The angiosperm order Malpighiales includes \(\sim 16,000\) species and constitutes up to 40% of the understory tree diversity in tropical rain forests. Despite remarkable progress in angiosperm phylogenetics during the last 20 years, relationships within Malpighiales have remained poorly resolved, possibly due to its rapid rise during the mid-Cretaceous. Using phylogenomic approaches, including analyses of 82 plastid genes from 58 species, we identified 12 new clades in Malpighiales and substantially increased resolution along the backbone (Chapter 1). This greatly improved phylogeny revealed a dynamic history of shifts in net species’ diversification rates across Malpighiales, with bursts of diversification noted in the Barbados cherries (Malpighiaceae), cocas (Erythroxylaceae), and passion flowers (Passifloraceae). We also found that commonly used a priori approaches for partitioning data in similar large-scale analyses, by gene or by codon position, performed poorly relative to the use of partitions identified a posteriori using a Bayesian mixture model. Another aspect of my thesis focused on investigating horizontal gene transfer (HGT) in Malpighiales. Recent studies have suggested that plant genomes have undergone potentially rampant HGT. Parasitic plants have provided the strongest evidence of HGT, which appears to be facilitated by the intimate physical association between the parasites and their hosts. Using phylogenomic approaches, we analyzed the nuclear transcriptome (Chapter 2) and mitochondrial genome (Chapter 3) of the holoparasite Rafflesiaceae, which represents an enigmatic subclade of Malpighiales. Our analyses show that several dozen actively transcribed nuclear genes, and as many as 34–47% of its mitochondrial gene sequences, show evidence of HGT depending on the species. Some of these HGTs appear to have maintained synteny with their donor and recipient lineages suggesting that vertically inherited genes have likely been displaced via homologous recombination, as is common in bacteria. Finally, our results establish for the first time that although the magnitude of HGT involving nuclear genes is appreciable in these parasitic plants, HGT involving mitochondrial genes is substantially higher. Moreover, the elevated rate of unidirectional host-to-parasite gene transfer raises the possibility that HGTs may provide a fitness benefit to Rafflesiaceae for maintaining these genes.

Orientador: Sandra Maria Carmello Guerreiro / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-25T23:22:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Milani_JulianaForesti_D.pdf: 4831941 bytes, checksum: 1e831abd54a3b76f7aa5f9a4b31ca239 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A morfologia externa e interna dos frutos e sementes de Passifloraceae Juss. ex Roussel é pouco conhecida ou até desconhecida para muitas espécies. Estudos morfoanatômicos de frutos e sementes têm grande importância já que os mesmos exibem pequena plasticidade fenotípica. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo elucidar a ontogenia do fruto e da semente de quatro espécies de Passiflora L. subgênero Decaloba (DC.) Rchb. superseção Decaloba (DC.) J.M. Macdougal & Feulliet seção Xerogona (Raf.) Killip que apresentam frutos do tipo cápsula, condição incomum na família. Para tanto, o material vegetal foi coletado e processado segundo técnicas convencionais em microscopia de luz e eletrônica, além da aplicação de técnica específica (TUNEL) para detecção de morte celular programada no estádio de deiscência do fruto. Foram estabelecidos estádios de desenvolvimento para os frutos e as sementes: Estádio I: Ovário e óvulo; Estádio II - fruto e semente em início de desenvolvimento: frequentes divisões celulares; Estádio III - fruto e semente jovens: alongamento celular; Estádio IV - fruto e semente maduros: diferenciação celular e deiscência do fruto. Nos estádios II a IV do fruto, o epicarpo e o endocarpo são uniestratificados e as maiores modificações decorrentes do desenvolvimento do fruto ocorrem no mesocarpo. Ao longo do desenvolvimento aumentam os espaços intercelulares a partir do endocarpo em direção ao epicarpo. Não há a formação de uma linha de deiscência. Os espaços intercelulares ocorrem devido à morte celular programada formando lacunas que acabam por romper o pericarpo. Os testes histoquímicos indicaram a presença de idioblastos contendo compostos fenólicos e proteínas no tecido fundamental do ovário e no mesocarpo. As sementes das espécies estudadas são bitegumentadas. A testa é constituída de duas camadas: exotesta e endotesta. O tégmen é composto por três camadas: exotégmen, mesotégmen e endotégmen. No início do desenvolvimento da semente observou-se o arilo de origem funicular, formado por células parenquimáticas e idioblastos contendo compostos fenólicos e amido. O desenvolvimento dos tegumentos da semente se dá pelo alongamento diferencial das células do exotégmen e da endostesta. Esse processo resulta na ruminação do endosperma. Na semente madura o tegumento externo formará a sarcotesta. Neste estádio, o exotégmen constitui a camada mecânica formada por macroesclereídes em paliçada, representando a esclerotesta. As informações encontradas no presente estudo revelam que as características morfoanatômicas de fruto e semente são bastante conservadas e unificadoras na seção. Diante do exposto, destaca-se a importância de novos estudos abrangendo mais espécies e abordando a evolução de caracteres e a inclusão de outros novos para facilitar a elucidação das relações infragenéricas de Passiflora que tem sido ampliada graças à cooperação de estudos morfoanatômicos e genéticos / Abstract: External and internal morphology of Passifloraceae Juss. ex Roussel fruits and seeds is little known or even unknown for many species. Morphological and anatomical studies of fruits and seeds have great importance since they exhibit little phenotypic plasticity. In this context, this study aimed to elucidate the fruit and seed ontogeny of four species of Passiflora L. Decaloba (DC.) Rchb. subgenus Decaloba (DC.) J.M. Macdougal & Feulliet supersection Xerogona (Raf.) Killip section that present capsule type of fruit, unusual condition in the family. For this, the plant material were collected and processed according to conventional techniques for light and electron microscopy; specific technique (TUNEL) were also applied to detect programmed cell death in the stage of fruit dehiscence. Four developmental stages were established: Stage I: Ovary and ovule; Stage II - fruit and seed in early development: frequent cell divisions; Stage III - young fruit and young seed: cell elongation; Stage IV - mature fruit and mature seed: cell differentiation and fruit dehiscence. In the stages II to IV of the fruit, epicarp and endocarp are unistratified and major changes from the development of the fruit occurs on mesocarp. During the development, the intercellular spaces increase from the endocarp towards the epicarp. There is no line of dehiscence. The intercellular spaces occur due to programmed cell death forming gaps that breaks the pericarp. Histochemical test indicated the presence of phenolic compounds and idioblasts containing proteins in fundamental tissue of ovary and mesocarp. The seeds of all species were bitegmic. The testa consists of two layers: exotesta and endotesta. The tegmen is composed of three layers: exotegmen, mesotegmen and endotegmen. At the beginning of seed development, aryl of funicular origin, formed by parenchyma cells that may containing phenolic compounds and starch, was observed. The development of the integument of the seed occurs by differential cell elongation of exotegmen and endostesta. This process results in a ruminate endosperm. In the mature seed, the outer integument forms the sarcotesta. At this stage, the exotegmen is the mechanical layer formed by macrosclereids in palisade, representing esclerotesta. Information found in this study reveals that morphoanatomical characteristics of fruit and seed are quite conserved and unified in the section. Given that, we highlight the importance of further studies including more species and addressing the evolution of characters and adding new ones to facilitate the elucidation of infrageneric relationships in Passiflora which has been expanded due to the cooperation of morpho-anatomical and genetic studies / Doutorado / Biologia Vegetal / Doutora em Biologia Vegetal

Passiflora edulis, popularly known in Brazil as sour passion fruit is the most widely cultivated species of the genus Passiflora, and is of economic importance in Brazil for industrial production of juice and fresh fruit for consumption. Despite its economic importance, little research has been conducted on this species, even on the most basic aspects. To fill in this gap, our group conducted various genetic studies, including estimating levels of molecular polymorphism, studying quantitative loci that control fruit yield and quality, and mapping genes conferring resistance to bacterial spot disease caused by Xanthomonas axonopodis. In addition, to enhance our knowledge of the P. edulis genome, a genomic library inserted into bacterial artificial chromosomes (BAC) has been constructed (82,944 clones, with coverage of 6× the species\' haploid genome). The library is kept at the French Plant Genomic Resources Center (CNRGV/INRA) in Toulouse. Initially, some 10,000 BES (BAC-end sequences) were sequenced, generating approximately 6.2 Mb of genomic information and providing an initial overview of P. edulis genome in terms of gene content and repeat sequences. With the aim of obtaining more comprehensive information, it was decided to select around 100 BAC inserts for complete sequencing. The aim of this study was to carry out genomic analysis in order to elucidate the structural and functional annotation of the genes, and identify and characterize transposable elements. The data generated by fully sequencing 10.4 Mb of P. edulis provide a rich source of information which has been taken full advantage of in this doctoral thesis. / Passiflora edulis, popularmente conhecido como maracujá azedo, é a espécie do gênero Passiflora mais cultivada, tendo importância econômica no Brasil tanto para a produção de suco industrializado quanto para o consumo da fruta fresca. Apesar da relevância da espécie, faltam pesquisas, principalmente nas áreas básicas. Para superar isso, nosso grupo tem realizado diversos estudos genéticos que incluem a estimativa dos níveis de polimorfismos moleculares, o estudo de locos quantitativos envolvidos no controle da produção e qualidade dos frutos e o mapeamento de genes de resistência à mancha bacteriana causada por Xanthomonas axonopodis. Além disso, para conhecer o genoma de P. edulis, foi construída uma biblioteca genômica inserida em BACs (82.944 clones, com cobertura de 6× do genoma haploide da espécie) que é mantida no CNRGV/INRA em Toulouse, França. Inicialmente, cerca de 10.000 BES (BAC-end sequences) foram sequenciadas, gerando aproximadamente 6,2 Mb de informação genômica, fornecendo a primeira visão do genoma de P. edulis sobre o conteúdo de genes e da porção repetitiva. Com o objetivo de obter informações mais completas, decidiu-se selecionar cerca de 100 insertos de BACs para o sequenciamento completo. A análise genômica realizada, especialmente a anotação estrutural e funcional dos genes e a identificação e caracterização dos elementos de transposição, constituíram os objetivos deste estudo. Os dados gerados pelo sequenciamento completo de 10.4 Mb de P. edulis representam uma fonte rica de informações que foram exploradas nesta tese de doutorado.

Ministério da Educação, Ministério da Ciências e Tecnologia, Universidade Federal Rural da Amazônia e Museu Paraense Emílio Goeldi. / The Serra dos Carajás in southeastem Pará state, Brazil, is noted for rocky outcrops that host a highly endemic flora (rupestrial vegetation). Euphorbiaceae A. Juss. is a component of this flora and is considered the largest family in the Malpighiales, with more than 246 genera and about 6,300 species, with a pantropical distribution and of special importance to the Neotropics. A taxonomic treatment of genera and species is proposed for the taxa from this special flora, as a contribution to knowledge of the flora of Pará and of the Brazilian Amazon, as part of the project "Flora Rupestre da Serra dos Carajás Revisitada". Samples collected in the field were analyzed, as were others from herbariums in the Amazon and overseas. Methods were consistent with traditional taxonomic botany and with practices for the Carajás flora. In the study area Euphorbiaceae is represented by nine species and one subspecies belonging to Alchornea Poeppig (1 sp.), Astraea (1 sp.), Croton L. (3 spp.), Mabea Aubl. (1sp.), Manihot Miller (2 spp., 1 subsp.) and Sapium Jacq. (1 sp.). One new species and three new occurrences are registered for Carajás. Descriptions, illustrations, keys to species, and taxonomic comments are given, as well as data on the geographic distributions of treated taxa. / A serra dos Carajás localiza-se na Região Sudeste do estado do Pará, e destaca-se pelas formações rupestres sobre canga hematítica, que abrigam uma flora com alto grau de endemismo (vegetação rupestre). Euphorbiaceae A. Juss., uma das famílias que se destacam nessas cangas, é considerada a maior dentre as Malpighiales, com mais de 246 gêneros e cerca de 6.300 espécies, de distribuição pantropical, com especial relevância nos neotrópicos. Propõe-se um tratamento taxonômico sobre gêneros e espécies dessa família ocorrentes nas cangas, como uma contribuição ao conhecimento da flora do Estado do Pará, bem como da Amazônia brasileira, como parte do Projeto "Flora Rupestre da Serra dos Carajás Revisitada". Foram analisadas amostras coletadas em campo, além daquelas depositadas nos principais herbários da Amazônia Brasileira, bem como em herbários outros nacionais que contêm coleções da área de estudo. A metodologia foi aquela tradicionalmente utilizada em trabalhos de taxonomia vegetal e nas normas da Flora das cangas da Serra dos Carajás. Nessa área, Euphorbiaceae está representada por oito espécies e uma subespécie pertencentes a Alchornea Poeppig (1 sp.), Astraea Kl. (1 sp.), Croton L. (3 spp.), Mabea Aubl. (1 sp.), Manihot Miller (2 spp., 1 subsp.) e Sapium Jacq. (1 sp.). Uma espécie nova e três novas ocorrências são registradas para Carajás. São apresentados descrições, ilustrações, chaves de identificação e comentários taxonômicos, além de dados sobre a distribuição geográfica dos táxons tratados.