As serpentes que compõem o complexo Boa constrictor apresentam ampla distribuição por toda região Neotropical. A variação morfológica ligada à coloração e às localidades de origem fizeram com que, historicamente, fossem reconhecidas várias subespécies, embora sem consenso na literatura. Estudos prévios desenvolvidos com marcadores moleculares abordando aspectos filogenéticos e filogeográficos indicaram a existência de diversidade críptica em Boa. A fim de investigar as relações filogenéticas (empregando Máxima Parcimônia, Máxima Verossimilhança e Inferência Bayesiana), análises de tempo de divergência e delimitação de espécies (utilizando os métodos Poisson Tree Processes, PTP, e Generalized Mixed Yule Coalescent, GMYC), foram utilizadas sequências dos genes Cytb, ND4 e NTF3, e do íntron de ODC de 217 exemplares, com representantes de 10 subespécies. Os resultados filogenéticos recuperaram Boa como um gênero monofilético e apontaram nove linhagens. Somente as subespécies B. c. occidentalis, B. c. orophias e B. c. nebulosa foram recuperadas como monofiléticas. As análises de delimitação de espécies não recuperam o monofiletismo de Boa, sendo que em PTP foram recuperadas um mínimo de 15 (para o Sul) e máximo de 75 espécies putativas (EPs) e em GMYC foram recuperadas quatro EPs. A estimativa dos tempos de divergência revelou que essas linhagens passaram por um processo de diversificação no Plioceno e Pleistoceno. Esses resultados somados aos dados da literatura permitiram hipotetizar a existência de ao menos cinco linhagens distintas em Boa: B. constrictor (sensu stricto), B. occidentalis, B. imperator, B. orophias e B. nebulosa, cuja diversificação está ligada aos eventos climáticos ocorridos Quaternário e Neógeno eventos geológicos derivados do soerguimento dos Andes / Snakes of the complex Boa constrictor are widely distributed in the Neotropical region. Historically, based on morphological variation and locality of origin, several subspecies have been recognized, although there are controversies concerning the number of subspecies. Previous phylogenetic and phylogeographic studies using molecular markers suggested cryptic diversity in Boa. Sequences of Cytb, ND4, NTF3 and ODC of 217 samples, including ten subspecies were used in order to investigate phylogenetic relationships. In this sense, it was used Maximum Parsimony, Maximum Likelihood and Bayesian Inference. Additionally, molecular dating and species delimitation analyses (Poisson Tree Processes, PTP, and Generalized Mixed Yule Coalescent, GMYC) were performed. Phylogenetic studies recovered Boa as monophyletic and nine lineages. Also, B. c. occidentalis, B. c. orophias, and B. c. nebulosi were the only subspecies recovered as monophyletic. Species delimitation analyses did not show Boa as monophyletic: PTP recovered from 15 for the South to 75 putative species considering the whole distribution; GMYC recovered four putative species. Divergence time estimation revealed that lineages have diversified during Pliocene and Pleistocene. These results allowed us to hypothesize at least five distinct lineages: B. constrictor (sensu stricto), B. occidentalis, B. imperator, B. orophias and B. nebulosi, whose diversification is related to climatic events of Quaternary and geological events like uplift of Andes during Neogene

Os caranguejos de água doce estão alocados em cinco famílias e apenas duas tem ocorrência para o Brasil: Pseudothelphusidae e Trichodactylidae. Trichodactylus , gênero-tipo da família Trichodactylidae e alocado em Trichodactylinae, foi descrito por Latreille, 1828 para acomodar uma única espécie, T. fluviatilis. Baseado na hipótese de que Trichodactylus não é um grupo monofilético foi realizada uma extensiva amostragem morfológica e molecular. A Inferência filogenética com dois genes mitocondriais (16S rRNA e COI) e um nuclear (Histona 3) mostrou claramente que Trichodactylus não é monofilético. Foram encontradas três grandes linhagens em ambas as análises (Inferência Bayesiana e Máxima Verossimilhança), sendo T. quinquedentatus mais proximamente relacionado com espécies de Avotrichodactylus. O tempo de divergência entre essas linhagens foi estimado em 38 a 53 Ma. Nesse estudo, dez novas espécies pertencentes ao complexo Trichodactylus foram descritas. Adicionalmente, uma espécie e um gênero revalidado. Nesse estudo, portanto, a subfamília Trichodactylinae é composta pelos seguintes gêneros: Avotrichodactylus , Mikrotrichodactylus , Rodriguezia e Trichodactylus . Além disso, a designação de neótipo para T. fluviatilis é de fundamental importância, uma vez que, a série tipo foi perdida. O uso em conjunto e comparativo de diferentes ferramentas, tais como a molecular e morfológica, permitiu reconhecer que a biodiversidade de caranguejos de água doce no Brasil ainda está subestimada / The freshwater crabs are allocated in five families and only two of them have occurrence for Brazil: Pseudothelphusidae and Trichodactylidae. Trichodactylus , the genus-type of the family Trichodactylidae and allocated in Trichodactylinae, was described by Latreille, 1828 to accommodate a single species, T. fluviatilis. Based on the hypothesis that Trichodactylus is not a monophyletic group we realized an extensive morphological and molecular sampling. Phylogenetic inference based on two mitochondrial (16S rRNA e COI) and one nuclear (Histone 3) genes clearly indicated that Trichodactylus is not monophyletic. Were found three great lineages in both analysis (Bayesian Inference and Maximum Likelihood), being T. quinquedentatus more closely related to species of Avotrichodactylus . The time of divergence between these lineages was estimated at 38 to 53 Ma. In this study, nine new species belonging to the T. fluviatilis complex were described. Additionally, one species and one genus were revalidated. Therefore, in this study, the subfamily Trichodactylinae is composed by the following genus: Avotrichodactylus , Mikrotrichodactylus , Rodriguezia e Trichodactylus . Furthermore, we show that the designation of a neotype for T. fluviatilis is strongly needed, since that its type series has been lost. The joint and comparative use of different tools, such as molecular and morphological, allowed us to recognize that the biodiversity of freshwater crabs in Brazil is still very underestimated

Changes to traditional taxonomic methods to incorporate new technologies and methods have already improved the quality of species hypotheses, but more work can be done to improve the speed of new species documentation. The mitochondrial COI DNA barcode has been successfully used to identify species with high accuracy since the early 2000s, and has been used in conjunction with morphological examinations and other DNA markers to discover and delimit new species. This thesis explores the application of DNA barcodes as the primary data for delimitation and diagnosis of new species of ichneumonoids. The genera Zelomorpha and Hemichoma are revised and 18 new species from the Área de Conservación Guanacaste in Costa Rica are diagnosed based on COI barcodes. Two additional species are described based on morphology. An illustrated morphological key and morphological diagnoses for each species are also included.

Proechimys is a genus of the family Echimyidae with wide distribution in the Neotropical region. Although it is abundant and widely distributed, this genus is little studied and has its taxonomy and systematics little solved. This lack of knowledge impairs studies in other areas, especially in ecology, since the species are externally similar, becoming the identification in the field and museums more difficult. There are few published studies with morphological and genetic variation, and on systematics of the genus Proechimys. The aim of this Thesis was to propose a phylogeny based on genomic data and to delimit the species of the genus, also using other dataset such as the morphometric, to better understand the diversification and evolution of Proechimys, especially in the Western Amazon. During the Ph.D. project, I identified in morphotypes and geo- referenced the localities of 3,104 Proechimys specimens in 18 museums and collections in Brazil, the USA and England, and evaluated the morphological variation from 22 quantitative characters in 1,503 specimens, and 58 qualitative characters of skull and skin in 315 specimens. In this thesis I will present the morphometric results of 479 adult specimens. The remaining morphometric and morphological data are still being studied for future publications. In addition, I sequenced part of the genome of 278 specimens using the ddRAD-seq technique to evaluate the genetic variation. Chapter 1 is a general introduction in which I presented the taxonomic history of the genus, the current knowledge on the evolutionary history of Proechimys, and remarks on the landscape evolution in Western Amazon. In addition, I discussed on species concepts and Integrative Taxonomy, themes that were addressed in this thesis. In Chapter 2, I proposed a genomic phylogeny based on genomic data, identified the clades and tested whether they could be considered different species based on the multispecies coalescent model for genetic data and Brownian motion for morphometric data. The phylogenetic relationships recovered among Proechimys individuals indicated five main clades within the genus, with statistical support for the recognition of at least 28 lineages at the species level. Proechimys was not recovered as monophyletic, and 12 of the 28 lineages did not correspond to currently valid species; some of them may be new taxa, while others may be revalidations of taxa currently included in the synonymy of valid species. In Chapter 3, I estimated divergence times between the clades and tested Bayesian models of geographic range evolution to indicate ancestral areas for the clades. With these results I created a biogeographic hypothesis for the evolution of Proechimys. The genus origin was estimated in the Miocene and in the Western Amazon. I was able to associate the biogeographic history to the landscape evolution of the Amazon. Diversification within the five main clades occurred in the Pliocene and Pleistocene. In Chapter 4, I evaluated the phylogeographic pattern of three sympatric species of Proechimys from the Western Amazon: : Proechimys brevicauda, Proechimys simonsi and Proechimys steerei. The aim was to test whether these species sharing the same geographic space would also share the same patterns of genetic structure or whether there would be segregation at the microhabitat level that would lead to different phylogeographic patterns. For this I calculated the overlap and similarity among their environmental and morphological hypervolumes, and tested the importance of barriers, the geographic and environmental distance between populations in each species to explain the genetic structure. Each species showed little overlap of the morphological hypervolume, and great overlap in the environmental one. In addition, they presented different genetic structure patterns, showing that even though they are congeners species and occur in sympatry, they may respond differently to landscape evolution, and to environmental changes. In Chapter 5, I present a synthesis of the main conclusions and future perceptives about the study of genus and the implications of my 15 results for the conservation and studies on diversity patterns in the Amazon region. Thus, this Thesis increased the knowledge on factors that lead to the genetic structure of mammalian species in the Amazon, as well as on the evolutionary history of the genus Proechimys and its genetic, morphological and species diversity. These results may support future studies in ecology, conservation biology and also fauna surveys in the Neotropical region. / Proechimys é um gênero da família Echimyidae com ampla distribuição na região Neotropical. Embora seja abundante e amplamente distribuído, este gênero é pouco estudado e tem sua taxonomia e sistemática pouco resolvida. Essa falta de conhecimento dificulta estudos em outras áreas, especialmente em ecologia, uma vez que as espécies são externamente semelhantes, tornando complexa a identificação de indivíduos no campo e nos museus. Existem poucos estudos publicados com variação morfológica e genética, e também sobre a sistemática de Proechimys. O objetivo desta tese foi propor uma filogenia baseada em dados genômicos e delimitar as espécies do gênero, utilizando também outros bancos de dados como o morfométrico, para entender melhor a diversificação e evolução de Proechimys, especialmente na Amazônia Ocidental. Durante o projeto de doutorado, eu identifiquei em morfotipos e fiz o georreferenciamento das localidades de 3.104 espécimes de Proechimys em 18 museus e coleções do Brasil, Estados Unidos da América e Inglaterra, e avaliei a variação morfológica de 22 caracteres quantitativos em 1.503 espécimes, e 58 caracteres qualitativos de crânio e pele em 315 espécimes. Nesta tese eu vou apresentar os resultados oriundos de uma parte dos dados morfométricos, de 479 espécimes adultos. Os demais dados morfométricos e morfológicos ainda estão sendo trabalhados para futuras publicações. Além disso, sequenciei parte do genoma de 278 espécimes usando a técnica ddRAD-seq para avaliar a variação genética. O Capítulo 1 diz respeito a uma introdução geral na qual eu apresentei a história taxonômica do gênero, o conhecimento atual sobre a história evolutiva de Proechimys e fiz um breve comentário sobre a evolução da paisagem da Amazônia Ocidental. Além disso, eu discuti sobre alguns conceitos de espécies e sobre a Taxonomia Integrativa, temas que foram abordados nessa tese. No Capítulo 2, propus uma filogenia para o gênero baseada em dados genômicos, identifiquei os clados e testei se eles poderiam ser considerados espécies diferentes com base no modelo coalescente multiespecífico para dados genéticos e no movimento Browniano para dados morfométricos. As relações filogenéticas recuperadas entre os indivíduos de Proechimys recuperaram cinco grandes clados dentro do gênero, com suporte estatístico para o reconhecimento a nível de espécie de pelo menos 28 linhagens. Proechimys não foi recuperado como monofilético e 12 das 28 linhagens não corresponderam a espécies válidas atualmente; algumas delas podem ser novos táxons, enquanto outras podem ser revalidações de táxons atualmente incluídas na sinonímia de espécies válidas. No Capítulo 3, eu datei os tempos de divergência entre os clados e testei modelos bayesianos de evolução da distribuição geográfica para estimar as áreas ancestrais dos clados. Com esses resultados, eu criei uma hipótese biogeográfica para a evolução do gênero. A origem do gênero foi estimada para o Mioceno, na Amazônia Ocidental e foi possível associar a história evolutiva do gênero com mudanças na paisagem da Amazônia. A diversificação dentro dos 5 principais clados do gênero ocorreu no Plioceno e no Pleistoceno. No Capítulo 4, eu avaliei o padrão filogeográfico de três espécies simpátricas de Proechimys da Amazônia Ocidental: Proechimys brevicauda, Proechimys simonsi e Proechimys steerei. O objetivo foi testar se essas espécies que compartilham o mesmo espaço geográfico, compartilhariam também os mesmos padrões de estruturação genética, ou se haveria uma segregação ao nível de micro-habitat que levaria a diferentes padrões filogeográficos. Para isso eu calculei a sobreposição dos hipervolumes ambiental e morfológicos e testei a importância de barreiras, da distância geográfica e ambiental entre as populações de cada espécie para explicar a estruturação genética. Cada uma das três espécies simpátricas mostrou pouca sobreposição do hipervolume morfológico, e grande sobreposição no ambiental. Cada espécie teve um padrão de estruturação genética diferente, mostrando que mesmo ocorrendo em simpatria e sendo espécies congêneras, elas respondem de 13 formas diferentes à evolução da paisagem e às mudanças ambientais. No Capítulo 5, eu apresento uma síntese com as principais implicações dessa tese para diferentes áreas relacionadas à Ecologia Aplicada e as perceptivas futuras sobre o estudo do gênero. Dessa forma, esta tese ampliou o conhecimento sobre os fatores que levam à estruturação genética de espécies de mamíferos da Amazônia, bem como sobre a história evolutiva do gênero Proechimys e de sua diversidade genética, morfológica e de espe?ies. Estes resultados podem auxiliar trabalhos em ecologia, biologia da conservação e também nos levantamentos de fauna em grande parte da região Neotropical.

China harbors 10% of the world's salamander species. Studying their evolutionary history provides critical insights into the evolution of the fauna of the Far East. The stout newts (Pachytriton, also known as paddle-tailed newts) are a genus of aquatic montane salamanders that are widely distributed in southeastern China. Despite their longstanding popularity among the global pet trade, little is known of their biology beyond external morphology. My thesis presents the first systematic study to elucidate phylogenetic relationships, character evolution, biogeographic patterns, species delimitation, and speciation mechanisms in this genus.

Orientadores: Karina Lucas da Silva Brandão, André Victor Lucci Freitas / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-19T17:32:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Seraphim_Noemy_M.pdf: 28481674 bytes, checksum: 287c682142f5d5cd09f6635fbb8a291f (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O gênero Hermeuptychia Forster (Nymphalidae, Satyrinae, Euptychiina) está amplamente distribuído no continente Americano, desde a Argentina até o sul dos Estados Unidos. O gênero foi anteriormente considerado um complexo de espécies, e atualmente são reconhecidas oito espécies . Todas as espécies possuem um padrão alar muito parecido, o que compromete a identificação taxonômica correta. Em adição, a posição filogenética do gênero dentro da subtribo Euptychiina permanece incerta. Para o presente estudo foram obtidos espécimens de 45 localidades de cinco países, com maior ênfase em uma amostragem no Brasil. Três marcadores moleculares, dois do DNA mitocondrial (cox1 5' e nad6) e um do DNA nuclear (RpS5) foram utilizados para gerar hipóteses filogenéticas (Máxima Parcimônia e Inferência Bayesiana), para delimitar espécies, e para gerar estimativas de tempo de divergência e distribuição ancestral. Adicionalmente, o desempenho da região anterior da cox1 como 'barcode - código de barras' para delimitar as espécies de Hermeuptychia foi testado. Além disso, análise morfológica da genitália masculina foi empregada para a delimitação e identificação de espécies. Os indivíduos amostrados agruparam-se em dez clados nas análises moleculares, correspondendo a sete espécies reconhecidas mais H. gisella, que havia sido anteriormente sinonimizada com H. cucullina. A análise morfológica dos indivíduos possibilitou o estabelecimento de caracteres diagnósticos para todas as espécies de Hermeuptychia - incluindo H. cucullina, que não está presente nas análises moleculares - e concordou com os agrupamentos obtidos através das análises moleculares. As relações filogenéticas entre as espécies de Hermeuptychia permanecem incertas, possivelmente devido a um padrão de evolução rápida, descrito anteriormente para outros Satyrini. Entretanto, dois grupos de espécies-irmãs podem ser identificados, H. pimpla + H. harmonia, e H. gisella + H. fallax, ambos sustentados por ocorrência simpátrica. Em adição, H. gisella e H. fallax parecem apresentar um isolamento reprodutivo incompleto, com formação de híbridos. Algumas espécies de Hermeuptychia estão distribuídas amplamente, como H. atalanta, H. hermes e H. gisella, sendo que H. atalanta é a espécie mais comum encontrada no Brasil. H. fallax é uma espécie restrita a Mata Atlântica; H. pimpla e H. harmonia são espécies restritas à região andina, encontradas em altitudes moderadas; H. maimoune pode ser encontrada na região andina e no sul da Amazônia brasileira, correspondendo a duas espécies crípticas; H. cucullina foi encontrada no centro-oeste brasileiro e na região andina, e é a espécie mais rara de Hermeuptychia; e H. sosybius pode ser encontrada do sul dos Estados Unidos até a região norte da Colômbia. O gênero diversificou-se de seu grupo-irmão a cerca de 8,2 milhões de anos (mya), a diversificação das espécies ocorreu entre 3,5 e 1,4 mya, e a distribuição ancestral estimada é a cordilheira dos Andes. Apenas com a região 'barcode' e análise de distância usando Neighbor-Joining, foi possível separar as espécies de Hermeuptychia com uma taxa de 2% de erro. O limite entre as distâncias intra e interespecíficas estimado fica em torno de 2% de divergência genética / Abstract: The Hermeuptychia genus Forster (Nymphalidae: Satyrinae: Euptychiina) is widely distributed in the American continent, from Argentina to South United States. Previously considered a species complex, the genus presents eight valid species taxa at the moment. Wing pattern is very similar in all Hermeuptychia species resulting in difficult and prone to error taxonomic identification. Additionally its position within the subtribe Euptichiina remains uncertain. Samples from 45 locations in five countries, with major emphasis in Brazilian territory sampling, were obtained for the present study. Three molecular markers, two from mitochondrial DNA (cox1 5' and nad6) and one from nuclear DNA (RpS5), were used to generate phylogenetic hypothesis (Maximum Parsimony and Bayesian Inference), to delimit species, and to estimate divergence time and ancestral distributions. The 'barcode' region performance (cox1 5') was tested for Hermeuptychia species. Male genitalia morphology was also used to identify and delimitate species. Sampled individuals are grouped in ten molecular clusters, corresponding to seven valid species and H. gisella, previously synonymized to H. cucullina. Morphological analysis of individuals revealed morphological diagnose traits to identify all Hermeuptychia species, including H. cucullina, which is not present in the molecular analysis, and was congruent with molecular analysis. Phylogenetic relationships among Hermeuptychia species remain unresolved due to a possible rapid evolutionary pattern common to Satyrini. However, two pairs of sister species could be identified: H. pimpla + H. harmonia and H. gisella + H. fallax, both sympatric. Additionally, H. gisella + H. fallax present incomplete reproductive isolation, with hybrids. Some Hermeuptychia are widely distributed as H. atalanta, H. hermes, and H. gisella, and H. atalanta is the most common species found in Brazil. H. fallax is restricted to Atlantic Forest; H. pimpla and H. harmonia are restricted to Andes region, at moderately high altitudes; H. maimoune is found in the Andine and in the Amazonian regions, corresponding to two cryptic species; H. cucullina is the rarest Hermeuptychia and was found in Central Brazil and in Andes; and H. sosybius is the only Hermeuptychia found in North America, been present from South United States to north Colombia. The genus diverged from its sister group around 8.2 my, species diversification occurred between 3.5 and 1.4 my and the ancestral estimate distribution is Andine region. Only the 'barcode' region was able to identify each Hermeuptychia species, with an 2% error rate and the molecular threshold for intra and interspecific distance was around 2% of genetic divergence / Mestrado / Ecologia / Mestre em Ecologia

Orientador: Antonia Cecilia Zacagnini Amaral / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-22T01:09:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Quast_MonicaPaiva_D.pdf: 2160555 bytes, checksum: a8f9e004b6d58d12222f57e63c865d89 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Espécies são unidades fundamentais da biologia e sua identificação é essencial para a pesquisa nos mais diversos campos. Esta tarefa, no entanto, é dificultada por limites interespecíficos naturalmente mal definidos, especialmente em ambientes marinhos, onde complexos de espécies crípticas são comuns. Assim, a delimitação de espécies tem recebido grande atenção nos últimos anos e técnicas moleculares têm se mostrado de grande importância para a questão. Corbula (Bivalvia: Corbulidae) é um gênero frequente e ecologicamente importante em comunidades bentônicas marinhas de sublitoral. A taxonomia do grupo é bastante confusa, em parte devido à plasticidade fenotípica das conchas que dificulta o estabelecimento de limites morfológicos entre as espécies. O presente estudo teve como objetivo estudar, com base em sequências de dois marcadores moleculares (COI e 16S), os limites entre seis espécies de Corbula morfologicamente identificadas da costa sudeste e sul do Brasil, de forma a testar a delimitação morfológica. Como se trata de espécies predominantemente de sublitoral, o material analisado encontrava-se preservado em álcool, havendo sido fixado em formol. Dessa forma, fez-se necessário o desenvolvimento de protocolos específicos de extração e amplificação. Uma combinação de extração orgânica com adsorção em sílica mostrou-se o melhor método de extração de DNA total. Para as reações de amplificação, a utilização de nested PCR produziu resultados superiores à PCR direta. As análises de delimitação utilizaram quatro métodos diferentes, dois baseados em árvores (GMYC e Brownie) e dois não (regra das 4x e ABGD). Os resultados divergiram entre métodos e marcadores, mas a combinação das diferentes linhas de evidência permitiu corroborar a delimitação morfológica de três espécies (Corbula caribaea, Corbula tryoni e Corbula lyoni). Os indivíduos identificados como Corbula patagonica dividiram-se em duas espécies distintas. O único indivíduo de Corbula aequivalvis foi considerado distinto das outras espécies e um indivíduo atribuído a Corbula sp1 não pôde ser distinguido de C. caribaea / Abstract: Species are fundamental unities in many biological studies and, being so, their identification is essential for researches in many different fields. This task, however, is complicated by badly defined interspecies boundaries, especially in the sea, where cryptic species are quite common. Species delimitation has been receiving much attention, and molecular techniques have been proved of great value to the matter. Corbula (Bivalvia, Corbulidae) is frequent and ecologically important genus in benthic marine communities. Nevertheless, its taxonomy is confusing, in part due to a plastic shell, which makes it difficult to establish species boundaries. This study aimed to analyze the COI and 16S sequences of six morphologically identified Corbula species occurring off the South-Southeastern Brazilian coast. Being a mainly sublittoral genus, most of the analyzed material had been previously sampled, fixed in formalin and preserved in alcohol. Hence, initially specific protocols for DNA extraction and PCR were developed. Better results were obtained with an extraction protocol combining organic extraction and silica adsorption. The nested PCR yielded more product than the direct PCR. Delimitation analyses were conducted with four different methods: two tree based (GMYC and Brownie) and two non-tree based (4x rule and ABGD). Different methods and markers produced different delimitations, but the combined evidence supports the morphological delimitation of three species: Corbula caribaea, Corbula tryoni and Corbula lyoni. Individuals assigned to Corbula patagonica were separated into two molecular species. Only one individual of Corbula aequivalvis was analyzed and it was distinguished from other species. One individual assigned to Corbula sp1 could not be distinguish from C. caribaea / Doutorado / Ecologia / Doutora em Ecologia

Abstract Species are the fundamental units of biological diversity, but their identification and delimitation is often difficult. The difficulties are pronounced in diverse taxa such as insects. DNA barcodes, short standardized segments of the genome, have recently become a popular tool for identifying specimens to species, and are increasingly used as one of the sources of information for species delimitation. In this thesis, I studied the utility of DNA barcodes in species identification and delimitation in beetles (Coleoptera). Beetles are one of the most diverse animal groups, with nearly 400 000 known species. The Nordic beetle fauna is among the most thoroughly studied on the planet, providing excellent conditions for these studies. I also approached barcode sequences from a new angle, exploring amino acid variation and its connections to life history in a sample of the entire animal kingdom. I also studied variation and evolution at the amino acid level in large-scale samples of beetles and moths & butterflies (Lepidoptera). DNA barcodes proved to be a feasible tool for identifying species of Nordic beetles: depending on the criteria for successful identification, 95-98% of specimens could be identified to the species level based on DNA barcodes. Regardless of the delimitation method used, approximately 90% of the currently accepted species were perfectly recovered based on barcode data, and simple rules for forming consensus between delimitations improved the fit between species and barcode clusters even further. Several species that were split into two or more sequence clusters apparently include species new to science that have been previously overlooked. This conclusion is supported by preliminary morphological analysis. The study on amino acid variation revealed both a general pattern of structural conservation throughout the animal kingdom, and some interesting amino acid substitutions with potential to affect enzymatic function. Amino acid variation was more extensive in Coleoptera than in Lepidoptera, potentially due to differences in selection pressure and patterns of molecular evolution in the barcode region between the two orders. / Tiivistelmä Laji on luonnon monimuotoisuuden perusyksikkö, mutta lajien tunnistaminen ja rajaaminen on usein vaikeaa. Vaikeudet korostuvat erityisesti hyvin monimuotoisissa eliöryhmissä kuten hyönteisissä. DNA-viivakoodit ovat lyhyitä standardoituja DNA-sekvenssejä, joiden käyttö lajien tunnistamisessa sekä yhtenä tiedon lähteenä lajien rajaamisessa on viime aikoina yleistynyt nopeasti. Tutkin väitöskirjatyössäni DNA-viivakoodien soveltuvuutta lajinmääritykseen ja lajien rajaamiseen kovakuoriaisilla. Kovakuoriaiset ovat yksi maailman lajirikkaimmista eliöryhmistä: lajeja on kuvattu lähes 400000. Pohjois-Euroopan lajisto tunnetaan koko maailman mittakaavassa poikkeuksellisen hyvin, mikä tarjoaa erinomaiset edellytykset tutkia DNA-viivakoodeihin liittyviä kysymyksiä kuoriaisilla. Tutkin DNA-viivakoodeja myös kokonaan uudesta näkökulmasta, selvittäen aminohappotason muuntelua koko eläinkunnan kattavassa otoksessa, sekä laajalla perhos- ja kuoriaisaineistolla. DNA-viivakoodit osoittautuivat erinomaiseksi työkaluksi lajinmääritykseen: riippuen onnistuneen määrityksen kriteereistä 95–98 % kuoriaislajeista voitiin tunnistaa luotettavasti viivakoodien perusteella. Käytetystä menetelmästä riippumatta noin 90 % nykykäsityksen mukaisista lajeista voitiin rajata viivakoodien perusteella oikein, ja soveltamalla yksinkertaisia konsensus-sääntöjä yhteensopivuus lajien ja viivakoodiklustereiden välillä kasvoi entisestään. Useat kuoriaislajit, jotka jakautuivat kahteen tai useampaan viivakoodiklusteriin, sisältävät alustavien morfologisten tutkimusten perusteella aiemmin huomaamatta jääneitä uusia lajeja. Aminohappo- ja proteiinitason tutkimus osoitti, että viivakoodijakson koodaaman proteiinin rakenne on yleisesti ottaen konservoitunut kautta eläinkunnan. Havaitsin kuitenkin myös useita kiinnostavia aminohappo-muutoksia, jotka saattavat vaikuttaa entsyymitoimintaan. Aminohapposekvenssi muuntelee kuoriaisilla paljon enemmän kuin perhosilla, mahdollisesti johtuen taksonien välisistä eroista molekyylievoluutiossa ja viivakoodisekvenssiin kohdistuvassa valintapaineessa.

Chez les insectes phytophages, l'adaptation à la plante hôte peut correspondre à l'une des premières étapes de la spéciation. Dans ce contexte, ce manuscrit s'intéresse à Spodoptera frugiperda (Lepidoptera : Noctuidae), un ravageur responsable de dommages importants sur de nombreuses cultures en Amérique et dans les Caraïbes. Spodoptera frugiperda présente deux variants, l'un adapté au riz et l'autre au maïs, et constitue un modèle biologique pertinent pour étudier ce mécanisme. En effet, les deux variants sont morphologiquement identiques, mais ils sont génétiquement différenciés et présentent des différences écologiques et comportementales. L'ensemble de ces caractéristiques suggèrent la présence d'un isolement reproducteur entre les deux variants, qui pourraient alors correspondre à deux espèces différentes. Cependant la présence d'hybrides dans la nature ainsi que des résultats controversés sur le succès d'accouplement entre les deux variants, rendent ambiguë le statut d'espèce de S. frugiperda. L'objectif de ce travail est donc de mieux estimer, à travers une étude intégrative, le niveau de différenciation génétique présent entre les deux variants de S. frugiperda. Grâce à un premier niveau d'analyse, menées à partir de population naturelles, il a été possible de mettre en évidence un niveau de différenciation génétique élevé entre les deux variants, qui est compatible à celui attendu entre deux espèces. Le deuxième niveau d'étude réalisé à partir de population de laboratoire nous a permis de mettre en évidence la présence d'un isolement reproducteur entre les deux variants, se traduisant notamment par une distorsion de ségrégation méiotique des marqueurs moléculaires chez les hybrides. L'ensemble de ces résultats supportent l'hypothèse selon laquelle le variant riz et maïs de Spodoptera frugiperda seraient des entités situées à une étape avancée dans le continuum de la spéciation. / In phytophagous insects, adaptation to host plant could be the first step leading to speciation. In this context, this document focus on moth Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae), a pest responsible for serious damages in several crops in the Western hemisphere. Spodoptera frugiperda consists of two host-plant strains, one adapted to rice and the other adapted to maize, which made it a relevant model to study this mechanism. Though the two variants are morphologically identical, they are nonetheless genetically distinguishable and present some ecological and behavioral differences. The species status of S. frugiperda is also highly controversial because hybrids naturally occur in the wild, not to mention the fact of the discrepancies among published results concerning mating success between the two strains. The aim of this thesis is thus to better estimate, through an integrative approach, the level of genetic differentiation between the two variants of S. frugiperda. Starting with natural populations, various phylogenetic methods allowed us to highlight a high level of genetic differentiation between the two variants, compatible with what is expected between distinct species. Furthermore, studies on laboratory populations, including crossing experiments, showed a significant unidirectional bias in inter-strain mating success and the presence of meiotic segregation distortion of molecular markers in hybrid progenies. These results as a whole support the assumption that the two strains of S. frugiperda are well-advanced in the continuum of speciation.

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