Orientadores: Ana Maria Lima de Azeredo-Espin, Nilson Ivo Tonin Zanchin / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-19T22:51:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marinho_MarcoAntonioTonus_D.pdf: 17816653 bytes, checksum: e915a871c22b7741c1be765f87c95ff5 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A superfamília Oestroidea (Diptera:Brachycera:Calyptratae), com +13.000 espécies descritas, compreende um dos grupos mais numerosos e ecologicamente diversos da ordem Diptera. O grupo possui grande interesse para atividades humanas por englobar espécies de importância médica, veterinária e forense, muitas das quais compõem a família Calliphoridae. Apesar do grande número de estudos disponíveis, as relações evolutivas no grupo, o qual é composto predominantemente por linhagens de rápida diversificação e radiação, ainda são controversas e pouco compreendidas, encorajando a caracterização de novos marcadores moleculares para análises de filogenia molecular. Neste contexto, esta tese foi desenvolvida e organizada em três capítulos descrevendo estudos genéticoevolutivos em espécies da superfamília Oestroidea, com ênfase em Calliphoridae. O primeiro capítulo trata da caracterização e avaliação do segundo espaçador transcrito interno (ITS2) do DNA ribossomal como um marcador molecular para análises filogenéticas em Calliphoridae, incorporando informações tanto da sequência primária quanto da estrutura secundária adquirida pela região. A análise do ITS2 revelou um padrão hierarquicamente organizado das distâncias genéticas nos níveis de espécies, gêneros e subfamílias, enquanto pouca variação intra-específica foi encontrada. As árvores inferidas recuperaram muitas das relações comumente aceitas entre os táxons amostrados, sendo que a inclusão da informação estrutural nas análises resultou na recuperação de topologias mais confiáveis. Sendo assim, o potencial da região ITS2 como um marcador molecular para análises evolutivas na família Calliphoridae foi confirmado e seu uso em análises de maior escala, incluindo marcadores de diferentes naturezas de evolução, encorajado. O segundo capítulo da tese descreve a caracterização in vitro da estrutura secundária adquirida pelo ITS2, através de padrões de digestão enzimática e análise dos fragmentos gerados, em espécies representantes das três superfamílias de Calyptratae: Glossina morsitans, Musca domestica e Cochliomyia hominivorax. A análise do padrão de fragmentos gerados pelas enzimas RNAse I, A, T1 e V1, quando mapeados na estrutura secundária predita in silico, corroborou muitos dos domínios inicialmente preditos pelo método computacional, ressaltando a importância e confiabilidade desses métodos na predição de estruturas secundárias. O terceiro capítulo da tese descreve análises de filogenia molecular na superfamília Oestroidea, com ênfase na amostragem de espécies de Calliphoridae, utilizando quatro marcadores moleculares, dois nucleares (ITS2 e 28S) e dois mitocondriais (COI e 16). As análises, que incluíram uma extensa avaliação dos efeitos de diferentes estratégias de particionamento dos dados em análises de inferência Bayesiana (por conformação estrutural e posição no códon), revelaram a existência de dois clados principais em Oestroidea: Tachinidae + Mesembrinellinae e Oestridae + Rhiniinae + Sarcophagidae + Calliphoridae (definida em senso estrito). O status de família recentemente atribuído à Rhiniinae foi encontrado, enquanto há também evidências para sugerir o mesmo para a subfamília Mesembrinellinae, como proposto anteriormente por outros autores. As diferentes estratégias de particionamento do conjunto de dados amostrados resultaram em diferenças discretas em termos de topologia, comprimentos de ramo e suporte geral das filogenias inferidas. Embora o resultado geral indique uma melhor resolução das análises quando do uso de combinações de partições e modelos mais complexas, as mesmas podem ocasionar também um aumento considerável na incerteza associada às análises / Abstract: The Oestroidea superfamily (Diptera: Brachycera: Calyptratae), with +13,000 described species, comprises one of the most numerous and ecologically diverse groups in the Diptera order. The group is actually of great interest for human activities since it includes species of medical, veterinary and forensic importance, most of them included in the Calliphoridae family. Despite the existence of several studies addressing the issue, evolutionary relationships in Oestroidea, a group mainly composed of rapidly diverged lineages, remains contentious and poorly understood, encouraging the characterization of new molecular markers for phylogenetic inference analyses. In this context, this thesis was developed and organized in three chapters describing genetic and evolutionary studies in species of the Oestroidea superfamily, with emphasis in Calliphoridae. The first chapter deals with the characterization and evaluation of the second internal transcribed spacer region (ITS2) of the ribosomal DNA cluster as a molecular marker for phylogenetic inference in Calliphoridae, including information of both primary sequence and secondary structure. The analyses revealed an hierarchically organized pattern of genetic distances in the specific, generic and subfamilial level, while little intraspecific variation was detected. Inferred trees were able to recover most of the commonly accepted relationships among the sampled taxa, with the consideration of structural information resulting in better supported topologies. Thereby, the potential of the ITS2 region as a molecular marker for phylogenetic inference in the Calliphoridae family was corroborated and its use in larger scale analyses, including other markers with different evolutionary patterns, encouraged. Chapter II describes the in vitro characterization of the secondary structure of the ITS2 region, through patterns of enzymatic digestion and analysis of the generated fragments, in representative species of the three superfamilies of the Calyptratae clade: Glossina morsitans, Musca domestica and Cochliomyia hominivorax. Analyses of the patterns of the fragments generated by enzymatic digestions with the RNAses I, A, T1 and V1, when mapped in the in silico predicted secondary structure, corroborated the folding of most of the domains predicted by computational methods, highlighting the importance and reliability of these methods in secondary structure prediction. Chapter III describes molecular phylogenetic analyses in the Oestroidea superfamily, with emphasis on the Calliphoridae family, using four different molecular markers, two nuclear (ITS2 and 28S) and two mitochondrial (COI and 16S) regions. The analyses, which included a comprehensive evaluation of the effects of different data partitioning strategies in a Bayesian framework (by structural conformation and codon position), revealed the existence of two main clades in Oestroidea: Tachinidae+Mesembrinellinae and Oestridae+Rhiniinae+Sarcophagidae+Calliphoridae (defined in a strict sense). The recently attributed family status to Rhiniinae was confirmed, and there are evidence to also suggest the same for Mesembrinellinae, as previously pointed out by other studies. The different data partitioning strategies used in the sampled dataset resulted in small differences in terms of inferred topologies, estimated branch lengths and average support. Although the overall results indicate a significant increase in phylogeny resolution when more complex and parameter-rich models / partitions combinations are used, they can also lead to an increased uncertainty in the phylogenetic estimation process / Doutorado / Genetica Animal e Evolução / Soutor em Genética e Biologia Molecular

Un des buts principaux de la biologie évolutive et de la médecine moléculaire consiste à reconstruire les relations phylogénétiques entre organismes à partir de leurs séquences moléculaires. En littérature, cette question est connue sous le nom d’inférence phylogénétique et a d'importantes applications dans la recherche médicale et pharmaceutique, ainsi que dans l’immunologie, l’épidémiologie, et la dynamique des populations. L’accumulation récente de données de séquences d’ADN dans les bases de données publiques, ainsi que la facilité relative avec laquelle des données nouvelles peuvent être obtenues, rend l’inférence phylogénétique particulièrement difficile (l'inférence phylogénétique est un problème NP-Hard sous tous les critères d’optimalité connus), de telle manière que des nouveaux critères et des algorithmes efficaces doivent être développés. Cette thèse a pour but: (i) d’analyser les limites mathématiques et biologiques des critères utilisés en inférence phylogénétique, (ii) de développer de nouveaux algorithmes efficaces permettant d’analyser de plus grands jeux de données. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Parmi les paramètres influençant l'inférence d'arbres phylogénétiques, nous nous sommes penchés d'une part sur (i) l'utilisation et l'efficacité de différents marqueurs et (ii) l'influence de la radiation évolutive (la succession rapide d'événements de spéciation) dans la construction d'arbres phylogénétiques et, d'autre part, sur l'applicabilité du modèle de substitution nucléotidique GTR (General Time Reversible).<p><p>La première partie de ce travail étudie l'évolution des cétacés en se basant sur les séquences des génomes mitochondriaux, sur le motif d'insertion de rétroposons SINEs (short interspersed elements) nouvellement isolés et les loci nucléaires de ces derniers. Le choix des cétacés est motivé par la présence, durant leur évolution, de radiations évolutives, qui sont propices au tri différentiel de lignées généalogiques: si des séquences de gènes ou des allèles restent polymorphes entre des événements de spéciations, il est possible, et même probable, d'observer une incompatibilité entre les histoires évolutives de ces marqueurs, malgré que celles-ci soient bien correctes. Nous abordons l'étude du tri différentiel des lignées généalogiques par le biais des SINEs, dont l'insertion aléatoire et irréversible confère à ces marqueurs un risque de convergence particulièrement faible.<p><p>Notre approche multi-marqueur nous permet de reconstruire un arbre robuste à partir duquel nous analysons ces différents marqueurs à l'aide des rapports signal/bruit (la qualité du contenu informatif du marqueur) et effort/signal (les efforts à mettre en oeuvre pour obtenir du signal phylogénétique). Nous discutons également les relations conflictuelles/incorrectes obtenues à partir des différents marqueurs, notamment des motifs d'insertion de SINEs pour lesquels nous décrivons un test objectif nous permettant de différencier le tri différentiel de lignées généalogiques et la convergence.<p><p><p>Les modèles de substitutions nucléotidiques sont à la base de nombreuses méthodes d'inférence phylogénétiques. Parmi ces modèles, le modèle GTR est un des plus complets et des plus utilisés. Waddell and Steel [1997] ont décrit une procédure qui permet d'estimer les distances et les taux instantanés de substitution pour des séquences évoluant selon les hypothèses du modèle GTR. Il existe néanmoins des conditions qui rendent cette procédure, et donc l'utilisation du modèle GTR, inapplicables. <p><p>Nous avons simulé l'évolution de séquences d'ADN le long de 12 arbres caractérisés par un ensemble de conditions biologiquement plausibles (différentes longueurs de branches, des conditions de (non-)homogénéité de la matrice de taux instantanés de substitution et différentes longueurs de séquences). Pour chaque ensemble de conditions, nous avons évalué (i) l'applicabilité du modèle GTR et (ii) la qualité des alignements obtenus à partir des données simulées. <p><p>Nos résultats indiquent que l'inapplicabilité de la procédure de Waddell and Steel [1997] peut effectivement être considérée comme un problème pratique car elle apparaît avant les difficultés d'alignement (étape nécessaire et préalable à toute inférence phylogénétique). La probabilité de cette inapplicabilité dépend du taux de substitution et de la taille des données.<p> / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished