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Bien que de nombreuses séquences génomiques soient maintenant connues, les mécanismes évolutifs qui déterminent la taille des génomes, et notamment leur part d’ADN non codant, sont encore débattus. Ainsi, alors que de nombreux mécanismes faisant grandir les génomes (prolifération d’éléments transposables, création de nouveaux gènes par duplication, ...) sont clairement identifiés, les mécanismes limitant la taille des génomes sont moins bien établis. La sélection darwinienne pourrait directement défavoriser les génomes les moins compacts, sous l’hypothèse qu’une grande quantité d’ADN à répliquer limite la vitesse de reproduction de l’organisme. Cette hypothèse étant cependant contredite par plusieurs jeux de données, d’autres mécanismes non sélectifs ont été proposés, comme la dérive génétique et/ou un biais mutationnel rendant les petites délétions d’ADN plus fréquentes que les petites insertions. Dans ce manuscrit, nous montrons à l’aide d’un modèle matriciel de population que la taille du génome peut aussi être limitée par la dynamique spontanée des duplications et des grandes délétions, qui tend à raccourcir les génomes même si les deux types de réarrangements se produisent à la même fréquence. En l’absence de sélection darwinienne, nous prouvons l’existence d’une distribution stationnaire pour la taille du génome même si les duplications sont deux fois plus fréquentes que les délétions. Pour tester si la sélection darwinienne peut contrecarrer cette dynamique spontanée, nous simulons numériquement le modèle en choisissant une fonction de fitness qui favorise directement les génomes contenant le plus de gènes, tout en conservant des duplications deux fois plus fréquentes que les délétions. Dans ce scénario où tout semblait pousser les génomes à grandir infiniment, la taille du génome reste pourtant bornée. Ainsi, notre étude révèle une nouvelle force susceptible de limiter la croissance des génomes. En mettant en évidence des comportements contre-intuitifs dans un modèle pourtant minimaliste, cette étude souligne aussi les limites de la simple « expérience de pensée » pour penser l’évolution. / Even though numerous genome sequences are now available, evolutionary mechanisms that determine genome size, notably their fraction of non-coding DNA, are still debated. In particular, although several mechanisms responsible for genome growth (proliferation of transposable elements, gene duplication and divergence, etc.) were clearly identified, mechanisms limiting the overall genome size remain unclear. Darwinian selection could directly disadvantage less compact genomes, under the hypothesis that a larger quantity of DNA could slow down the speed of reproduction of the organism. Because this hypothesis was proven wrong by several datasets, non selective mechanisms have been proposed, e.g. genetic drift and/or a mutational bias towards small DNA deletions compared to small DNA insertions. In this manuscript, we use a matrix model to show that genome size can also be limited by the spontaneous dynamics of duplications and large deletions, which tends to decrease genome size even if the two types of rearrangements occur at the same rate. In the absence of Darwinian selection, we prove the existence of a stationary distribution of genome size even if duplications are twice as frequent as large deletions. To test whether selection can overcome this spontaneous dynamics, we simulate our model numerically and choose a fitness function that directly favors genomes containing more genes, while keeping duplications twice as frequent as large deletions. In this scenario where, at first sight, everything seems to favor infinite genome growth, genome size remains nonetheless bounded. As a result, our study reveals a new pressure that could be responsible for limiting genome growth. By illustrating counter-intuitive behaviors in a minimal model, this study also underlines the limits of simple "thought experiments" to understand evolution.

Le genre Astragalus L. (Fabaceae) est l'un des genres ayant le plus grand nombre de représentants parmi les angiospermes. Son centre d'origine et de diversité est situé dans les zones arides des montagnes de l'Asie centrale et sud-ouest. Au Liban, ce genre est aussi l'un des plus genres représentés dans la flore, avec 62 espèces et sous-espèces et 22 espèces endémiques identifiés. Les différents taxons de ce genre sont difficiles à identifier en se basant uniquement sur les caractères morphologiques et leur statut actuel de la distribution doit être évaluée. Les relations phylogénétiques, les variations dans la taille du génome et le rôle de la polyploïdie dans l'évolution du genre Astragalus dans les chaînes de montagnes du Liban ont été étudiés. Nos données confirment qu'un polymorphisme chromosomique interspécifique significatif existe dans le genre Astragalus du Liban et la polyploïdie et l'évolution subséquente du génome peuvent être d'importants moteurs de l'évolution de ce genre. Le processus de diversification du genre Astragalus qui a eu lieu au Liban a été analysé en utilisant des méthodes de datation phylogénétiques et moléculaires et des analyses des aires ancestrales. Nos résultats confirment que le Liban est le troisième centre de diversité pour les Astragales et doit être considéré comme un «berceau» de la biodiversité. Par conséquent, cette étude est une contribution à une meilleure compréhension de l'évolution et des processus biogéographiques à l'origine de la mise en place de la biodiversité au Liban, avec une finalité appliquée de conservation biogéographique. / The genus Astragalus L. (Fabaceae) is one of the genera with the largest number of representatives among the angiosperms. Its center of origin and diversity is located in the arid mountains of Central and Southwest Asia. In Lebanon, this genus is also one of the most represented genera in the flora, with 62 species and subspecies and 22 endemic species identified. The different taxa of this genus are difficult to identify based only on morphological characters and their current status of distribution must be evaluated. Phylogenetic relationships, changes in genome size and the role of polyploidy in the evolution of Astragalus genus in the Lebanese mountains range were studied. Our data confirm that a significant interspecific chromosomal polymorphism exists in the genus Astragalus of Lebanon and polyploidy and the subsequent evolution of the genome may be important drivers of the evolution of this genus. The diversification process of Astragalus genus that took place in Lebanon was analyzed using phylogenetic and molecular dating methods and analysis of ancestral areas. Our results confirm that Lebanon is the third center of diversity and should be considered as a "cradle" of biodiversity. Therefore, this study is a contribution to a better understanding of evolutionary and biogeographic processes behind the development of biodiversity in Lebanon, with an applied purpose of biogeographic conservation.

Το γένος Bellevalia, (οικογ. Hyacinthaceae), αποτελείται από βολβώδη taxa, τα οποία παρουσιάζουν ιδιαίτερο ταξινομικό και κυτταρολογικό ενδιαφέρον. Στην Ελλάδα, οκτώ taxa του γένους έχουν καταγραφεί μέχρι σήμερα. Τρία από αυτά, η Bellevalia hyacinthoides, η B. brevipedicellata και η B. sitiaca είναι ενδημικά, ενώ τέσσερα, η B. dubia subsp. boissieri, η B. trifoliata, η B. romana και η B. ciliata είναι μεσογειακά στοιχεία. Επιπλέον, η B. edirnensis, γνωστή από την Ευρωπαϊκή Τουρκία ως ένα στενότοπο ενδημικό, βρέθηκε στην περιοχή του Έβρου στα πλαίσια της παρούσας μελέτης, προσθέτοντας ένα ακόμα είδος στην ελληνική χλωρίδα. Εκτός των ανωτέρω ειδών που απαντούν στον Ελλαδικό χώρο, μελετήθηκαν επιπλέον και τρία είδη της ανατολικής Μεσογείου, τα B. nivalis, B. flexuosa και B. longistyla. Πραγματοποιήθηκε ταξινομική μελέτη, χρήση της κλασσικής τεχνικής χρώσης των χρωμοσωμάτων για τον προσδιορισμό του χρωμοσωματικού αριθμού και των επιπέδων πολυπλοειδίας και στατιστική επεξεργασία των κυτταρολογικών δεδομένων, τόσο των taxa που απαντώνται στην Ελλάδα, όσο και ειδών της Ανατολικής Μεσογείου. Παράλληλα, έγινε για πρώτη φορά στο γένος Bellevalia μελέτη του γονιδιώματος με την χρήση Κυτταρογενετικής (χρώση με φθορισμό για τον εντοπισμό πλούσιων σε CG και ΑΤ ζωνώσεων), και Μοριακής Κυτταρογενετικής (in situ υβριδοποίηση φθορισμού –FISH– σε ριβοσωματικά γονίδια), καθώς και προσδιορισμού της ποσότητας του γενετικού υλικού με κυτταρομετρία ροής. Τα αποτελέσματα αυτής της προσπάθειας απαντούν σε σημαντικά ερωτήματα, σχετικά με την ταξινόμηση και φυλογένεση του γένους, τον προσδιορισμό του γενετικού υλικού, την οργάνωση του γονιδιώματος, το είδος και την προέλευση των πολυπλοειδιών, αλλά και την διαφοροποίηση των ειδών. / Bellevalia, an attractive genus of the Hyacinthaceae family, consists of small perennial geophytes interesting from both taxonomical and karyological points of view. In Greece, eight taxa of the genus had been recorded, three of which are endemic, i.e. Bellevalia hyacinthoides, B. brevipedicellata and B. sitiaca, while the remaining four, B. dubia subsp. boissieri, B. trifoliata, B. romana and B. ciliata, are Mediterranean elements. Additionally, B. edirnensis, one of the most localized endemics of European Turkey, was found in the framework of this thesis, adding a new species to the flora of Greece. In the present thesis three East Mediterranean species have been studied: B. nivalis, B. flexuosa and B. longistyla. Τhe above mentioned taxa of the genus were studied from a taxonomical point of view, as well as cytologically, with classical karyological techniques (squash technique) in order to determine chromosome number, ploidy level and karyotype morphology. Moreover, for the Greek taxa cytogenetic (staining with fluorochrome, in order to locate GC- and AT-rich areas) and molecular-cytogenetic techniques (fluorescence in situ hybridization, -FISH- in ribosomal genes). Cytogenetic, molecular cytogenetic studies and the determination of the genome size using flow cytometry are given for the first time for the genus Bellevalia. The results by this first attempt to study Bellevalia taxa, through the implementation of cytogenetic and molecular-cytogenetic techniques and statistical analysis, besides taxonomic and classical karyomorphometric analysis, provides valuable information on the taxonomic relationships among the species, the phylogeny of the genus, the origin of polyploids, as well as on chromosomal identification, genome organization and differentiation.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:33:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PabloAM.pdf: 4013213 bytes, checksum: 97a52b7c01ae798889ede43cc9641282 (MD5) Previous issue date: 2010-02-26 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / Given the great diversity of fishes, the Order Tetraodontiformes stands to show genetic and morphological characteristics enough singular. The fishes of this order have a compact DNA which favors molecular studies, as well as comparisons with more basal species. Model of genome evolution, there are still many gaps in knowledge about their chromosomal patterns and how evolutionary rearrangements influence the marked variation in DNA content of this order. In view of this, we present cytogenetic analyzes of the species Acanthostracion quadricornis (Ostraciidae), A. polygonius (Ostraciidae) Melichthys niger (Balistidae) Cantherhines macrocerus (Monacanthidae) and C. pullus (Monacanthidae), Lagocephalus laevigatus, Colomesus psittacus and Canthigaster figueiredoi (Tetraodontidae), to contribute with cytogenetic data for this group. The analysis was performed by C-banding, Ag-RONs, coloring with base-specific fluorochromes DAPI-CMA3, restriction enzymes AluI, EcoRI, TaqI, PstI and HinfI and in situ hybridization with probes for ribosomal DNA 18S and 5S. The heterochromatic ultrastructure of A. quadricornis and A. polygonius revealed a outstanding heterochromatin content, which may indicate that the accumulation or loss of extensive heterochromatin content could be responsible for large variations in genomic content displayed in different Tetraodontiformes families. The species Cantherhines macrocerus, C. pullus (Monacanthidae) and Melichthys niger (Balistidae) shows a huge karyotypic similarity both numerically and structural. L. laevigatus showed similar cytogenetic features (2n = 44 and single RONs) to the species of the genus Takifugu, which reinforces the idea of their phylogenetic relationships. C. psittacus presented the highest diploid number described for the family (2n = 56) and large amount of HC, features that related with its sister family Diodontidae. Cytogenetic analysis in C. figueiredoi revealed heterochromatic polymorphisms, RONs multiple and Bs chromosomes. These events are rare in marine fishes, and are possibly associated with the strong restructuring and genomic reduction that this family has been suffered. These features, plus the morphological and molecular data suggests that these species share the same ancestral branch, with a possible monophyletic origin. In this study, new contributions to the knowledge of evolutionary patterns facing by Tetraodontiformes are provided and discussed under cytotaxonomyc, genomic and evolutionary perspectives. / Frente ? grande diversidade de peixes, a Ordem Tetraodontiformes se destaca por exibir caracter?sticas gen?ticas e morfol?gicas bastantes singulares. Os peixes desta Ordem apresentam um DNA compacto o que favorece estudos moleculares, assim como compara??es com esp?cies mais basais. Modelo de evolu??o gen?mica, ainda existem v?rias lacunas de conhecimento sobre seus padr?es cromoss?micos e como os rearranjos evolutivos influenciaram na marcante varia??o no conte?do de DNA desta Ordem. Diante disto o presente estudo apresenta an?lises citogen?ticas das esp?cies, Acanthostracion quadricornis (Ostraciidae), A. polygonius (Ostraciidae), Melichthys niger (Balistidae), Cantherhines macrocerus (Monacanthidae), C. pullus (Monacanthidae), Lagocephalus laevigatus, Colomesus psittacus e Canthigaster figueiredoi (Tetraodontidae) visando contribuir com mais dados citogen?ticos para o grupo. As an?lises foram realizadas atrav?s do bandamento C, Ag-RONs, colora??o com fluorocromos base-espec?ficos DAPICMA3, enzimas de restri??o AluI, EcoRI, TaqI, PstI e HinfI e pela hibrida??o in situ com sondas de DNA ribossomal 18S e 5S. A ultra-estrutura heterocromat?nica de A. quadricornis e A. polygonius, revelaram um marcante conte?do heterocrom?tico, situa??o que pode indicar que o ac?mulo ou perda de extenso conte?do de heterocromatinas poderiam ser respons?veis pelas extensas varia??es no conte?do gen?mico exibidas nas diferentes fam?lias dos Tetraodontiformes. As esp?cies Cantherhines macrocerus, C. pullus (Monacanthidae) e Melichthys niger (Balistidae) apresentam uma grande similaridade cariot?pica, tanto num?rica, como estruturalmente. Lagocephaluslaevigatus mostrou caracter?sticas citogeneticas similares (2n=44 e RONs simples) as esp?cies do g?nero Takifugu, o que refor?a a id?ia de seu relacionamento filogen?tico, e Colomesus psittacus apresentou o maior n?mero dipl?ide descrito para a fam?lia (2n=56) e grande quantidade de HC, caracter?sticas que o relacionariam com a fam?lia irm? Diodontidae. An?lises citogen?ticas em C. figueiredoi revelaram polimorfismos heterocrom?ticos, RONs m?ltiplas e cromossomos Bs, sendo estes eventos raros para peixes marinhos, estando possivelmente associados ? marcante reestrutura??o e redu??o gen?mica que esta fam?lia sofreu. Estas caracter?sticas, somadas aos dados morfol?gicos e moleculares sugerem que estas esp?cies compartilham de um mesmo ramo ancestral, com poss?vel origem monofil?tica. Neste trabalho novas contribui??es ao conhecimento dos padr?es evolutivos enfrentados pelos Tetraodontiformes s?o fornecidas e discutidas sob perspectivas citotax?nomicas, gen?micas e evolutivas.

Sisyrinchium micranthum Cav. is an herbaceous plant, one of the rare species of the genus which is described as annual. In Brazil, its distribution occurs throughout the states of Rio Grande do Sul (RS), Santa Catarina (SC), Paraná (PR), São Paulo (SP), and Rio de Janeiro (RJ). The species has a wide morphological variability reported in several studies, and different combinations of morphological features can be observed in the wild. Based on these combinations that characterize various plant profiles, three morphological types have been described as CI, CII and CIII. Sisyrinchium micranthum has three ploidy levels described in the literature whose basic number is x = 8, 2n = 2x = 16, 2n = 4x = 32, and 2n = 6x = 48. To contribute to the knowledge on the taxonomy, reproduction and evolution of the species, this study investigated genetic and cytogenetic characteristics of S. micranthum, as well as aspects of reproductive biology. To study the population genetic structure of S. micranthum in southern Brazil, firstly, nine microsatellite markers were isolated using an enriched genomic library, and characterized in a diploid population. Later, from the analysis of genetic variability with seven markers for 583 plants of 14 sampled sites in the states of RS, SC and PR, populations with individuals of different ploidy levels were observed. An autopolyploid origin was presumed for these polyploids. The gene and allelic diversities were rather similar for most of the accessions. The inbreeding coefficient over all loci showed that S. micranthum exhibited an average excess of heterozygotes (negative inbreeding coefficient value), but the FIS values of individual populations ranged from -0.273 to 0.454. The heterozygote excess could be expected since autopolyploids present polysomic inheritance, which contributes substantially for a high heterozygosity. In addition, the populations were highly structured. The results from the cytogenetic analyses, demonstrated that the variability of S. micranthum is also present in terms of genome organization. Regarding S. micranthum and related species S. laxum Otto ex Sims and S. rosulatum E.P. Bicknell, it was verified that the 18S-26S rDNA varies in number of loci, with a notable reduction of the same in polyploids in relation to diploids, while 5S locus showed a proportional increase in the number of signals as increased ploidy level. The data on genome size (Cx) for the three species studied showed a genome downsizing from diploids to polyploids, and also a small inter and intraspecific variation with respect to the C-value. In terms of reproductive biology, selfing and outcrossing were recorded for the species. Furthermore, crossing between different morphological categories of S. micranthum are compatible as resulted in the formation of fruits. Likewise, the data suggest that S. micranthum and S. laxum do not present complete reproductive isolation. The genetic variability of S. micranthum demonstrated in this study in terms of genetic divergence between populations and variation in rDNA loci number possibly reflect the complex relationship between polyploidy and reproductive aspects of the species. / Sisyrinchium micranthum Cav. est une espèce herbacée, l'une des rares du genre qui est décrite comme annuelle. On la trouve au Brésil dans les états du Rio Grande do Sul (RS), Santa Catarina (SC), Paraná (PR), São Paulo (SP) et Rio de Janeiro (RJ). Cette espèce montre une grande variabilité morphologique signalée dans plusieurs études, et différentes combinaisons de caractères morphologiques peuvent être observées dans la nature. Sur la base de ces combinaisons qui caractérisent les profils de plantes différentes, trois types morphologiques ont été décrits, CI, CII et CIII. Sisyrinchium micranthum a trois niveaux de ploïdie décrits dans la littérature à partir du nombre de base x = 8, 2n = 2x = 16, 2n = 4x = 32 et 2n = 6x = 48. Pour contribuer à la connaissance taxonomique, reproductive et évolutive de l’espèce, cette étude a considéré des caractéristiques génétiques et cytogénétiques de S. micranthum, ainsi que les aspects de la biologie de la reproduction. Pour étudier la structure des populations de S. micranthum dans le sud du Brésil, neuf marqueurs microsatellites ont été isolés à l'aide d'une banque génomique enrichie, et caractérisés dans une population diploïde. A partir de l'analyse de la variabilité génétique avec sept marqueurs pour 583 plantes de 14 localités d’échantillonnage de RS, SC et PR nous avons observé l'existence de populations possédant des individus à différents niveaux de ploïdie. Une origine autopolyploïde a été présumé pour ces polyploïdes. La diversité génique et allélique était à peu près similaire dans la plupart des populations. Le coefficient de consanguinité sur tous les loci a montré que les populations de S. micranthum ont présenté un excès des hétérozygotes (coefficient de consanguinité négative), mais les valeurs de FIS de populations individuelles variaient de -0,273 à 0,454. L'excès d'hétérozygotes peut être dû à un héritage polysomique des autopolyploïdes, ce qui contribue sensiblement à une hétérozygotie élevée. En outre, les populations sont très structurées. Les résultats de l'analyse cytogénétique montrent que la variabilité chez S. micranthum s’exprime aussi en termes d'organisation du génome. En ce qui concerne S. micranthum et les espèces proches S. laxum Otto ex Sims et S. rosulatum E.P. Bicknell, il a été démontré que l'ADNr 18S-26S varie en nombre de loci, avec une réduction importante chez les polyploïdes par rapport aux diploïdes, tandis que le locus 5S a montré une augmentation du nombre de signaux proportionnelle au niveau de ploïdie. Les données sur la taille du génome pour les trois espèces étudiées ont montré une tendance à la baisse du génome monoploïde (1Cx) chez les polyploïdes (« genome downsizing »), ainsi qu’une faible variation inter et intraspécifique de la valeur C. En termes de la biologie de reproduction, l'autofécondation et l’allofécondation ont été observées chez cette espèce. En outre, il a été constaté que des croisements entre différentes catégories morphologiques de S. micranthum ont été possibles puisqu’ils ont abouti à la formation des fruits. De même, les données obtenues suggèrent aussi qu’il n’existe pas une barrière reproductive complète entre S. micranthum et S. laxum. La variabilité génétique de S. micranthum mise en évidence dans cette étude en termes de divergence génétique entre les populations et variation dans le nombre de loci d’ADNr probablement reflètent une relation complexe existante entre la polyploïdie et les aspects de la reproduction de l’espèce. / Sisyrinchium micranthum Cav. é uma planta herbácea, sendo uma das raras espécies do gênero que são descritas como anuais. No Brasil, sua distribuição ocorre ao longo dos estados do Rio Grande do Sul (RS), Santa Catarina (SC), Paraná (PR), São Paulo (SP) e Rio de Janeiro (RJ). A espécie apresenta ampla variabilidade morfológica relatada em vários trabalhos, sendo que diferentes combinações de aspectos morfológicos podem ser observadas na natureza. Baseando-se nessas combinações que caracterizam diversos perfis vegetais, três tipos morfológicos foram descritos, CI, CII e CIII. Sisyrinchium micranthum tem três níveis de ploidia descritos na literatura a partir do número básico x = 8, sendo eles 2n = 2x = 16, 2n = 4x = 32 e 2n = 6x = 48. A fim de contribuir para o conhecimento taxonômico, reprodutivo e evolutivo da espécie, neste trabalho foram investigadas características genéticas e citogenéticas de S. micranthum, assim como aspectos da biologia reprodutiva. Para estudar a estrutura populacional de S. micranthum no sul do Brasil, primeiramente, nove marcadores microssatélites foram isolados usando uma biblioteca genômica enriquecida, e caracterizados em uma população diploide. Posteriormente, a partir da análise da variabilidade genética com sete marcadores para 583 plantas de 14 localidades amostradas nos estados do RS, SC e PR observou-se a existência de populações com indivíduos de diferentes níveis de ploidia, e uma possível origem autopoliploide para os poliploides. As diversidades gênica e alélica foram aproximadamente semelhantes para a maioria dos acessos. O coeficiente de endogamia sobre todos os locos mostrou que S. micranthum apresentou um excesso médio de heterozigotos (valor de coeficiente de endogamia negativo), mas os valores FIS das populações individuais variaram de -0,273 a 0,454. O excesso de heterozigotos poderia ser esperado uma vez que autopoliploides apresentam herança polissômica, o que contribui substancialmente com uma heterozigosidade elevada. Além disso, as populações mostraram-se altamente estruturadas. Os resultados provenientes das análises citogenéticas, mostram que a variabilidade de S. micranthum está presente também em termos de organização do genoma. Considerando S. micranthum e as espécies relacionadas S. laxum Otto ex Sims e S. rosulatum E.P. Bicknell, foi possível verificar que o rDNA 18S-26S varia em número de locos, com notável redução dos mesmos em poliploides em comparação com os diploides, enquanto o loco 5S mostrou aumento proporcional no número de sinais conforme o aumento no nível de ploidia. Os dados relativos ao tamanho do genoma (Cx) para as três espécies estudadas mostraram uma tendência de redução do genoma de diploides para poliploides; e também uma pequena variação inter e intraespecífica com relação ao valor C. Em termos de biologia reprodutiva, foi registrada a ocorrência de autofecundação e fecundação cruzada para a espécie. Além disso, foi verificado que cruzamentos entre as diferentes categorias morfológicas de S. micranthum são compatíveis uma vez que resultaram na formação de frutos. Da mesma forma, os dados obtidos sugerem que S. micranthum e S. laxum não representam táxons totalmente isolados reprodutivamente. A variabilidade genética de S. micranthum encontrada no presente estudo em termos de divergência genética entre populações e de variação do número de locos de rDNA, possivelmente, reflete a complexa relação existente entre a poliploidia e os aspectos reprodutivos da espécie.