A comparação de genomas, genes ou até sequências de nucleotídeos não condificantes é uma importante tarefa na qual a bioinformática pode ser aplicada, uma vez que ela auxiliar em diversas atividades, por exemplo, análises filogenéticas. Análise filogenética, por sua vez, busca analisar a relação evolutiva de cada espécie, considerando suas características genéticas. Esses processos e as técnicas que os implementam se baseiam em sequências de nucleotídeos sequenciadas e armazenadas em bancos de dados de genomas públicos. Com análise filogenética também é possível identificar possíveis origens de um gene. Essa tarefa é de grande importância, pois auxilia na identificação da origem de genes patogênicos, podendo auxiliar no combate e prevenção do surgimento de doenças. Um problema potencial dessas sequências é a possibilidade de haver erros nas anotações (marcações de sequências como genes). Esses erros são pouco explorados por pesquisadores atualmente. Outro tema pouco explorado é a análise filogenética de genes exclusivos, que são genes que se manifestam em apenas uma espécie, considerando um grupo de espécies próximas. A identificação de genes exclusivos de alguma espécie pode servir para a correta identificação de, por exemplo, a espécie que causa uma doença, de forma a permitir o uso do tratamento mais específico e adequado. A importância da descoberta de filogenias de genes exclusivos e a dificuldade de garantir a consistência nas anotações genéticas motivaram este trabalho, que teve como objetivo implementar ferramentas para interpretar dados de comparação genética, identificando potenciais erros em anotação de genes exclusivos e criando estratégias para identificar a origem desses genes. As origens de genes exclusivos exploradas neste trabalho envolvem a possibilidade dos genes exclusivos terem derivado de outras famílias de genes do próprio organismo, ou, os genes exclusivos se diferenciaram muito dos genes ancestrais. Essas hipóteses, juntamente com a hipótese da existência de erros de anotação, foram exploradas em experimentos utilizando as ferramentas desenvolvidas. Os experimentos visaram a analisar a aplicabilidade da estratégia desenvolvida. Foram utilizados genomas de bactérias do gênero Xanthomonas, que contém um grande grupo de bactérias que causam doenças em plantas. Os resultados obtidos demonstram que existe uma quantidade considerável de potenciais erros de anotação nos genomas considerados, provando a hipótese de que a inconsistência nas anotações genômicas possui grande influência para a dificuldade na identificação de filogenias (tanto de genes exclusivos como para não exclusivos). Os resultados também demonstraram que boa parte dos genes exclusivos possivelmente se originaram de outras famílias de genes do próprio genoma. Ou ainda, que esses genes sofreram modificações em relação aos genes ancestrais, mas ainda possuem certas semelhanças com sequências de nucleotídeos que não codificam genes em outras espécies mais distantes. Por fim, a estratégia desenvolvida se mostrou útil na análise filogenética das bactérias estudadas, sendo este um forte indício de que a mesma abordagem pode ser utilizada para problemas similares com outras espécies de seres vivos / Comparison of genomes, genes or even non-coding nucleotide sequences is an important task in which bioinformatics can be applied, since it allows the application of phylogenetic analyses. Phylogenetic analysis, in its turn, seeks to analyze the evolutionary relation of each species, considering its genetic characteristics. These processes and the techniques that implement them are based on nucleotide sequences sequenced and stores in databases of public genomes. With phylogenetic analysis it is also possible to identify possible origins of a gene. This task has a great importance, because it allows the identification of the origin of pathogenic genes, which may help to combat or prevent deseases. A potencial problem of these sequences is the possibility of having annotation errors (sequences marking as genes). These errors are little explored by researchers nowadays. Another unexplored topic is the phylogenetic analysis of exclusive genes, which are genes thaht manifest in only one species, considering a group of nearby species. The identification of exclusive genes of a species may serve to correctly identify, for example, a desease, in order to allow the use of a more especific and appropriate treatment. The importance of discovering phylogenies of exclusive genes and the difficulty of guaranteeing the consistency of genetic annotations motivated this work, whose objective was to implement tools to interpret data of genetic comparison, identifying annotation errors in exclusive genes and creating strategies to identify the origin of these genes.The origins of exclusive genes explored in this work involve the possibility of the exclusive genes have derived of other gene families of the organism itself, or, the exclusive genes differed a lot from the ancestral genes. Theses hypotheses, with the hypotesis of the existance of annotation errors, were explored in experiments using the developed tools. The experiments aimed to analyse the applicability of the developed strategy. Genomes of bacteria of the genus Xanthomonas were used, which contains a large group of bacteria that cause diseases in plants. The results show that there is a considerable amount of annotation errors on the genomes, proving the hypothesis that the inconsistency in genomic annotations has a great influence on the difficulty in identifying phylogenies (both exclusive and non-exclusive genes). The results also show that much of exclusive genes possibly originated from other gene families of the genome itself. Furthermore, these genes may have sufferedmodifications in relation to the ancestral genes, but still have certain similarities with nucleotide sequences that don\'t encode genes in other more distant species. Finally, the strategy developed proved useful on phylogenetic analysis of the studied bacteria, which is a strong indication that the same approach can be used for similar problems with other species of living beings

Esta pesquisa lidou com a unificação de grafos aplicada ao problema das redes haplotípicas. A partir da baixa confiabilidade encontrada nas redes geradas pelos algoritmos tradicionais, foi necessário introduzir uma nova proposição para melhorar o resultado obtido. Para esta avaliar o resultado obtido pelo novo algoritmo, desenvolveu-se um arcabouço teórico-formal possibilitando a generalização de soluções relativas a redes haplotípicas através de aplicação de funções parametrizáveis, facilmente representadas através de linguagens funcionais no estilo LISP. Para aplicação em problemas reais, desenvolveu-se estrutura de simulação e testes que constrói cadeias genéticas de maneira aleatória ou ainda parametrizável. Os testes gerados permitiram observar a melhoria esperada no algoritmo, especialmente para os casos de baixa mutação. O arcabouço de simulação e testes mostrou-se extremamente propício e de fácil utilização, o que o torna, em si mesmo, uma ferramenta a ser disponibilizada para a comunidade acadêmica da área de Biologia. / This research dealt with the unification of graphs applied to the problem of haplotype networks. From the low reliability found in networks generated by the traditional algorithms, it was necessary to introduce a new proposition to improve the outcome. For proper evaluation of the results obtained by the new algorithm, a formal-theoretical framework for generalization of haplotype networks related solutions, making use of parameterized functions easily represented through LISP-like functional languages. Seeking for real case application of the theory developed, a structure of simulation and testing were developed to build genetic code strings randomly or even parameterized. The generated tests have allowed to observe the expected improvement in the algorithm, especially for cases of low mutation. The framework for simulation and testing was extremely useful and easy to use, making itself a product to be distributed to the academic Biology community.

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-06-23T21:24:53Z No. of bitstreams: 1 AntonioCarvalho.pdf: 2731250 bytes, checksum: 35369a74be0aec3dd6b29a792c37fc35 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-23T21:24:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AntonioCarvalho.pdf: 2731250 bytes, checksum: 35369a74be0aec3dd6b29a792c37fc35 (MD5) Previous issue date: 2016-10-10 / Lung cancer has been identi ed as the leading cause of death among cancer patients worldwide. The high rates of deaths and instances of records of this type of cancer worldwide demonstrate the importance of the development and research in order to produce resources for the detection and early diagnosis of this disease. Because of the exhaustive analysis process, alternatives such as computational tools that use image processing techniques and pattern recognition have been widely explored. Therefore, to assist the expert in the identi cation and diagnosis of nodules, systems are developed Computer-Aided Detection (CAD) and Computer-Aided Diagnostic (CADx). This thesis proposes the development of methods that reduce false positives, and the diagnosis of volumes of interest in computed tomography. The proposed methods are based on image processing techniques and pattern recognition. For this, biology concepts have been adapted and applied to the study of the branch of the diversity of species; such concepts are the phylogenetic diversity indexes used in this thesis as texture descriptors. In another aspect, techniques that measure the properties of the shape of radiological ndings have been developed and adapted. Subsequently, an evolutionary methodology is used for the selection of the best models for training. Finally, a support vector machine is applied to perform the classi cation. Promising results were found in the 833 tests that we performed; these tests were divided into 80% for training and 20% for testing. In general, for the best results, we have false positive reduction methods, an accuracy of 99.57%, sensitivity of 99.45%, speci city of 99.61%, and an ROC curve of 0.992. The results obtained for the classi cation of the degree of malignancy and benignity are: accuracy of 93.46%, sensitivity of 92.95%, speci city of 93.49%, and an ROC curve of 0.931. / O câncer de pulmão é apontado como a principal causa de morte entre os pacientes com câncer. As altas taxas de mortes e registros de ocorrências desse câncer em todo o mundo demonstram a importância do desenvolvimento e investigação, a fi m de produzir meios para a detecção e o diagnóstico precoce dessa doença. Devido ao exaustivo processo de análise, alternativas como ferramentas de cunho computacional que utilizam técnicas de processamento de imagens e do reconhecimento de padrões têm sido amplamente exploradas. Assim, para auxiliar o especialista na identifi cação e diagnóstico de nódulos, são desenvolvidos sistemas Computer-Aided Detection (CAD) e Computer-Aided Diagnostic (CADx). Esta tese propõe o desenvolvimento de métodos para redução de falsos positivos em um sistema CAD e diagnóstico de nódulos em tomografi a computadorizada. Os métodos propostas baseiam-se em técnicas de processamento de imagens e reconhecimento de padrões. Para tanto, foram adaptados e aplicados os conceitos da biologia no ramo do estudo da diversidade entre espécies, sendo esses os índices de diversidade logenética, usados nesta tese como descritores de textura. Em outro aspecto, foram desenvolvidas e adaptadas técnicas capazes de mensurar propriedades de forma dos achados radiológicos. Seguindo, usou-se uma metodologia evolutiva genética para seleção dos melhores modelos de treinamento. E por fi m, foi aplicada a máquina de vetor de suporte para realizar a classificação . Resultados promissores foram encontrados em teste com 833 exames divididos em 80% para treino e 20% para testes. Em linhas gerais, para os melhores resultados tem-se, nos métodos de redução de falsos positivos: uma acurácia de 99,57%, sensibilidade de 99,45%, especificidade de 99.61% e uma curva ROC de 0,992. Já nos resultados para a classificação quanto a taxa de malignidade e benignidade, obtiveram-se os seguintes valores: acurácia de 93,46%, sensibilidade de 92,95%, especificidade de 93,49% e uma curva ROC de 0,931.

Neste trabalho, estudamos o problema a recoloração convexa de grafos, denotado por RC. Dizemos que uma coloração dos vértices de um grafo G é convexa se, para cada cor tribuída d, os vértices de G com a cor d induzem um subgrafo conexo. No problema RC, é dado um grafo G e uma coloração de seus vértices, e o objetivo é recolorir o menor número possível de vértices de G tal que a coloração resultante seja convexa. A motivação para o estudo deste problema surgiu em contexto de árvores filogenéticas. Sabe-se que este problema é NP-difícil mesmo quando G é um caminho. Mostramos que o problema RC parametrizado pelo número de mudanças de cor é W[2]-difícil mesmo se a coloração inicial usa apenas duas cores. Além disso, provamos alguns resultados sobre a inaproximabilidade deste problema. Apresentamos uma formulação inteira para a versão com pesos do problema RC em grafos arbitrários, e então a especializamos para o caso de árvores. Estudamos a estrutura facial do politopo definido como a envoltória convexa dos pontos inteiros que satisfazem as restrições da formulação proposta, apresentamos várias classes de desigualdades que definem facetas e descrevemos os correspondentes algoritmos de separação. Implementamos um algoritmo branch-and-cut para o problema RC em árvores e mostramos os resultados computacionais obtidos com uma grande quantidade de instâncias que representam árvores filogenéticas reais. Os experimentos mostram que essa abordagem pode ser usada para resolver instâncias da ordem de 1500 vértices em 40 minutos, um desempenho muito superior ao alcançado por outros algoritmos propostos na literatura. / In this work we study the convex recoloring problem of graphs, denoted by CR. We say that a vertex coloring of a graph G is convex if, for each assigned color d, the vertices of G with color d induce a connected subgraph. In the CR problem, given a graph G and a coloring of its vertices, we want to find a recoloring that is convex and minimizes the number of recolored vertices. The motivation for investigating this problem has its roots in the study of phylogenetic trees. It is known that this problem is NP-hard even when G is a path. We show that the problem CR parameterized by the number of color changes is W[2]-hard even if the initial coloring uses only two colors. Moreover, we prove some inapproximation results for this problem. We also show an integer programming formulation for the weighted version of this problem on arbitrary graphs, and then specialize it for trees. We study the facial structure of the polytope defined as the convex hull of the integer points satisfying the restrictions of the proposed ILP formulation, present several classes of facet-defining inequalities and the corresponding separation algorithms. We also present a branch-and-cut algorithm that we have implemented for the special case of trees, and show the computational results obtained with a large number of instances. We considered instances which are real phylogenetic trees. The experiments show that this approach can be used to solve instances up to 1500 vertices in 40 minutes, comparing favorably to other approaches that have been proposed in the literature.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-02-12Bitstream added on 2014-06-13T19:03:33Z : No. of bitstreams: 1 dias_fc_dr_jabo.pdf: 950154 bytes, checksum: 170fddcca2fc4c7004161e93f093a97f (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A ocorrência de anticorpos neutralizantes contra os genótipos do vírus da diarréia viral bovina (BVDV 1 e BVDV 2) foi verificada, pelo teste de virusneutralização (VN), em 260 amostras de soro sangüíneo de 26 rebanhos não vacinados contra o BVDV, provenientes dos Estados de Minas Gerais e São Paulo. Do total de amostras, 102 (39,2%) reagiram ao BVDV, das quais 81 (31,1 %) foram reagentes ao BVDV 1 e ao BVDV 2, sete (2,7%) reagiram apenas ao BVDV 1 e 14 (5,4%) reagiram apenas ao BVDV 2. Nos mesmos rebanhos, verificou-se também a presença sugestiva de animais persistentemente infectados (PI) por meio da pesquisa de anticorpos neutralizantes em cinco amostras de soro sangüíneo de bezerros sentinelas com idade entre 6 e 12 meses. A ocorrência de animais PI foi pesquisada em três dos 26 rebanhos, dos quais foram colhidas amostras pareadas de sangue de todos os animais do rebanho. Todas as amostras foram submetidas ao teste de VN contra o BVDV 1 e o BVDV 2, e naquelas não reagentes a pelo menos um dos genótipos, bem como nas amostras provenientes de bovinos com menos de seis meses de idade, foi realizada a pesquisa do vírus pela RT-PCR. Em um dos rebanhos foram detectados dois animais PI, cujas estirpes foram caracterizadas geneticamente como pertencentes ao subgenótipo eVOV 1 b. A infecção natural pelo BVDV foi monitorada nos três rebanhos selecionados para a pesquisa de animais PI, sendo que em dois deles constatou-se a eliminação do BVDV. No entanto, a infecção permaneceu no rebanho em que haviam sido detectados dois animais PI, pois foram diagnosticados posteriormente um animal transitoriamente infectado (TI) e novos animais reagentes ao vírus. Foram submetidos à análise estatística os resultados dos testes de VN contra o BVDV 1 e o BVDV 2, realizados em 1925 amostras de soro sangüíneo obtidas no período de execução... / The occurrence of neutralizing antibodies against to bovine viral diarrhoea virus genotypes (BVDV 1 and BVDV 2) has been confirmed by virusneutralization test (VN) in 260 samples of blood serum undertaken in the states of Minas Gerais and São Paulo, Brazil. Samples were retrieved from 26 cattle herds which were not BVDV vaccinated. One hundred and two samples (39.2%) were reagents to BVDV, or rather, 81 (31.1%) were reagents to BVDV 1 and BVDV 2, seven (2.7%) were reagents to BVDV 1 only and 14 (5.4%) were reagents to BVDV 2 only. In the same herds, the significant presence of persistently infected (PI) animais was also verified by a research involving neutralizing antibodies in five samples of blood serum in 6 to 12¬month-old calves. The occurrence of PI animais was researched in three out of 26 herds by paired blood samples of total animais in the herdo Ali samples were analyzed by VN test against to BVDV 1 and BVDV 2, and virus research was undertaken by RT-PCR in samples which were not reagent to at least one of the genotypes and in samples of less than 6-month-old cattle. Two PI animais, genetically characterized as belonging to BVDV 1 b subgenotype, were detected in one of the herds. BVDV natural infection was monitored in three herds selected for PI animais research. BVDV was eliminated in two herds. However, infection remained in the herd in which two PI animais were diagnosed, because a transiently infected animal (TI) and other virus-reagent animais were detected later on. Statistical analysis evaluated VN test results against BVDV 1 and BVDV 2 with 1925 samples of blood serum obtained during the research period. Although no significant ditterences were found between BVDV 1 reagent bovines and BVDV 2 reagent ones (p>0.05), a significant ditterence was detected among titles of antibodies from samples which were reagent to both genotypes (p<0.0001).

Made available in DSpace on 2015-04-17T14:55:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.PDF: 1079008 bytes, checksum: 6627885b56d1a7d7174f7cbfaceacfb7 (MD5) Previous issue date: 2012-02-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In theroy, the influence of phylogeny in community structure implies that phylogenetically close species may show similar characteristics determined by their evolutionary history. In a fine scale, this is useful to identify processes of microevolution. We used phylogenetic and ecological data to investigate the determinant factors of the relationships among 15 anuran species in temporary ponds in Caatinga. Phylogenetically close species used the same categories of microhabitat, but they differed in usage proportion. Considering diet, overlap values were high in phylogenetically related species and these species tended to form concise groups. Analysis based on null models indicated no significant values of overlap in microhabitat usage and diet composition, showing that competition is unlikely to regulate assemblage structure. Species belonging to the same phylogenetic lineage occupied the same morphological space, suggesting that morphometry may be a conservative trait; however, some close related species have diverged in this pattern. The joint observation of microhabitat usage, diet composition, and morphology indicated the existence of similarities among phylogenetically related species. Canonical Phylogenetic Correlation Analysis revealed the presence of niche phylogenetic conservatism in microhabitat usage in Hylidae and Leptodactyliformes basal dichotomy and in diet composition of the Physalaemus genus. In this work, it is considered that the phylogenetic relationships influence assemblage structure. However, the observation of differences in resource usage among closely related species and similarities among unrelated species suggests the existence of ecological factors acting at some moment of the evolution of these organisms. / Teoricamente a influência da filogenia na estrutura de comunidades implica que espécies próximas filogeneticamente podem apresentar características semelhantes determinadas pela sua história evolutiva. Em uma escala fina isto é útil na identificação de processos de micro-evolução. Aqui utilizamos dados ecológicos e filogenéticos para investigar os fatores determinantes das relações entre 15 espécies de anuros em poças temporárias na Caatinga. Espécies próximas filogeneticamente utilizaram as mesmas categorias de microhábitats, mas diferiram na proporção do uso. Considerando a dieta, valores de sobreposição foram altos em espécies relacionadas filogeneticamente e estas tenderam a formar grupos concisos. Uma análise baseada em modelos nulos indicou valores não significativos de sobreposição no uso do microhábitat e na composição da dieta, evidenciando que a competição não parece regular a estrutura da taxocenose. Espécies damesma linhagem filogenética ocuparam o mesmo espaço morfológico sugerindo que a morfometria pode ser um traço conservativo, no entanto, algumas espécies próximas divergiram deste padrão. A observação conjunta do uso do microhábitat, composição da dieta e morfologia indicou a existência de similaridades entre espécies relacionada filogeneticamente. Análise de Correlação Filogenética Canônica revelou presença de conservação filogenética de nicho no uso do microhábitat na dicotomia basal Hylidae eLeptodactyliformes e na composição da dieta do gênero Physalaemus. Aqui consideramos que as relações filogenéticas exercem influência sobre a estrutura da taxocenose, no entanto, a observação de diferenças no uso dos recursos entre espécies próximas e similaridades entre espécies não relacionadas sugere a existência de fatores ecológicos atuando em algum momento da evolução destes organismos.

Escherichia coli patogênica aviária (APEC) é a causa de doenças extra-intestinais em aves, que se manifestam na forma de doenças localizadas ou infecções sistêmicas, gerando grandes perdas econômicas para a indústria aviária. O objetivo desse trabalho foi estudar isolados de APEC do sul do Brasil em relação à resistência a agentes antimicrobianos; a prevalência de fatores associados à virulência; a tipagem filogenética e o perfil filogenético. Na avicultura, os agentes antimicrobianos são muito utilizados na prevenção de infecções e na forma de promotores de crescimento. Foram utilizadas 41 isolados de E. coli obtidos de infecções sistêmicas e 144 isolados de celulite, utilizando o método de difusão com discos. Isolados APEC apresentaram baixos níveis de resistência, com excessão da tetraciclina e das sulfonamidas; e para isolados de colissepticemia, também foi observado uma resistência aos antimicrobianos que atuam na parede celular (ampicilina, cefalotina, bacitracina e ceftiofur). Vários fatores de virulência têm sido investigados em cepas APEC, os que têm sido mais frequentemente associados com a patogenicidade são as fímbrias de aderência F1 e Tsh (hemaglutinina sensível à temperatura); o sistema sideróforo aerobactina, a proteína iss (increased serum survival), a cápsula K e a produção de colicina V. Foram realizadas reações da polimerase em cadeia multiplex (PCR), testando um total de 33 fatores nos isolados APEC. Os fatores relacionados a adesão, sideróforos e resistência ao soro foram presentes em todas as amostras. Os fatores que apresentaram maior prevalência nas amostras foram, fimC, ompA, crlA e traT. A tipagem filogenética foi realizada através do método descrito por Clermont et al., (2000), que permite separar os isolados em 4 grupos filogenéticos principais (A, B1, B2 e D). Observamos a maior presença de isolados APEC pertencentes ao grupo D, tanto para celulite quanto para colissepticemia. A análise do perfil filogenético foi realizada pelo método ARDRA, que é baseado na variação da região do espaçamento intergênico (ISR) na região 16S-23S do DNA ribossômico. Os resultados foram analisados formando um dendrograma que mostra a proximidade filogenética dos isolados, indicando que não foi possível separar os clones de celulite dos de colissepticemia e não existem clones endêmicos nas regiões analisadas. Os resultados obtidos no presente estudo, fornecem um panorama geral da resistência aos agentes antimicrobianos, prevalência dos fatores de virulência, tipagem filogenética e perfil filogenético encontrados nos isolados de E. coli aviária do sul do Brasil de infecções de colissepticemia e celulite. / extra-intestinal infections in poultry, called colibacilose, and cause great economic losses to the poultry industry. The aim of this work was to examine APEC strains, isolated from avian cellulitis and colisepticemic chickens from South Brazil, for antibiotic resistance, presence of virulence-associated genes (VAGs), phylogenetic typing and phylogenetic analyses. In poultry, antibiotics are routinely used to prevent infection and promote growth. We analyzed the susceptibility to 15 antibiotics in 144 E. coli isolates collected from cellulitis lesions and in 41 isolates from septicemic chickens. APEC isolates have shown low levels of resistance excepting tetracycline and sulphonamides, and colisepticemic isolates were resistant to antibiotics that act in the cell wall, such as ampicilin, cephalotin, ceftiofur and bacitracin. The virulence factors most frequently associated with APEC pathogenicity are the adhesins F1 and Tsh (Temperature sensitive hemagglutinin), the iron acquisition system aerobactin, the protein Iss (increased serum survival), K1 capsule and production of colicin V. To investigate the presence of VAGs in the isolates, we performed multiplex polymerase chain reactions to test 33 virulence factors. Virulence factors related to adhesion, iron acquisition and serum resistance were present in almost all strains. The factors fimC, ompA, crlA and traT were the most frequent in APEC isolates. The phylogenetic typing were done using the Clermont et al. (2000) method, which classifies E. coli strains into four main phylogenetic groups (A, B1, B2, and D). Our phylogenetic typing has shown that cellulitis and colisseptisemic isolates were more related to group D. Amplified ribossomal restriction analysis (ARDRA) was performed in colissepticemic and celullitis isolates from broiler chickens from Southern Brasil. The similarity among isolates were observed with a dendrogram based on the band pattern. Our results have shown that clones of celullitis and colissepticemic isolates could not be distinguished and there is no endemic clones in regions observed analised. The results of the present work give us a panorama of the susceptibility to antibiotics, virulence factors, phylogenetic typing and phylogenetic analyses currently found in APEC isolates from severe lesions of cellulites and colibacillosis in south Brazil. Besides that, these analyses could be helpful for monitoring and preventing outbreakes of colibacilosis. Controling the first stages of the disease and detecting more prevalent clones in this region may reduce the incidence of the disease.

A busca de padrões consistentes na natureza tem sido a principal meta dos ecólogos. Essa dissertação teve como objetivo usar abordagens filogenéticas na tentativa de compreender melhor o processo ecológico da expansão florestal sobre áreas abertas. O uso da informação filogenética em análises ecológicas considera as espécies não independentes umas das outras, pois estas compartilham grande parte da história evolutiva. Essa hierarquia de organização das espécies é muito importante para determinar as regras que governam os processos de montagem das comunidades locais. Nesta dissertação foram avaliados padrões filogenéticos de estruturação da vegetação lenhosa florestal ocorrente em ecótonos de áreas abertas com vegetação florestal distribuídos em diferentes regiões do extremo sul do Brasil. Estes ecótonos são formados por diversas formações florestais, as quais tendem a expandir sobre as áreas abertas. Dados sobre composição de espécies provieram de estudos já realizados e de amostragens em alguns sítios. Duas métricas filogenéticas complementares foram usadas para avaliar a estrutura filogenética em cada categoria de habitat nos ecótonos: índice de parentesco líquido (NRI) e coordenadas principais da estrutura filogenética (PCPS). As análises dos valores de NRI não mostraram um padrão nítido de estruturação filogenética das comunidades. Já a análise dos PCPS mostrou padrões consistentes nas três escalas espaciais abordadas e independente da composição de espécies. Clados basais associaram-se às áreas florestais, enquanto clados de diversificação recente associaram-se às áreas abertas. Estes resultados indicam que áreas abertas atuam como um filtro filogenético de habitat para as espécies lenhosas florestais em todos os locais analisados, independentemente da escala e da composição de espécies de cada local. Os resultados sugerem que os clados de Rosanae e Asteranae estão na linha de frente do processo de expansão florestal sobre as áreas abertas, e o clado de Magnolianae restrito às áreas florestais. A busca por padrões gerais de organização das comunidades ecológicas a partir de sua estrutura filogenética parece consistir numa ferramenta útil para a exploração e entendimento sobre o funcionamento de sistemas ecológicos. Estas abordagens poderiam beneficiar estratégias de gerenciamento e conservação destes sistemas, por simplificarem sistemas ecológicos complexos e por mostrarem padrões gerais independentes da escala espacial analisada. / The search for consistent patterns in nature has been a major goal of ecologists. This study aimed to employ phylogenetic analyses to improve the understanding of an ecological process, the expansion of forest expansion over open areas. The use of evolutionary information considers species as not independent units in relation to each other, as they share their evolutionary history. Such hierarchical organization of species is very important to determine the rules governing assembly processes in local communities. Phylogenetic approaches were used to evaluate phylogenetic patterns in forest woody vegetation occurring in ecotones comprising open areas and forest vegetation, and distributed across different regions in the southernmost Brazilian region. Those ecotones are composed by different forest vegetation types, which tend to expand over open areas. Data on species composition were compiled from previous studies, and vegetation sampling was carried out in sites without available information on species composition in ecotones. Two complementary phylogenetic metrics were used to evaluate the phylogenetic structure in each habitat type occurring in ecotones: net relatedness index (NRI) and principal coordinates of phylogenetic structure (PCPS). Analyses of NRI values did not show any clear pattern of phylogenetic structuring of the communities. Nonetheless, PCPS analysis showed consistent patterns across the threes spatial scales evaluated, which were independent of the species composition of the sites. Basal clades were associated with forest areas, while late-divergence clades were associated with open areas. These findings indicate that open areas act as a phylogenetic habitat filtering to forest woody species throughout the region, independently of the spatial scale and of the species composition in each site. The results suggest that the clades Rosanae and Asteranae represent the vanguard in theforest expansion process over open areas, while the distribution of the basal clade Magnolianae is restricted to forest sites. The search for general organization patterns in ecological communities based on their phylogenetic structure seems to be a useful tool for exploring and understanding the functioning of ecological systems. Such approach might benefit ecosystem managing and conservation strategies, as it simplifies complex ecological systems, and shows general patterns independently of the scale analyzed.

Estimativas recentes mostram que as taxas atuais de extinção são muito maiores do que o indicado pelo registro fóssil, sendo as principais ameaças resultado da atividade humana. Como a crise da biodiversidade age em todas as escalas e não apresenta fronteiras políticas, a aplicação do arcabouço teórico da biogeografia da conservação e do planejamento sistemático para conservação se torna muito útil para a identificação de áreas com alto valor de conservação que sejam significativas em um contexto global, continental ou regional. Além da dimensão taxonômica, as dimensões funcional e filogenética da biodiversidade são componentes importantes para a conservação, e a sua perda implica não somente em perda de espécies, mas também na perda de funções ecossistêmicas e de trajetórias evolutivas. O objetivo desta tese foi avaliar como o impacto humano atual gerado pelo uso da terra, influencia padrões funcionais (relacionados ao risco de extinção, Capítulo 1) e filogenéticos (Capítulo 2) de distribuição, e como informações filogenéticas e de atributos podem ser utilizadas para informar priorização espacial pra conservação (Capítulo 3). Nos capítulos 1 e 2 encontrei que a influência do uso da terra sobre a biodiversidade não está restrita apenas às escalas mais locais e de paisagem, mas também já é perceptível em escalas geográficas amplas. Além disso, verifiquei que o uso da terra tem impacto não somente na dimensão taxonômica, mas também nas dimensões filogenética e funcional da diversidade de vertebrados nessa escala macrogeográfica. Isso demonstra a necessidade de um planejamento de ocupação e manejo de áreas utilizadas para atividades humana em ampla escala também, pois o impacto humano não se dá mais somente em escalas finas. O uso atual da terra representa uma ameaça real maior para algumas linhagens de anfíbios (Capítulo 1) e de primatas (Capítulo 2), como, por exemplo, Microhylidae e Atelidae, respectivamente. Isso reforça a necessidade de utilizarmos abordagens filogenéticas que identifiquem quais linhagens estão mais suscetíveis aos impactos decorrentes de atividades humanas. Ao tentar maximizar a a conservação das dimensões taxonômica, filogenética e funcional da biodiversidade de mamíferos, a congruência entre as áreas selecionadas como prioritárias foi baixa. A integração dos diferentes componentes da biodiversidade para selecionar áreas mais eficientes para a conservação das espécies ainda é um desafio. O desencontro entre as prioridades de conservação para as diferentes dimensões da biodiversidade ressalta a necessidade o desenvolvimento de abordagens mais integrativas para a conservação da biodiversidade. / Recent estimates show that current exticntion rates are much higher than the indicated by fossil records. The causes of this elevated rate are mostly result of human activities. The biodiversity crisis affects all scales and presents no political boundaries, the application of the theoretical and analytical framework of Conservation Biogeography and Systematic Conservation Planning becomes very useful to identify meaningful areas with high conservation value locally and globally. In addition to taxonomic diversity, functional and phylogenetic dimensions of biodiversity are also important components to preserve, and their loss implies not only on species number, but also loss of ecosystem services and evolutionary history. The aim of the thesis was to evaluate how impacts of human land use influences functional (related to extinction risk, Chapter 1) and phylogenetic (Chapter 2) distribution patterns, and how phylogenetic and trait information could be used to inform spatial conservation prioritization (Chapter 3). In the chapter 1 and 2 I found that the influence of land use on the biodiversity is not constrained to local and landscape scales, but has an effect at broad-scales too. Besides, I verified that land use impacts on phylogenetic and functional dimensions on macrogeographical scales. These results show a need of creating a broad scale planning for ocupation and management of areas intended to human activities. Current land use is a major threat to some lineages of amphibians (Chapter 1) and primates (Chapter 2), as for example Microhylidae and Atelidae respectively. That reinforces the need of phylogenetics approaches that identify which lineages are more exposed to human activities. We found low congruence between priority areas for maximize the conservation of taxonomic, functional and phylogenetics dimensions of biodiversity. The integration of the differnt componentes of diversity to conservation still is a chalenge. The mismatch of the conservation priorities across the different dimension highlights the necessity of an integrative approach to biodiversity conservation.

Escherichia coli patogênica aviária (APEC) é a causa de doenças extra-intestinais em aves, que se manifestam na forma de doenças localizadas ou infecções sistêmicas, gerando grandes perdas econômicas para a indústria aviária. O objetivo desse trabalho foi estudar isolados de APEC do sul do Brasil em relação à resistência a agentes antimicrobianos; a prevalência de fatores associados à virulência; a tipagem filogenética e o perfil filogenético. Na avicultura, os agentes antimicrobianos são muito utilizados na prevenção de infecções e na forma de promotores de crescimento. Foram utilizadas 41 isolados de E. coli obtidos de infecções sistêmicas e 144 isolados de celulite, utilizando o método de difusão com discos. Isolados APEC apresentaram baixos níveis de resistência, com excessão da tetraciclina e das sulfonamidas; e para isolados de colissepticemia, também foi observado uma resistência aos antimicrobianos que atuam na parede celular (ampicilina, cefalotina, bacitracina e ceftiofur). Vários fatores de virulência têm sido investigados em cepas APEC, os que têm sido mais frequentemente associados com a patogenicidade são as fímbrias de aderência F1 e Tsh (hemaglutinina sensível à temperatura); o sistema sideróforo aerobactina, a proteína iss (increased serum survival), a cápsula K e a produção de colicina V. Foram realizadas reações da polimerase em cadeia multiplex (PCR), testando um total de 33 fatores nos isolados APEC. Os fatores relacionados a adesão, sideróforos e resistência ao soro foram presentes em todas as amostras. Os fatores que apresentaram maior prevalência nas amostras foram, fimC, ompA, crlA e traT. A tipagem filogenética foi realizada através do método descrito por Clermont et al., (2000), que permite separar os isolados em 4 grupos filogenéticos principais (A, B1, B2 e D). Observamos a maior presença de isolados APEC pertencentes ao grupo D, tanto para celulite quanto para colissepticemia. A análise do perfil filogenético foi realizada pelo método ARDRA, que é baseado na variação da região do espaçamento intergênico (ISR) na região 16S-23S do DNA ribossômico. Os resultados foram analisados formando um dendrograma que mostra a proximidade filogenética dos isolados, indicando que não foi possível separar os clones de celulite dos de colissepticemia e não existem clones endêmicos nas regiões analisadas. Os resultados obtidos no presente estudo, fornecem um panorama geral da resistência aos agentes antimicrobianos, prevalência dos fatores de virulência, tipagem filogenética e perfil filogenético encontrados nos isolados de E. coli aviária do sul do Brasil de infecções de colissepticemia e celulite. / extra-intestinal infections in poultry, called colibacilose, and cause great economic losses to the poultry industry. The aim of this work was to examine APEC strains, isolated from avian cellulitis and colisepticemic chickens from South Brazil, for antibiotic resistance, presence of virulence-associated genes (VAGs), phylogenetic typing and phylogenetic analyses. In poultry, antibiotics are routinely used to prevent infection and promote growth. We analyzed the susceptibility to 15 antibiotics in 144 E. coli isolates collected from cellulitis lesions and in 41 isolates from septicemic chickens. APEC isolates have shown low levels of resistance excepting tetracycline and sulphonamides, and colisepticemic isolates were resistant to antibiotics that act in the cell wall, such as ampicilin, cephalotin, ceftiofur and bacitracin. The virulence factors most frequently associated with APEC pathogenicity are the adhesins F1 and Tsh (Temperature sensitive hemagglutinin), the iron acquisition system aerobactin, the protein Iss (increased serum survival), K1 capsule and production of colicin V. To investigate the presence of VAGs in the isolates, we performed multiplex polymerase chain reactions to test 33 virulence factors. Virulence factors related to adhesion, iron acquisition and serum resistance were present in almost all strains. The factors fimC, ompA, crlA and traT were the most frequent in APEC isolates. The phylogenetic typing were done using the Clermont et al. (2000) method, which classifies E. coli strains into four main phylogenetic groups (A, B1, B2, and D). Our phylogenetic typing has shown that cellulitis and colisseptisemic isolates were more related to group D. Amplified ribossomal restriction analysis (ARDRA) was performed in colissepticemic and celullitis isolates from broiler chickens from Southern Brasil. The similarity among isolates were observed with a dendrogram based on the band pattern. Our results have shown that clones of celullitis and colissepticemic isolates could not be distinguished and there is no endemic clones in regions observed analised. The results of the present work give us a panorama of the susceptibility to antibiotics, virulence factors, phylogenetic typing and phylogenetic analyses currently found in APEC isolates from severe lesions of cellulites and colibacillosis in south Brazil. Besides that, these analyses could be helpful for monitoring and preventing outbreakes of colibacilosis. Controling the first stages of the disease and detecting more prevalent clones in this region may reduce the incidence of the disease.