem como permitir a integração de dados de expressão na tentativa de entender a dinâmica evolutiva da expressão gênica em famílias multigênicas. Utilizamos nosso método para revisitar o conteúdo gênico dos ESTs públicos de cana-de-açúcar, como prova de conceito, numa análise comparativa com o proteoma predito de sorgo. Nossos resultados mostram uma cobertura em termos de ortólogos para apenas ~58% do proteoma predito de sorgo em contrates com estimativas anteriores, com métodos mais simples, que chegaram a 90% do proteoma hipotético de cana. Para abordar a dinâmica evolutiva de redes de regulação, realizamos medições, em escala genômica, das alterações nos níveis de mRNAs de plântulas de sorgo e arroz em resposta a tratamentos de curta duração (2hrs) com sinais exógenos de ABA (hormônio vegetal) e dos açúcares glicose e sacarose. Utilizamos dados públicos e experimentalmente comparáveis de Arabidopsis thaliana em resposta aos mesmos sinais para realizar comparações que revelassem respostas conservadas ou divergentes entre ortólogos. Além disso, buscamos entender a dinâmica evolutiva das respostas transcricionais num contexto de duplicação gênica em famílias multigênicas, onde há diversos genes potencialmente redundantes do ponto de vista bioquímico/estrutural. Nossa abordagem sugere que redes de regulação gênica em eucariotos complexos evoluem majoritariamente de forma neutra, pois parecem apresentar uma taxa de divergência constante, que independe da rede (disparada por cada um dos diferentes sinais) e das espécies envolvidas. Nossos dados são complementares e potencialmente confirmadores de modelos recentes de evolução não-adaptativa em redes de regulação gênica. Concluímos que a evolução da complexidade em sistemas biológicos está parcialmente ligada à diminuição da eficiência da seleção, causada majoritariamente por números populacionais efetivos restritivos presentes nas linhagens de eucariotos complexos (vertebrados e plantas terrestres) / Abstract: The availability of complete sequences of a growing number of genomes is transforming biology. More specifically, in the field of evolutionary biology, it became possible to address central questions on the ultimate mechanisms underlying genetic changes. It has a broad impact on biology and philosophy as well. This thesis deals with two important aspects of genome evolution: the process of gene duplication and fixation of duplicated genes, which is the basis of the origins of multigenic families, and the evolution of genetic regulatory networks that determines the causality of the cellular processes. Both aspects are related to the evolution of complexity regarding the gene content of living forms and the mechanistic interaction between the gene products (mainly RNAs and proteins). In the first aspect we studied the evolution of two biological mechanisms depending on the integrated function of proteins from distinct families. The mechanism of synthesis and remobilization of xyloglucan, a plant cell wall polysaccharide, and the calreticulin/calnexin cycle of protein folding that takes place in the endoplasmic reticulum. Our work showed that a primordial form of xyloglucan already existed before the land conquest by plants. We propose that the calreticulin/calnexin cycle is the product of subfuncionalization of an ancestral eukaryotic chaperone, and plants evolved specific calreticulin functions due to gene duplication. Our interest in the evolution of multigenic families impelled the development of Phylexpress, a method dedicated to large-scale orthology analyses. It can integrate expression data in the context of multigenic families with the goal of understand the evolutionary dynamics of gene expression. We used Phylexpress to revisit the gene content of the publicly available sugarcane ESTs as a proof of concept. Our results showed that the ESTs sampled orthologs for just ~58% of the predict sorghum proteome, in contrast with previous estimations acconting for 90% of the hypotethical sugarcane proteome. In order to approach the evolutionary dynamics of regulatory networks, we measured global changes in gene expression of sorghum and rice plantlets in response to short-term treatments (2hrs) with exogenous ABA (plant hormone) and the sugars glucose and sucrose. We took public data from comparable experiments using Arabidopsis thaliana in order to unravel conserved and divergent responses across orthologs. Furthermore, we analyzed the evolutionary change in transcriptional responses in a context of gene duplications in multigenic families, leading to a set of potentially redundant genes in terms of biochemical/structural properties. Our approach suggests that gene regulatory networks in complex eukaryotes evolve mainly neutrally, in a constant rate that is independent of the analyzed network (triggered by each one of the signals) and the species. Our data is complementary and potentially confirmatory of recent models of nonadaptive evolution in regulatory networks. We concluded that the evolution of the complexity in biological systems is partially connected to the attenuation of the efficiency, mainly due to low effective population sizes present in the lineages that gave rise to complex eukaryotes (vertebrates and land plants) / Doutorado / Genetica Vegetal e Melhoramento / Doutor em Genetica e Biologia Molecular

Orientador: Lucia Elvira Alvares / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-27T08:30:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mantovani_CarolinaStefano_M.pdf: 7530088 bytes, checksum: 5c8cf5e001032d6962337caaccfcbcd8 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A Miostatina (MSTN) é uma proteína que regula negativamente a formação de musculatura esquelética, e sua estrutura e função são conservadas em diversas espécies, incluindo humanos. O nocaute de seu gene causa hiperplasia e hipertrofia das fibras musculares, o que despertou grande interesse médico e agropecuário desde a descoberta deste gene. Trabalhos anteriores descrevem a função da proteína, mas ainda faltam dados sobre a regulação da sua expressão gênica. Recentemente, o promotor do gene da Mstn foi identificado e caracterizado pelo nosso grupo de pesquisa, a partir de uma abordagem filogenética. Entretanto, além do promotor, também existem outros elementos cis-reguladores que podem atuar como estimuladores ou silenciadores do processo de transcrição gênica. Em conjunto com o promotor gênico, esses elementos controlam a taxa de transcrição e conferem especificidade espacial e temporal para sua expressão. Sendo assim, a proposta deste trabalho foi identificar e caracterizar possíveis elementos cis-reguladores da Mstn a fim de ampliar o conhecimento sobre a sua regulação transcricional. Para tal, análises de genômica comparativa, semelhantes àquelas empregadas na identificação do promotor gênico da Mstn, foram realizadas para localizar regiões evolutivamente conservadas (ECRs) adjacentes ao lócus da Mstn de humano, camundongo e galinha, bem como para identificar potenciais sítios de ligação para fatores transcricionais conservados nessas regiões. Além disso, foi realizada uma análise da evolução desses possíveis elementos cis-reguladores, a fim de identificar polimorfismos que tenham o potencial de afetar a atividade transcricional da Mstn. Nossos resultados revelaram a existência de um arcabouço regulatório ancestral composto por sítios de ligação conservados em várias das ECRs analisadas, o qual tem sido mantido entre 310 e 430 milhões de anos. Além disto, foram identificados polimorfismos, bem como sítios de ligação grupo-específicos, os quais podem estar envolvidos na regulação diferencial da atividade da Mstn e, portanto, na geração de diferentes fenótipos musculares entre os animais. Dentre as oito ECRs estudadas, duas possuem maior potencial de estarem envolvidas na miogênese, uma vez que nelas foram identificados sítios de ligação para importantes fatores relacionados a este processo. Análises funcionais das ECRs 2 e 5/6 em células C2C12 em diferenciação confirmaram o potencial dessas ECRs de humano e camundongo de atuarem como elementos cis-reguladores, uma vez que mostraram que eles são capazes de modificar a expressão do gene repórter EGFP em comparação ao controle. As ECRs de galinha, por outro lado, não geraram resultados significativos, reforçando a hipótese de que as diferenças nos TFBS encontradas no grupo das aves geram alterações funcionais nas ECRs. O desenrolar de novos estudos a partir dos resultados obtidos neste trabalho permitirão estabelecer o papel específico das ECRs identificadas, bem como determinar a importância das variações de sequências destes elementos reguladores em diferentes animais. No longo prazo, nossas pesquisas poderão subsidiar o desenvolvimento de estratégias que possibilitem a modulação da atividade da Mstn em patologias humanas que afetam a musculatura esquelética / Abstract: The Myostatin protein (MSTN) is an important regulator of skeletal muscle deposition in vertebrates, and its structure and function are conserved in several species, including humans. The knockout of this gene causes hyperplasia and hypertrophy of muscle fibers, which has aroused great medical and agricultural interest since its discovery. Previous studies have described the function of this protein, but data on the regulation of Mstn gene expression are still scarce. Recently, the Mstn gene promoter has been identified and characterized by our research group from a phylogenetic approach. However, in addition to the promoter, there are also other cis-regulatory elements that can act as enhancers or silencers of gene transcription process. Along with the gene promoter, these elements control the transcription rate and provide spatial and temporal specificity for its expression. Thus, the purpose of this study was to identify and characterize potential Mstn cis-regulatory elements in order to increase knowledge of the transcriptional regulation of this gene. For this purpose, comparative genomic analysis similar to those employed in the identification of the Mstn promoter were performed to locate evolutionary conserved regions (ECRs) adjacent to the locus of the Mstn gene in human, mouse and chicken, as well as to identify potential transcription factors binding sites (TFBS) conserved in these regions. Furthermore, an evolutionary analysis of the putative cis-regulatory elements has been performed in order to identify polymorphisms that have the potential to affect the transcriptional activity of Mstn. Our results indicate the existence of an ancestral regulatory framework that comprises conserved TFBS in almost all of the ECRs analyzed, which has been maintained between 310 and 430 million years. Furthermore, polymorphisms were identified, as well as group-specific binding sites, which may be involved in the differential regulation of Mstn activity and, therefore, in the generation of different muscle phenotypes in animals. Among the eight ECRs studied, two of them have great potential to be involved in myogenesis, given that binding sites for important factors related to this processes were identified. Functional analyses of ECRs 2 and 5/6 in differentiating C2C12 cells confirmed the potential of the human and mouse ECRs as cis-regulatory elements, once they have shown that they are able to enhance the expression of the EGFP reporter gene, when compared to the control. The chicken ECRs, on the other hand, did not generate significant results, supporting the hypothesis that the differences found in the TFBS pattern in birds generate functional modifications in the ECRs. The development of new studies from the results obtained here may help to establish the specific role of the ECRs identified, as well as determine the importance of the variation in the sequence of these regulatory elements in different animals. In the long run, our research may lay the foundation to the development of strategies that allow the modulation of Mstn activity in human pathologies affecting skeletal muscle / Mestrado / Biologia Tecidual / Mestra em Biologia Celular e Estrutural

O mecanismo de divisão mais comum entre procariotos é a divisão binária, na qual a célula- mãe reparte seu genoma e conteúdo citoplasmático de forma igual entre duas células filhas. Esse processo é mediado por um complexo protéico especializado, chamado divisoma, composto por cerca de 20 proteínas, que promovem a constrição da parede celular e membrana citoplasmática, formando o septo de divisão. O complexo é organizado em torno do anel Z, uma estrutura em anel composta pela proteína FtsZ, um homólogo de tubulina presente na maioria dos procariotos e em algumas organelas de eucariotos. Partindo de um levantamento detalhado da distribuição dos genes do divisoma em genomas completos de procariotos, aplicamos métodos de máxima verossimilhança para inferência de estados ancestrais e reconstruímos o conteúdo gênico do divisoma no ultimo ancestral comum das bactérias atuais. Estendendo essas análises com a aplicação de métodos filogenéticos, inferimos os eventos responsáveis pelas variações de composição deste complexo, observadas entre os diferentes grupos de bactérias. Nossos resultados mostram que o último ancestral comum de todas as bactérias já possuía a maior parte dos componentes conhecidos do divisoma, sugerindo a existência de uma parede de peptideoglicano e a presença de um aparato molecular tão ou mais complexo que o observado nas linhagens atuais, incluindo a presença de componentes considerados acessórios e de distribuição relativamente restrita, como as proteínas envolvidas na localização do anel Z (sistema Min) e alguns efetores positivos da polimerização de FtsZ. Observamos também que a evolução do complexo não foi muito afetada por eventos de transferência lateral, mas apresenta vários exemplos de perda de genes, em especial em linhagens com genoma reduzido, o que sugere a redundância de vários componentes já presentes no ancestral e a freqüente redução da complexidade, pelo menos dos componentes centrais do divisoma. Episódios de expansão de famílias de componentes do divisoma em linhagens específicas e os mecanismos evolutivos responsáveis pela incorporação de tais variações são discutidos. A caracterização da história evolutiva detalhada do divisoma, aqui apresentada, poderá servir como ponto de partida para novas análises evolutivas e como base para elaboração de experimentos funcionais. / The most common cell division mechanism among prokaryotes is binary fission, where a mother cell partitions its cytoplasm and genome equally among two daughter cells. This process is mediated by a specialized protein complex, known as the divisome, composed of around 20 proteíns, that promotes constriction of the cell wall and cytoplasmic membrane, thus forming the division septa. The complex is organized around the Z-ring, a ring-shaped struture composed by FtsZ, a tubulin homolog present in most prokaryotes and some eukaryotic organelles. After a detailed revision of the distribution of divisome genes among completely sequenced prokaryotic genomes, we applied maximum likelihood methods for the inference of ancestral states and reconstructed the gene content of the divisome in the last common ancestor of all extant bacteria. We then performed phylogeneticanalysis of all cell division genes and inferred the series of events responsible for the observed variations of the complex´s composition among bactérial lineages and their common ancestor. Our results show that the last common ancestor of all bacteria already possessed most of the known divisome components, thus suggesting the existence of a peptidoglycan cell wall and the presence of a molecular apparatus, perhaps more complex than those found in extant bacteria, including the presence of some accessory components with a somewhat restricted distribution, like the proteíns involved in the localization of the Z-ring (Min sistem) and some positive effectors os FtsZ polimerization. We also observed that the complex´s evolution was almost never the subject of horizontasl gene transfer events, but shows several examples of gene loss, specially in lineages displaying clear signs of genome reduction, thus suggesting the redundancy of several components in the ancestral divisome and a certain degree complexity reduction, at least for core components of the divisome. Lineage specific expansion of divisome component and the evolutionary mechanisms behind such processes are discussed. This characterization of the detailed evolutionary history of the divisome might serve as a starting point for new evolutionary analysis and as a basis for the design of functional experiments.