Made available in DSpace on 2015-04-14T13:09:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 457273.pdf: 12530353 bytes, checksum: d0fcb9d7b4ba6c715cb7c60244fd80bb (MD5) Previous issue date: 2014-03-12 / Variation in animal coloration is a theme that has intrigued evolutionary biologists for a long time. Among the commonly observed pigmentation polymorphisms, melanism (darkening of the surface coloration) has been reported quite frequently in multiple groups of organisms. Several biological factors may be influenced by melanism, including thermoregulation, susceptibility or response to disease, camouflage, aposematism, sexual selection and reproductive success. Melanism is common in the Felidae, having been documented in 13 of its 38 species, in some cases reaching high frequencies in natural populations. Classical hypothesis have suggested that such coat color variants can present adaptive advantages under certain ecological conditions, but these ideas have never been rigorously tested for any wild cat species. In jaguars (Panthera onca), jaguarundis (Puma yagouaroundi) and leopards (Panthera pardus) melanism is caused by different mutations in the MC1R and ASIP genes, which present dominant, semi-dominant and recessive inheritance patterns, respectively. In this study we have focused on melanism in these three cat species, and considered two competing hypotheses: (I) melanism is a neutral polymorphism that is randomly distributed throughout the range of each of these species, bearing no association with particular habitats or environmental variables; and (II) melanism has a non-random distribution, and presents significantly different frequencies among distinct landscape conformations. We constructed databases of records obtained from scientific collections, camera trap studies, individual captures and fecal DNA samples that collectively covered most of the ranges of the focal species. We obtained 794 records of jaguars, 463 jaguarundis and 623 leopards, including individually ascertained information on coat color. We performed modeling and statistical analyses using the software packages Maxent (maximum entropy algorithm), ArcGis 9.3 and SPSS 17, based on environmental variables obtained from the Worldclim, Climond, SRTM and GlobCover databases. The results allowed for the first time the construction of maps depicting the geographic distribution of melanism in wild cat species, as well as estimates of its frequency in the three target species. The frequency of melanism was ca. 9% in jaguars, 80% in jaguarundis, and 10% in leopards, and all three species showed a non-random distribution pattern of this coloration variant. In jaguars, melanism was totally absent from ecoregions containing open and periodically flooded landscapes, such as the Pantanal (Brazil) and Llanos (Colombia/Venezuela), which was striking given the large number of samples surveyed in these regions; in contrast, forested areas displayed a melanism frequency that was similar to that expectation based on the species as a whole. In jaguarundis, the dark phenotype (which is evolutionarily derived) proved to be much more common in nature than the ancestral reddish form, with the former being distributed across all areas in which the species occurs, and the latter being highly associated with open and dry landscapes. In leopards, melanism was present in five of the nine currently recognized subspecies, and was strongly associated with tropical and subtropical moist forests, especially in Southeast Asia. Analyses of environmental parameters that seem to be most influential on the melanism occurrence in these three species suggest a relevant role for factors such as altitude, temperature, solar radiation and moisture in different landscape conformations. These observations support the hypothesis that melanism in felids is not a neutral polymorphism, and undergoes the influence of natural selection related to environmental variables and landscape conformations, leading to a non-random geographic distribution of this coloration phenotype. / A varia??o na colora??o animal ? um tema que intriga pesquisadores da ?rea de biologia evolutiva h? bastante tempo. Dentre as varia??es observadas, o melanismo ? um polimorfismo de colora??o comum em diversos grupos de organismos, definido pela predomin?ncia de uma cor escura na superf?cie do corpo. Diversos fatores biol?gicos, como termorregula??o, suscetibilidade ou resposta a doen?as, camuflagem, aposematismo, sele??o sexual e sucesso reprodutivo podem ser influenciados pelo melanismo, o que torna o seu estudo bastante relevante, inclusive como um sistema modelo para investiga??es evolutivas de polimorfismos fenot?picos em geral. Sua ocorr?ncia ? comum na fam?lia Felidae, tendo sido documentada em 13 das 38 esp?cies do grupo e, em alguns casos, podendo atingir altas frequ?ncias em certas popula??es. Hip?teses cl?ssicas sugerem que essas variantes de pelagem podem apresentar vantagens adaptativas em certas circunst?ncias ecol?gicas, o que at? o momento n?o foi testado de forma rigorosa para qualquer das esp?cies do grupo. O presente estudo teve como foco o melanismo em tr?s esp?cies de fel?deos: on?as-pintadas (Panthera onca), jaguarundis (Puma yagouaroundi) e leopardos (Panthera pardus), nas quais esta variante ? causada por diferentes muta??es nos genes MC1R e ASIP, de heran?a dominante, semi-dominante e recessiva, respectivamente. No presente estudo, para cada uma destas esp?cies, foram consideradas duas hip?teses concorrentes: (I) o melanismo constitui um polimorfismo neutro, presente em toda a ?rea de distribui??o e de forma aleat?ria entre ambientes distintos, com aus?ncia de associa??o com vari?veis ambientais; e (II) o melanismo est? distribu?do espacialmente de forma estruturada e n?o-rand?mica, e associada a par?metros ambientais e condicionantes biogeogr?ficos espec?ficos. A partir de registros provenientes de cole??es cient?ficas, armadilhas fotogr?ficas, capturas e DNA fecal cobrindo a maior parte da distribui??o geogr?fica das esp?cies focais, foram obtidas 794 amostras de on?as-pintadas, 463 de jaguarundis e 623 de leopardos, com aferi??o da colora??o em n?vel individual. As modelagens e an?lises estat?sticas foram realizadas com os programas Maxent (algoritmo de m?xima entropia), ArcGis 9.3 e SPSS 17, utilizando vari?veis ambientais obtidas a partir das bases de dados WorldClim, Climond, SRTM e GlobCover. Os resultados apresentam pela primeira vez um mapa de distribui??o geogr?fica do melanismo em felinos, bem como estimativas da frequ?ncia dessa caracter?stica nestas tr?s esp?cies. A frequ?ncia observada de melanismo foi de 9% em on?as-pintadas, 80% em jaguarundis e 10% em leopardos, sendo que em todas as esp?cies o padr?o de distribui??o geogr?fica foi significativamente n?o-aleat?rio. Nas on?as-pintadas, em ecoregi?es de paisagens abertas periodicamente inundadas como o Pantanal (Brasil) e os Llanos (Col?mbia/Venezuela), o melanismo foi totalmente ausente, apesar do grande n?mero de amostras provenientes destas regi?es, ao contr?rio de ?reas florestais, onde a frequ?ncia do melanismo se manteve semelhante ao esperado para a esp?cie como um todo. Em jaguarundis, o padr?o fenot?pico escuro (que ? evolutivamente derivado) mostrou-se muito mais comum na natureza do que a colora??o ancestral (avermelhada), estando o primeiro distribu?do em todas as ?reas de ocorr?ncia da esp?cie, e a segunda associada fortemente a paisagens mais secas e abertas. Em leopardos, o melanismo est? presente em cinco das nove subesp?cies atualmente reconhecidas, e fortemente associado a florestas tropicais e subtropicais ?midas, especialmente na regi?o do sudeste asi?tico. An?lises dos par?metros ambientais que parecem influenciar de forma mais relevante a ocorr?ncia do melanismo nestas tr?s esp?cies sugerem um papel importante de fatores como altitude, temperatura, radia??o solar e umidade em diferentes conforma??es de paisagem. Essas observa??es apoiam a hip?tese de que o melanismo em felinos n?o constitui um polimorfismo neutro, sofrendo a a??o de sele??o natural relacionada a vari?veis ambientais e conforma??es de paisagem, o que induz uma distribui??o geogr?fica n?o-aleat?ria deste fen?tipo de colora??o.

Submitted by Caroline Xavier (caroline.xavier@pucrs.br) on 2017-05-04T17:15:51Z No. of bitstreams: 1 TES_HENRIQUE_VIEIRA_FIGUEIRO_COMPLETO.pdf: 4680551 bytes, checksum: 8695b78fe6812f4690586975941c4c31 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-04T17:15:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TES_HENRIQUE_VIEIRA_FIGUEIRO_COMPLETO.pdf: 4680551 bytes, checksum: 8695b78fe6812f4690586975941c4c31 (MD5) Previous issue date: 2016-03-11 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico - CNPq / In the past 10 years, high throughput sequencing has revolutionized evolutionary biology. With the technical advances that emerged with the genome sequencing of model species, it is now possible to apply these techniques to taxonomic groups without any previously available genetic resources. Complete genome sequencing and reduced representation methods have enabled us to explore deeper evolutionary questions, such as detecting ancient hybridization and signatures of selection on a genomic scale. Among the groups that could benefit from these methods is the Panthera genus. The group is composed by five species (P. onca, P. tigris, P. leo, P. pardus and P. uncia), all of which are large felids that exert important ecological role as apex predators in their habitats. Their low densities, alarming rates of habitat loss and chronic conflict with humans, all of them are threatened with extinction in the wild and thus important targets for conservation. One of the species in this group, the jaguar (P. onca), is the only member of the genus currently present in the Neotropical region, and the focus of our study. The jaguar has a color pattern similar to that of the leopard, but a much more robust constitution, with massive jaws and shorter limbs. The present study aims to characterize for the first time the jaguar genome, and to perform comparative analyses with the genomes from all other Panthera species. In addition, we seek to perform population genomic analyses with Brazilian jaguar populations and search for signatures of divergent selection in different regions. We have sequenced four genomic libraries, with an estimated coverage depth of 84x. The complete genome sequence allowed the annotation of 25,441 genes and the description of other genomic features (e.g. ncRNA, microsatellites, numts). Additionally, we have sequenced the genome of a leopard at low coverage, with an estimated depth of 25x. With the addition of these two genomes, we were able obtain a genomic data set containing all five Panthera species, which was used to perform phylogenetic discordance analyses and to detect signatures of selection using a dataset encompassing 13,143 orthologous genes. We were able to demonstrate the presence of hybridization events during the speciation process of the species, as well as signatures of selection in genes potentially involved in important characteristics of these iconic animals. Among them, the jaguar?s robust build, the social behavior of lions, cold environment adaptations in the snow leopard and the tiger?s stripes. Using an exome capture approach, we performed a population genomics study targeting jaguar populations from different Brazilian biomes. In addition to assessments of genetic diversity and population structure, we detected signals of local adaptation using multiple methods. Among the obtained results is the presence of genes under selection that are related to energetic metabolism in the Amazon, body development in the Pantanal and immunity in the Atlantic Forest. Additionally, we observed several pigmentation-related genes under selection in different biomes. Those genes affect not only pigmentation, but also have pleiotropic effects in development and immunity routes. Overall, these results help to understand the evolutionary processes that have shaped the adaptation of Panthera species, and particularly the jaguar, to the environments where they currently live. / Nos ?ltimos 10 anos, o sequenciamento gen?mico de alto desempenho revolucionou a biologia evolutiva. Com os avan?os gerados pelo sequenciamento do genoma completo de esp?cies modelo, agora ? poss?vel aplicar essas t?cnicas em animais com praticamente nenhum recurso gen?tico dispon?vel. O sequenciamento completo de genomas, bem como o uso de t?cnicas de representa??o reduzida, permitem explorar quest?es evolutivas complexas como, por exemplo, detec??o de hibrida??o e assinaturas de sele??o natural em uma escala gen?mica. Dentre os grupos taxon?micos que podem se beneficiar de tais t?cnicas est? o g?nero Panthera. O grupo ? composto por cinco esp?cies atuais (P. onca, P. tigris, P. leo, P. pardus e P. uncia), todas elas apresentando grande porte e atuando como predadores de topo nos ambientes que ocupam. Devido ?s baixas densidades, alarmante perda de habitat e constantes conflitos com humanos, o n?vel de amea?a em que essas esp?cies se encontram ? preocupante. Dentre as esp?cies do grupo, est? a on?a-pintada (P. onca), ?nica integrante do g?nero na regi?o Neotropical e o principal foco deste trabalho. Nesse sentido, o presente estudo busca caracterizar pela primeira vez o genoma da on?a-pintada, incluindo an?lises comparativas com as outras quatro esp?cies do g?nero. Al?m disso, o trabalho tem como objetivo avaliar as popula??es de on?a no Brasil e buscar assinaturas de sele??o divergente nos biomas que ela ocupa. Para o sequenciamento do genoma da esp?cie, foram utilizadas quatro bibliotecas gen?micas, com uma cobertura estimada de 84x. A sequ?ncia do genoma completo permitiu a anota??o de 25.441 genes e a descri??o de outros componentes do genoma (p.ex. ncRNA, microssat?lites, numts). Adicionalmente, foi sequenciado o genoma de um leopardo (P. pardus) com cobertura estimada de 25x. Com esses dois novos genomas, completou-se um conjunto abrangendo todas as cinco esp?cies do g?nero, permitindo a realiza??o de an?lises de discord?ncia filogen?tica para o grupo e detec??o de sele??o positiva utilizando um conjunto de 13.143 genes ort?logos. Foi poss?vel demonstrar eventos de hibrida??o durante o processo de especia??o das esp?cies do g?nero, bem como sinais de sele??o positiva em genes envolvidos em caracter?sticas que se destacam nos grandes fel?deos. Entre eles, fen?tipos potencialmente afetados por genes sob sele??o incluem o cr?nio e membros robustos da on?a-pintada, o comportamento social no le?o, adapta??o ao frio no leopardo das neves e a presen?a de listras no tigre. Com o uso de captura de exoma, que tem como objetivo o sequenciamento do conjunto de exons da esp?cie, foi poss?vel realizar uma nova avalia??o das caracter?sticas gen?ticas de popula??es de on?a-pintada, bem como a detec??o de assinaturas de adapta??o local. Entre os resultados obtidos est? a presen?a de genes sob sele??o relacionados com metabolismo energ?tico em popula??es da Amaz?nia, adapta??es relacionadas com desenvolvimento corporal no Pantanal e imunidade na Mata Atl?ntica. Adicionalmente, foram observados diversos genes de pigmenta??o com assinaturas de sele??o em diferentes biomas. Esses genes, al?m de afetarem a colora??o dos animais, possuem efeitos pleiotr?picos no desenvolvimento e imunidade da esp?cie. Esses resultados auxiliam no entendimento dos processos evolutivos que moldaram a adapta??o das esp?cies do g?nero, e em especial a on?a pintada, aos ambientes que elas ocupam atualmente.

Made available in DSpace on 2015-04-14T14:51:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 426061.pdf: 815660 bytes, checksum: a63907607c66f42025ef148afc7c6471 (MD5) Previous issue date: 2010-04-28 / O fator neurotr?fico conhecido como BDNF tem atra?do consider?vel aten??o na literatura cient?fica, pelo seu envolvimento em processos cruciais de desenvolvimento e regula??o do sistema nervoso. Entretanto, muitos aspectos desta mol?cula s?o ainda desconhecidos, enquanto outros foram investigados apenas em humanos e organismos-modelo. Neste contexto, ferramentas de bioinform?tica podem ser muito ?teis para realizar an?lises comparativas enfocando aspectos evolutivos, estruturais e funcionais. Este projeto objetivou uma caracteriza??o de padr?es de conserva??o e varia??o desta mol?cula atrav?s da compara??o das seq??ncias codificantes deste gene em diferentes linhagens de mam?feros, assim como uma investiga??o de aspectos estruturais atrav?s da constru??o de um modelo 3D do BDNF consistente com dados experimentais. Os resultados revelam padr?es bastante interessantes de conserva??o e varia??o de sequ?ncia em diferentes linhagens, incluindo fortes evid?ncias da ocorr?ncia de sele??o natural negativa (indicando restri??o ? mudan?a devido ? relev?ncia funcional) tanto no dom?nio maduro como no dom?nio pro. Al?m disso, observou-se evid?ncia de sele??o positiva (indu??o de mudan?as possivelmente adaptativas) em diferentes linhagens, em todos os casos afetando diretamente o dom?nio pro. Estes resultados indicam que o dom?nio pro apresenta grande relev?ncia funcional, e salientam a import?ncia de focar esfor?os de investiga??o experimental nesta por??o do BDNF.