A manutenção de espécies de anfíbios anuros na caatinga, um bioma que sofre um processo de aridificação, suscita perguntas sobre quais aspectos fisiológicos e evolutivos estão envolvidos nesse contexto. O argumento de que a plasticidade fenotípica permite que uma população sobreviva perante mudanças ambientais parece uma explicação plausível. A temperatura e sua variação foram eleitas como representativas da alteração ambiental, tendo como referência os valores correspondentes da floresta atlântica. Essa comparação fundamentou-se na evidência de que a caatinga assemelhava-se a uma floresta úmida antes da aridificação. Utilizamos como marco teórico um trabalho central de Smith-Gill e Berven (1979), que mostrou que a sensibilidade térmica da diferenciação é maior que a do crescimento em larvas de anuros. A hipótese central foi que a plasticidade de desenvolvimento da espécie Rhinella granulosa, presente na caatinga, é maior que das espécies Rhinella ornata e Rhinella icterica, habitantes da floresta atlântica. O método principal foi de comparar normas de reação térmicas de taxa de crescimento, tempo de desenvolvimento, massa na metamorfose e temperatura crítica máxima (TCMax) das espécies. Para isso, regimes térmicos foram simulados em laboratório a fim de representarem microhabitats típicos da floresta e da caatinga. A interação entre moda e variação da temperatura foi significativa para as espécies Rhinella ornata e Rhinella icterica. As espécies de floresta foram muito plásticas. Quando submetidas a regimes típicos da caatinga, apresentaram um aumento de duas vezes da taxa média de crescimento e um terço do tempo médio de desenvolvimento, em comparação com regimes de floresta. As larvas apresentaram variação individual de sensibilidade térmica, sendo que uma parte da amostra não seguiu a regra de Smith-Gill e Berven (1979), apresentando sensibilidade da diferenciação similar a do desenvolvimento. Como conseqüência, mantiveram sua massa na metamorfose canalizada em 0,25g mesmo diante de maiores picos de temperatura. A TCMax foi maior para R. granulosa, porém menos plástica que das espécies de floresta. Os resultados não corroboraram a nossa hipótese, uma vez que as espécies de floresta parecem ser mais plásticas que a espécie da caatinga. / The lasting presence of anuran amphibian species in the Caatinga, an environment that has been undergoing a desertification process, raises questions regarding the physiological and evolutionary aspects involved. The argument that phenotypic plasticity allows for the survival of populations in face of environmental changes seems to provide a plausible explanation. Temperature and its variation were elected as representatives of the desertification process. Based on the evidence that the Caatinga was originally a humid forest, correspondent values for the Atlantic forest were used as reference for comparison. The theoretical framework adopted assumes that the thermal sensitivity of differentiation in anuran larvae is higher than growth sensitivity (Smith-Gill and Berven, 1979). Our main hypothesis was that the developmental plasticity of the Caatinga species Rhinella granulosa is greater than those of Atlantic forest species Rhinella ornata and Rhinella icterica. We compared thermal reaction norms of growth rate, development time, metamorphic mass and critical thermal maxima (CTMax) for each species. Larvae were submitted to thermal regimes typical of the Caatinga and the Atlantic forest. A significant interaction between thermal mode and variation was detected for both Rhinella ornata and Rhinella icterica. Forest species appeared very plastic. When submitted to Caatinga thermal regimes, they displayed double growth rate and a third of development time in comparison to when they were submitted to Atlantic forest thermal regimes. The larvae presented individual variation in thermal sensitivity. Indeed, a fraction of the sample did not follow Smith-Gill and Bervens rule and displayed thermal sensitivity of differentiation similar to growth sensitivity. As a consequence, they maintained their metamorphic mass canalized at 0,25g in face of higher temperatures. Although Rhinella granulosa\'s CTMax was higher than for the forest species, it presented less plasticity. The results have not supported our hypothesis as the Atlantic forest species seems more plastic than the Caatinga species.

A manutenção de espécies de anfíbios anuros na caatinga, um bioma que sofre um processo de aridificação, suscita perguntas sobre quais aspectos fisiológicos e evolutivos estão envolvidos nesse contexto. O argumento de que a plasticidade fenotípica permite que uma população sobreviva perante mudanças ambientais parece uma explicação plausível. A temperatura e sua variação foram eleitas como representativas da alteração ambiental, tendo como referência os valores correspondentes da floresta atlântica. Essa comparação fundamentou-se na evidência de que a caatinga assemelhava-se a uma floresta úmida antes da aridificação. Utilizamos como marco teórico um trabalho central de Smith-Gill e Berven (1979), que mostrou que a sensibilidade térmica da diferenciação é maior que a do crescimento em larvas de anuros. A hipótese central foi que a plasticidade de desenvolvimento da espécie Rhinella granulosa, presente na caatinga, é maior que das espécies Rhinella ornata e Rhinella icterica, habitantes da floresta atlântica. O método principal foi de comparar normas de reação térmicas de taxa de crescimento, tempo de desenvolvimento, massa na metamorfose e temperatura crítica máxima (TCMax) das espécies. Para isso, regimes térmicos foram simulados em laboratório a fim de representarem microhabitats típicos da floresta e da caatinga. A interação entre moda e variação da temperatura foi significativa para as espécies Rhinella ornata e Rhinella icterica. As espécies de floresta foram muito plásticas. Quando submetidas a regimes típicos da caatinga, apresentaram um aumento de duas vezes da taxa média de crescimento e um terço do tempo médio de desenvolvimento, em comparação com regimes de floresta. As larvas apresentaram variação individual de sensibilidade térmica, sendo que uma parte da amostra não seguiu a regra de Smith-Gill e Berven (1979), apresentando sensibilidade da diferenciação similar a do desenvolvimento. Como conseqüência, mantiveram sua massa na metamorfose canalizada em 0,25g mesmo diante de maiores picos de temperatura. A TCMax foi maior para R. granulosa, porém menos plástica que das espécies de floresta. Os resultados não corroboraram a nossa hipótese, uma vez que as espécies de floresta parecem ser mais plásticas que a espécie da caatinga. / The lasting presence of anuran amphibian species in the Caatinga, an environment that has been undergoing a desertification process, raises questions regarding the physiological and evolutionary aspects involved. The argument that phenotypic plasticity allows for the survival of populations in face of environmental changes seems to provide a plausible explanation. Temperature and its variation were elected as representatives of the desertification process. Based on the evidence that the Caatinga was originally a humid forest, correspondent values for the Atlantic forest were used as reference for comparison. The theoretical framework adopted assumes that the thermal sensitivity of differentiation in anuran larvae is higher than growth sensitivity (Smith-Gill and Berven, 1979). Our main hypothesis was that the developmental plasticity of the Caatinga species Rhinella granulosa is greater than those of Atlantic forest species Rhinella ornata and Rhinella icterica. We compared thermal reaction norms of growth rate, development time, metamorphic mass and critical thermal maxima (CTMax) for each species. Larvae were submitted to thermal regimes typical of the Caatinga and the Atlantic forest. A significant interaction between thermal mode and variation was detected for both Rhinella ornata and Rhinella icterica. Forest species appeared very plastic. When submitted to Caatinga thermal regimes, they displayed double growth rate and a third of development time in comparison to when they were submitted to Atlantic forest thermal regimes. The larvae presented individual variation in thermal sensitivity. Indeed, a fraction of the sample did not follow Smith-Gill and Bervens rule and displayed thermal sensitivity of differentiation similar to growth sensitivity. As a consequence, they maintained their metamorphic mass canalized at 0,25g in face of higher temperatures. Although Rhinella granulosa\'s CTMax was higher than for the forest species, it presented less plasticity. The results have not supported our hypothesis as the Atlantic forest species seems more plastic than the Caatinga species.

Orientador: Louis Bernard Klaczko / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-22T03:22:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rocha_FelipeBastos_D.pdf: 4246569 bytes, checksum: 8297db94661890abb9ddc71ef0280318 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Apesar de descrever a dinâmica populacional da variação genética, a teoria da genética de populações não descreve como a interação entre genótipos e os ambientes onde estes se desenvolvem gera distribuições fenotípicas. As normas de reação representam uma possível estratégia para tal descrição; elas representam a resposta fenotípica de cada genótipo para uma variável ambiental e, com isso, expõem a variação causada pela plasticidade fenotípica e capturam o fenômeno da interação genótipo-ambiente. Neste trabalho, Drosophila mediopunctata foi utilizada como organismo modelo. Ela é uma espécie do grupo tripunctata, do gênero Drosophila, polimórfica para inversões do segundo cromossomo e para um padrão de pigmentação conspícuo nos tergitos abdominais, formado por fenótipos que podem apresentar de zero a três pintas escuras. Na primeira parte deste trabalho, é apresentado um teste da independência genética entre a plasticidade fenotípica e o valor médio do polimorfismo de pigmentação. Foram utilizadas oito estirpes homocariotípicas para inversões do cromossomo II com diferentes valores fenotípicos médios para analisar a variação de normas de reação do número de pintas à temperatura. As normas de reação desse caráter foram parábolas cujas curvaturas estão correlacionadas ao valor médio, indicando que a variação dessas duas características pode ser determinada por pleiotropia. O mesmo padrão foi observado em heterozigotos resultantes de cruzamentos entre estirpes com normas de reação de curvaturas diferentes, evidenciando que a variação das normas de reação do número de pintas de D. mediopunctata é previsível por uma regra simples de associação entre forma (curvatura) e valor médio. Na segunda parte deste trabalho é apresentada uma análise de 40 normas de reação de cinco caracteres diferentes na qual se buscou estabelecer um padrão geral de forma das normas de reação e verificar as consequências desse padrão para estudos que investigam a variação da plasticidade fenotípica com modelos e métodos baseados na linearidade. Os resultados apresentados mostram que a forma típica das normas de reação é não-linear. Quando analisadas com um desenho experimental apropriado apenas para curvas lineares, i.e. com somente três ambientes, tais curvas apresentam um padrão imprevisível de variação, fundamentando um conceito de interação genótipo-ambiente associado à imprevisibilidade. Além disso, o uso de um modelo linear para descrever a variação da plasticidade fenotípica em normas de reação não lineares leva à perda de informação e, em alguns casos, a artefatos que embasam conclusões falsas. Considerando os resultados e conclusões obtidos, é proposta uma nova visão sobre normas de reação e plasticidade fenotípica, baseada no uso de um modelo parabólico e em desenhos experimentais mais abrangentes e detalhados, que permitiriam descrever a forma e variação das normas de reação sem perder fenômenos e padrões importantes / Abstract: Despite describing the population dynamics of genetic variation, the theory of population genetics lacks a description of how genotype and developmental environment interact to generate a phenotypic distribution. Such a description could be achieved through reaction norms, which give the phenotypic response of individual genotypes to a given environmental variation and describe the variation due to phenotypic plasticity and genotype-environment interaction. Here, we used Drosophila mediopunctata as a model organism. This species belongs to the tripunctata group of the genus Drosophila, and is polymorphic for second chromosome inversions. D. mediopunctata specimens display a conspicuous pigmentation polymorphism in the abdomen, with phenotypes ranging from zero to three dark spots in the last three tergites. In the first part of this study, we describe a test of the genetic independency between phenotypic plasticity and mean phenotypic value for the pigmentation polymorphism of D. mediopunctata. We analyzed the reaction norms of the number of abdominal spots in response to temperature of eight strains homozygous for second chromosome inversions and with different mean phenotypic values. The reaction norms were parabolic, and their curvature was correlated with the mean phenotypic value, suggesting that the variation of these two traits may be determined by pleiotropy. The same pattern was observed in heterozygous genotypes resulting from crosses between strains with different reaction norm curvatures. These results show that the variation of reaction norms of the number of dark abdominal spots of D. mediopunctata is predictable by a simple association rule between shape (curvature) and mean value. In the second part of this study we show the results from the analysis of 40 reaction norms of five different traits, which had two aims: establishing a general pattern of reaction norms shape; and verifying the impact of this pattern for studies that investigate the variation of phenotypic plasticity using models and methods based on a linearity assumption. The results show that the typical reaction norm shape is nonlinear. A pattern of unpredictable variation emerges when these curves are analyzed with only three environments, suggesting that the association of genotype-environment interaction with unpredictability may be due to the use of an experimental design only suitable for linear curves. Furthermore, the use of a linear model to describe the variation of nonlinear reaction norms leads to loss of information and, in some cases, artifacts which support false conclusions. Considering these results, we propose a new vision of reaction norms and phenotypic plasticity which is based on the use of a parabolic model and on more comprehensive and detailed experimental designs which would describe the shape and variation of reaction norms without losing important patterns and phenomena / Doutorado / Genetica Animal e Evolução / Doutor em Genetica e Biologia Molecular

O presente estudo teve por objetivo estudar os efeitos da interação genótipo x ambiente sobre as características peso à desmama, peso ao sobreano e ganho de peso da desmama ao sobreano em bovinos da raça Nelore. Foram analisados 58.032 registros de peso à desmama ajustados para 205 dias (PD), 46.032 registros de peso ao sobreano ajustados para 550 dias (PS) e 45.844 registros de ganho de peso da desmama ao sobreano ajustados para 345 dias (GP), originários de três rebanhos distintos. Os dados foram submetidos a dois métodos de análises: no primeiro, processaram-se análises unicaracterísticas para os rebanhos individuais e para o conjunto formado pelos três rebanhos, e análises tri-características para os dados de cada rebanho, em que as mesmas características foram consideradas como variáveis distintas. Foi utilizado o programa GIBBS2F90, sob abordagem bayesiana. As estimativas dadas pelas médias dos coeficientes de herdabilidade para PD, PS e GP variaram de 0,09 a 0,24, 0,24 a 0,44 e 0,09 a 0,31, respectivamente. Nesta mesma ordem, as correlações genéticas das mesmas características nos diferentes ambientes variaram de 0,88 a 0,93, 0,85 a 0,98 e 0,75 a 0,97. As correlações entre as DEPs dos touros nos ambientes variaram de 0,97 a 0,99, 0,69 a 0,95 e 0,77 a 0,98 para PD, PS e GP, respectivamente. No segundo método, utilizou-se um modelo de regressão aleatória para descrever alterações nos valores genéticos dos animais em função do gradiente ambiental, formado pelos grupos contemporâneos. As análises foram feitas pelo programa INTERGEN, também sob enfoque bayesiano. As estimativas dos coeficientes de herdabilidade para PD, PS e GP variaram de 0,06 a 0,44, 0,19 a 0,63 e 0,20 a 0,40, respectivamente. As correlações genéticas entre intercepto e inclinação das normas de reação foram de 0,75, para PD, 0,76 para PS e 0,34 para GP. As correlações entre os valores genéticos dos touros nos ambientes variaram de -0,38 a 0,99, 0,79 a 1,00 e 0,68 a 0,99 para PD, PS e GP, respectivamente. Os resultados de ambos os métodos apontaram efeito da interação genótipo x ambiente sobre as características nos rebanhos incluídos neste estudo, especialmente sobre a classificação dos touros. / The objective of the present study was to evaluate the genotype by environment interaction effect on weaning weight, post-weaning weight and post-weaning weight gain in Nellore cattle. It were analyzed 58,032 records of weaning weight adjusted for 205 days (PD), 46,032 records of post-weaning weight adjusted for 550 days (PS) and 45,844 records of post-weaning weight gain adjusted for 345 days (GP), originated from three distinct herds. Those data were analyzed applying two different methods: in the first proceeding, the data set of the three herds separately and the data set composed by all herds in one was submitted to single-trait analysis, while a three-trait analysis considered the same trait as a distinct variables in different herds. The variance components were estimated by GIBBS2F90, under bayesian inference. The estimates given by the means of heritability coefficients for PD, PS and GP ranged from 0.09 to 0.24, 0.24 to 0.44 and 0.09 to 0.31, respectively. In the same sequence, the genetic correlation among the same traits in different environments varied from 0.88 to 0.93, 0.85 to 0.98 and 0.75 to 0.97. The correlation between sire\'s EPDs in the environments ranged from 0.97 to 0.99, 0.69 a 0.95 and 0.77 to 0.98 for PD, PS and GP, respectively. In the second method, a random regression model was performed in order to describe changes in breeding values as a function of the gradient environment, arranged by contemporary groups. The analyses were performed by INTERGEN, also under bayesian inference. The estimates of heritability coefficients for PD, PS and GP ranged 0.06 to 0.44, 0.19 to 0.63 and 0.20 to 0.40, respectively. The genetic correlation between level and slope of reaction norms were 0.75 for PD, 0.76 for PS and 0.34 for GP. The correlation between sire\'s breeding values in the environments ranged from - 0.38 to 0.99, 0.79 to 1.00 and 0.68 to 0.99 for PD, PS and GP, respectively. The results of both methods shown effect of genotype by environment interaction over the traits in herds included in this study, especially over the ranking of sires.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:33:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-01-29Bitstream added on 2014-06-13T20:45:14Z : No. of bitstreams: 1 mattar_m_dr_jabo.pdf: 774079 bytes, checksum: e4ea08026e9baf911917d3abb0837e5a (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A presença de interação genótipo-ambiente é caracterizada pela resposta diferente de genótipos às variações ambientais, e pode ocasionar alteração na classificação de desempenho dos genótipos em diferentes ambientes. Assim é de fundamental importância sua investigação para se obter maior precisão na seleção dos animais. O objetivo deste estudo foi investigar a presença de interação genótipo−ambiente para peso ao sobreano em bovinos da raça Canchim criados no Brasil no período de 1989 a 2000. As metodologias utilizadas foram: 1-comparação de dois modelos: com e sem o efeito não correlacionado touro−ambiente; 2-correlação genética entre o peso ao sobreano em diferentes ambientes; 3-correlação de Pearson e de Spearman entre os valores genéticos dos animais obtidos nos diferentes ambientes, em análises uni e multicaráter; e 4-normas de reação dos animais sobre um gradiente ambiental, obtidas por regressão aleatória. Os ambientes estudados nas metodologias 1, 2 e 3 foram quatro regiões do Brasil (1-Paraná, 2-São Paulo, 3-Minas Gerais e 4- Mato Grosso e Mato Grosso do Sul) e três grupos de municípios do Estado de São Paulo, formados por técnica estatística multivariada para definir grupos de ambientes por meio de variáveis climáticas. Para a metodologia 4, o gradiente ambiental foi obtido por meio das soluções de grupo de contemporâneos. Os modelos utilizados nos métodos 1, 2 e 3 incluíram efeitos fixos de grupo de contemporâneos e de idade ao sobreano como covariável, e os efeitos aleatórios aditivos diretos e residuais. Para o método 4, o modelo incluiu o efeito fixo de idade ao sobreano como covariável, os efeitos aleatórios de grupo de contemporâneos e efeitos genéticos aditivo do intercepto e da inclinação da norma de reação. Os resultados indicaram diferenças nos modelos comparados (com e sem o efeito touro−ambiente)... / The genotype-environment interaction presence is characterized by different answers of genotypes to ambient variations, and can cause changes in the classification of the genotypes performances in different environments. The objective in this study was to investigate the presence of genotype – environment interaction for post-yearling weight of Canchim cattle raised in Brazil in the period of 1989 to 2000. The methodologies used were: 1-comparison of two models: with and without the uncorrelated sire−environment effect; 2-genetic correlation between postyearling weight in different environments; 3- Pearson’s and Spearman’s correlations between animal’s breeding values in different environments in one and multitrait analyses; and 4- reaction norms of animals on environmental gradient obtained by random regression. The environments investigated in methods 1, 2 and 3 were four regions of Brazil (1-State of Paraná, 2- State of São Paulo, 3- State of Minas Gerais, and 4- States of Mato Grosso and Mato Grosso do Sul) and three city clusters of the State of São Paulo, formed by multivariate methods to define homogeneous environments of production through climatic variables. For method 4 the environmental gradient was obtained through solutions of contemporary groups. The models used in methods 1, 2 and 3 included fixed effects and random additive direct and residual effects. The model for method 4 included the fixed effect of post-yearling age as covariate, the random effect of contemporary group, and the random additive genetic effecs of intercept and inclination of the reaction norms. The results indicated that differences in the models compared (with and without sire−environment effect), low genetic correlations (0.07 to 0.51) among post-yearling weight in different environments, reclassification of the animals in environments, a scale effect in reaction norms... (Complete abstract click electronic access below)

O presente estudo teve por objetivo estudar os efeitos da interação genótipo x ambiente sobre as características peso à desmama, peso ao sobreano e ganho de peso da desmama ao sobreano em bovinos da raça Nelore. Foram analisados 58.032 registros de peso à desmama ajustados para 205 dias (PD), 46.032 registros de peso ao sobreano ajustados para 550 dias (PS) e 45.844 registros de ganho de peso da desmama ao sobreano ajustados para 345 dias (GP), originários de três rebanhos distintos. Os dados foram submetidos a dois métodos de análises: no primeiro, processaram-se análises unicaracterísticas para os rebanhos individuais e para o conjunto formado pelos três rebanhos, e análises tri-características para os dados de cada rebanho, em que as mesmas características foram consideradas como variáveis distintas. Foi utilizado o programa GIBBS2F90, sob abordagem bayesiana. As estimativas dadas pelas médias dos coeficientes de herdabilidade para PD, PS e GP variaram de 0,09 a 0,24, 0,24 a 0,44 e 0,09 a 0,31, respectivamente. Nesta mesma ordem, as correlações genéticas das mesmas características nos diferentes ambientes variaram de 0,88 a 0,93, 0,85 a 0,98 e 0,75 a 0,97. As correlações entre as DEPs dos touros nos ambientes variaram de 0,97 a 0,99, 0,69 a 0,95 e 0,77 a 0,98 para PD, PS e GP, respectivamente. No segundo método, utilizou-se um modelo de regressão aleatória para descrever alterações nos valores genéticos dos animais em função do gradiente ambiental, formado pelos grupos contemporâneos. As análises foram feitas pelo programa INTERGEN, também sob enfoque bayesiano. As estimativas dos coeficientes de herdabilidade para PD, PS e GP variaram de 0,06 a 0,44, 0,19 a 0,63 e 0,20 a 0,40, respectivamente. As correlações genéticas entre intercepto e inclinação das normas de reação foram de 0,75, para PD, 0,76 para PS e 0,34 para GP. As correlações entre os valores genéticos dos touros nos ambientes variaram de -0,38 a 0,99, 0,79 a 1,00 e 0,68 a 0,99 para PD, PS e GP, respectivamente. Os resultados de ambos os métodos apontaram efeito da interação genótipo x ambiente sobre as características nos rebanhos incluídos neste estudo, especialmente sobre a classificação dos touros. / The objective of the present study was to evaluate the genotype by environment interaction effect on weaning weight, post-weaning weight and post-weaning weight gain in Nellore cattle. It were analyzed 58,032 records of weaning weight adjusted for 205 days (PD), 46,032 records of post-weaning weight adjusted for 550 days (PS) and 45,844 records of post-weaning weight gain adjusted for 345 days (GP), originated from three distinct herds. Those data were analyzed applying two different methods: in the first proceeding, the data set of the three herds separately and the data set composed by all herds in one was submitted to single-trait analysis, while a three-trait analysis considered the same trait as a distinct variables in different herds. The variance components were estimated by GIBBS2F90, under bayesian inference. The estimates given by the means of heritability coefficients for PD, PS and GP ranged from 0.09 to 0.24, 0.24 to 0.44 and 0.09 to 0.31, respectively. In the same sequence, the genetic correlation among the same traits in different environments varied from 0.88 to 0.93, 0.85 to 0.98 and 0.75 to 0.97. The correlation between sire\'s EPDs in the environments ranged from 0.97 to 0.99, 0.69 a 0.95 and 0.77 to 0.98 for PD, PS and GP, respectively. In the second method, a random regression model was performed in order to describe changes in breeding values as a function of the gradient environment, arranged by contemporary groups. The analyses were performed by INTERGEN, also under bayesian inference. The estimates of heritability coefficients for PD, PS and GP ranged 0.06 to 0.44, 0.19 to 0.63 and 0.20 to 0.40, respectively. The genetic correlation between level and slope of reaction norms were 0.75 for PD, 0.76 for PS and 0.34 for GP. The correlation between sire\'s breeding values in the environments ranged from - 0.38 to 0.99, 0.79 to 1.00 and 0.68 to 0.99 for PD, PS and GP, respectively. The results of both methods shown effect of genotype by environment interaction over the traits in herds included in this study, especially over the ranking of sires.